本發(fā)明屬于電子陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及一種高儲能密度及高電致應(yīng)變的多功能無鉛陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
功能陶瓷是一種利用材料的電、熱、磁、聲、光等直接效應(yīng)和耦合效應(yīng)所提供的一種或多種性質(zhì)來實現(xiàn)某種使用功能的先進陶瓷，很多功能陶瓷在電子工業(yè)中已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，例如電容器、熱敏電阻、壓敏電阻、驅(qū)動器等。鉛基功能陶瓷由于其具有較好的儲能性能、大的應(yīng)變量等，被廣泛應(yīng)用于制動器、電容器以及精密電子元件，但是鉛基陶瓷含有大量的有害元素鉛，對人體健康不利并且污染環(huán)境及廢棄后不容易處理。
目前無鉛功能陶瓷的研究和開發(fā)主要集中于如何提高它們的鐵電、介電、儲能等單功能性能，以及每種電性能的結(jié)構(gòu)來源，隨著功能材料和器件的不斷發(fā)展，期待在一種材料或器件中可以實現(xiàn)越來越多的功能，成為智能材料和器件?？梢暂^好的解決通過復(fù)合多種功能的材料來實現(xiàn)多功能的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
基于上述背景，本發(fā)明提供一種具備高儲能密度和高電致應(yīng)變的多功能無鉛陶瓷及其制備方法。這種多功能無鉛陶瓷的晶粒細(xì)小、均勻，致密度高，在室溫下電致應(yīng)變大，儲能密度高，介電常數(shù)大，克服了鉛基材料的環(huán)境污染問題，在同一種材料中實現(xiàn)了多功能化。
本發(fā)明中所述多功能無鉛陶瓷組份的化學(xué)通式可以用(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTi1-y(Mg1/3Nb2/3)yO3或Bi0.5(Na1-uKu)0.5Ti1-v(Mg1/3Nb2/3)vO3所表示。其中：x、y、u、v表示摩爾分?jǐn)?shù)；0.06≤x≤0.09；0.015≤y≤0.04；0.16≤u≤0.2；0.02≤v≤0.045。
本發(fā)明中所述多功能無鉛陶瓷的制備方法，除了現(xiàn)有工藝步驟外，至少還包括如下步驟：將粉體原料按照化學(xué)通式(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTi1-y(Mg1/3Nb2/3)yO3或Bi0.5(Na1-uKu)0.5Ti1-v(Mg1/3Nb2/3)vO3進行配料。其它后續(xù)步驟如加入分散劑球磨、球磨漿料干燥、過篩、煅燒、保溫合成粉體等皆可以采用現(xiàn)有工藝。
具體實施方式
為了詳細(xì)介紹本發(fā)明，在此給出一些具體的實施例，并提供了一些優(yōu)選的工藝參數(shù)。
實施例1：成分為(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTi1-y(Mg1/3Nb2/3)yO3，其中x＝0.06，y＝0.04。
主要制備步驟：
(1)以分析純Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、MgO、Nb2O5和TiO2粉體為原料，按照化學(xué)式(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTi1-y(Mg1/3Nb2/3)yO3進行配料，以無水乙醇為介質(zhì)滾動球磨12小時，80℃干燥后在氧化鋁坩堝中以860℃預(yù)燒保溫2小時合成粉體。
(2)預(yù)燒獲得的粉體加入7％(重量百分比)濃度的聚丙烯醇PVA溶液作為粘接劑對粉體進行造粒，造粒粉體在40MPa壓力下壓制成圓片狀素坯。
(3)將圓片素坯在高溫爐中燒結(jié)，氣氛為空氣，120℃/h的速率升溫至600℃保溫2小時，同樣以120℃/h的速率升溫至1150℃保溫2小時，隨爐自然降溫至室溫。
將燒結(jié)后的陶瓷片機加工成兩面光滑、厚度約為0.5mm的薄片，薄片雙面印刷銀漿，燒制獲得銀電極，測量陶瓷的儲能、應(yīng)變、介電性能，性能如表1所示。
實施例2：成分為(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTi1-y(Mg1/3Nb2/3)yO3，其中x＝0.06，y＝0.035。
制備方法同實施例1，性能如表1所示。
實施例3：成分為(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTi1-y(Mg1/3Nb2/3)yO3，其中x＝0.09，y＝0.015。
制備方法同實施例1，性能如表1所示。
實施例4：成分為Bi0.5(Na1-uKu)0.5Ti1-v(Mg1/3Nb2/3)vO3，其中u＝0.16，v＝0.02。
以分析純Bi2O3、Na2CO3、K2CO3、MgO、Nb2O5和TiO2粉體為原料，預(yù)燒溫度為880℃，燒結(jié)溫度為1130℃；其它制備步驟同實施例1，性能如表1所示。
實施例5：成分為Bi0.5(Na1-uKu)0.5Ti1-v(Mg1/3Nb2/3)vO3，其中u＝0.18，v＝0.04。
制備方法同實施例4，性能如表1所示。
實施例6：成分為Bi0.5(Na1-uKu)0.5Ti1-v(Mg1/3Nb2/3)vO3，其中u＝0.20，v＝0.045。
制備方法同實施例4，性能如表1所示。
表1：
實施例樣品在室溫下的電學(xué)性能