[发明专利]一种铌酸钾改性的BT-KBT基储能陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铌酸钾改性的BT‑KBT基储能陶瓷材料及其制备方法，属于电子陶瓷技术领域。该铌酸钾改性的BT‑KBT基高储能密度陶瓷材料的配方为(1‑x)(0.92BaTiO₃‑0.08(K_1/2Bi_1/2)TiO₃)‑xKNbO₃(x＝0.04‑0.10)，其制备过程包括以碳酸钡，碳酸钾，氧化铋，二氧化钛和五氧化二铌为原料，分别合成BT、KBT和KN陶瓷粉体，按照化学式经配料、球磨、干燥、压片、成型、烧结等工艺制备BT‑KBT基储能陶瓷材料。本发明采用固相法制备陶瓷材料具有成本低、产量大以及制备工艺简单等优点，为大规模、低成本制备新型高储能密度陶瓷材料提供了基础。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种铌酸钾改性的BT-KBT基储能陶瓷及其制备方法。

背景技术

电容器作为一种重要的储能器件，是电子设备中大量使用的电子元器件之一。而陶瓷电容器具有使用温度范围宽、寿命长、性能可靠等优点而被广泛使用。电容储能容易保持，不需要超导体。电容储能还有很重要的一点就是能够提供瞬间大功率，非常适合于激光器，闪光灯等应用场合。电容器储存的能量大小由其尺寸和介质材料的储能密度决定。为了减小其尺寸，提高其能量的存储量，开发具有高储能密度的陶瓷介质材料可以有效解决这一问题。陶瓷电容器具有使用温度范围宽、寿命长、性能可靠等优点而被广泛使用。其中铁电陶瓷材料具有介电常数大，非线性效应强等优点，单位体积铁电陶瓷材料的储能密度J可由下式计算：

J＝∫EdP

其中P为极化强度，E为其击穿强度。

铁电陶瓷材料的储能密度由其最小极化强度(P_r)、最大极化强度(P_m)和击穿强度(E_b)共同决定。但是，被广泛研究的Ba_0.4Sr_0.6TiO₃陶瓷的储能密度仅仅为～0.37J/cm³，储能密度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种铌酸钾改性的BT-KBT基储能陶瓷及其制备方法，该方法制得的陶瓷材料储能密度高达0.97J/cm³，且该制备方法简单，易于实现。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种铌酸钾改性的BT-KBT基储能陶瓷，所述BT-KBT基储能陶瓷的化学组成为：(1-x)(0.92BaTiO₃-0.08(K_1/2Bi_1/2)TiO₃)-xKNbO₃；其中，x取值范围为0.04～0.10。

优选地，所述BT-KBT基储能陶瓷的储能密度为0.89～0.97J/cm³。

本发明还公开了一种铌酸钾改性的BT-KBT基储能陶瓷的制备方法，将BT陶瓷粉体、KBT陶瓷粉体和铌酸钾粉体按照化学式(1-x)(0.92BaTiO₃-0.08(K_1/2Bi_1/2)TiO₃)-xKNbO₃配料，混合均匀后成型，在1130～1170℃下保温2～6h，烧结成瓷，制得BT-KBT基高储能密度陶瓷材料；其中，x取值范围为0.04～0.10。

优选地，所述混合均匀是通过球磨实现的，且以去离子水作为球磨介质。

进一步优选地，所述球磨的时间为6～8h。

优选地，混合均匀后在75℃-90℃下烘干。

优选地，所述BT陶瓷粉体通过以下方法制得：