[发明专利]一种钙钛矿结构高熵介电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿结构高熵介电陶瓷及其制备方法，属于无机电介质陶瓷领域。本发明所述的钙钛矿结构高熵介电陶瓷，其化学式为(La_0.25Sr_0.25Ba_0.25Na_0.25)(Ti_0.5Me_0.5)O₃(Me＝Sn,Zr,Hf)。其制备过程为：先按照化学计量比称取原料BaCO₃、TiO₂、La₂O₃、SrCO₃、Na₂CO₃、SnO₂、ZrO₂、HfO₂；然后采用湿法球磨混合均匀，经过干燥、煅烧后，再二次球磨、干燥、研磨得到所需的混合粉末；在混合粉末中加入适量的聚乙烯醇混合均匀后，放置模具中压制成片；采用埋烧的方式将压制片放置在密闭的双层氧化铝坩埚内，置于高温箱式电阻炉在空气气氛下烧结；该陶瓷具有击穿场强大、剩余极化强度小、储能效率高和温度稳定性好等优点，在无机介质电容器领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿结构高熵介电陶瓷及其制备方法，属于无机电介质陶瓷领域。

背景技术

钛酸钡陶瓷因为其成本低、绿色无污染、介电性能优异等特点，是目前工程上广泛应用的电介质材料。但是，钛酸钡也存在剩余极化强度高、击穿场强低、介电性能不稳定等缺点，根据储能密度方程(W_rec、P_max、P_r、和E分别为放电储能密度、最大极化强度、剩余极化强度和电场强度)，这就造成了钛酸钡的储能密度小且储能效率低。近些年，随着电子技术的飞速发展，人们对介电陶瓷的储能性能要求越来越高。所以，解决目前钛酸钡存在的不足之处，是提高钛酸钡基陶瓷储能性能所亟待解决的问题。

最近几年，由高熵合金演变而来的高熵陶瓷，因为具有多种优异的物理性能而成为材料研究领域的热点。高熵陶瓷是指由五种及以上主元，且各主元的含量相等(或几乎相等)所形成的单相固溶体。根据以往人们的研究发现，高熵陶瓷的核心效应之一就是扩散缓慢，由于固溶体引起的晶格畸变和多元素的协同扩散，原子运动和原子的有效扩散受到阻碍。所以，可以得到具有细小晶粒和晶粒生长缓慢的单相固溶体。依据公式(其中BDS为击穿场强，G为晶粒尺寸)可知，减小晶粒尺寸能显著增加陶瓷的击穿场强。综上所述，设计、制备得到高熵钙钛矿陶瓷，对解决目前钛酸钡基介电材料存在的问题是十分可行而有意义的。

发明内容

本发明目的在于，为了解决目前钛酸钡介电陶瓷存在的不足，提供一种新型的钙钛矿结构高熵介电陶瓷，所述钙钛矿结构高熵介电陶瓷具有不含铅、高击穿场强、高储能效率、温度稳定性好的优点。所述钙钛矿结构高熵介电陶瓷的化学式为(La_0.25Sr_0.25Ba_0.25Na_0.25)(Ti_0.5Me_0.5)O₃，其中，Me＝Sn,Zr,Hf。

本发明的另一目的在于提供所述钙钛矿结构高熵介电陶瓷的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按照化学计量比称取BaCO₃、TiO₂、La₂O₃、SrCO₃、Na₂CO₃，其中在SnO₂、ZrO₂和HfO₂三种原料中任意称量一种。

(2)将步骤(1)称取的原料采用湿法球磨，经过干燥、研磨、煅烧后得到混合粉末。

(3)将得到的混合粉末二次球磨、干燥、研磨。

(4)将二次球磨得到的混合粉末加入聚乙烯醇(PVA)，混合均匀后，放置于模具内，压制成陶瓷坯体。