专利摘要

本发明公开了一种同时具备储能、应变及宽介电温区多功能共存的三元体系无铅陶瓷及其制备方法，所述多功能无铅陶瓷组份的化学通式可以用(1‑x)[(1‑y)BiAO3‑yMeTiO3]‑x(Bi0.5Na0.5)TiO3所表示。其中：A为Sc、Y、In中的一种或两种；Me为Ca、Sr、Ba中的一种或两种；x、y表示摩尔分数；0.05≤x≤0.30；0.50≤y≤0.80。这种多功能无铅陶瓷除了低污染外，还具备储能、应变及宽介电温区等多功能特性，相比于传统的多组分集成方式具有更好的质量和体积效率，是一种新型的智能性材料。

权利要求

1.一种具备储能、应变与宽介电温区的多功能无铅陶瓷，其特征在于所述多功能无铅陶瓷的组成用化学通式(1-x)[(1-y)BiAO₃-yMeTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃所表示；其中：A为Sc、Y、In中的一种或两种；Me为Ca、Sr、Ba中的一种或两种；x、y表示摩尔分数；0.05≤x≤0.30；0.50≤y≤0.80。

2.一种具备储能、应变与宽介电温区的多功能无铅陶瓷的制备方法，至少包括如下步骤：

将粉体原料按照化学式(1-x)[(1-y)BiAO₃-yMeTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃进行配料，加入分散剂后球磨，球磨浆料干燥后过筛，然后加以煅烧、保温合成粉体；其中：A为Sc、Y、In中的一种或两种；Me为Ca、Sr、Ba中的一种或两种；x、y表示摩尔分数；0.05≤x≤0.30；0.50≤y≤0.80。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括将煅烧合成的粉体加入临时粘胶进行造粒、造粒粉体过筛后压制成片状生坯的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括如下步骤：将片状生坯排胶，排胶后的生坯进行高温烧结。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述分散剂为无水乙醇；所述煅烧、保温的过程为在坩埚中以800-900℃煅烧、保温2-6小时。

6.根据权利要求3所述的方法，其中所述临时粘胶为5wt％-7wt％浓度的聚乙烯醇溶液。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述排胶步骤，是将片状生坯放在氧化锆承烧板上，在600℃下保温2小时排除临时粘胶。

8.根据权利要求4所述的方法，其中所述高温烧结步骤是以5℃/min的速率升温至烧结温度1150℃，保温2小时，其后随炉自然降温至室温。

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷材料领域，具体涉及一种同时具备储能、应变与宽介电温区的多功能无铅陶瓷及其制备方法。

背景技术

高储能密度电容器在脉冲功率电源、航空航天、新能源发电等领域应用非常广泛。储能陶瓷具有储能密度高、充放电速度快(短至纳秒)、抗循环老化、适用于高温高压等极端环境以及具有性能稳定的优点。通常的压电材料因离子在电场中微动而产生场致应变，但这种普通压电效应的电致变形很小，制约了该材料的实际应用。在200V/mm的电场下，一般的PZT系压电陶瓷的应变不到0.02％。而且由于铅对人体健康的不利影响，这些如今仍然广泛使用的含铅压电材料，已经开始受到越来越多的限制。

宽介电温区型的陶瓷电容器介电材料是重要的电子材料，几乎可以应用于所有的电子工业中。在一些特殊的行业，常常会提出严格的温度需求，特别是高达200℃以上的应用。普通产品可能不适合额定125℃以上的应用，基于Y5R，Y7R或Y8R电介质的电容，尽管可在200℃的高温下应用，但其性能可能会有一定的衰减。目前公开的BaTiO₃基Y9R电容器陶瓷介电材料也难满足这么高的工作温度。

随着功能材料和器件的不断发展，期待在一种材料或器件中可以实现越来越多的功能，成为智能材料和器件。对于同时具备较好高储能密度、高储能效率，良好的电致应变，以及高稳定介电性能等多功能无铅电子陶瓷，电子工业中存在广泛的需求。

发明内容

针对上述背景，本发明提供一种同时具备储能、应变及宽介电温区多功能共存的三元体系无铅陶瓷及其制备方法。这种多功能无铅陶瓷除了低污染外，还具备储能、应变及宽介电温区等多功能特性，相比于传统的多组分集成方式具有更好的质量和体积效率，是一种新型的智能性材料。

本发明中所述多功能无铅陶瓷组份的化学通式可以用

(1-x)[(1-y)BiAO₃-yMeTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃所表示。其中：A为Sc、Y、In中的一种或两种；Me为Ca、Sr、Ba中的一种或两种；x、y表示摩尔分数；0.05≤x≤0.30；0.50≤y≤0.80。

本发明中所述多功能无铅陶瓷的制备方法，除了现有工艺步骤外，至少还包括将粉体原料按照化学通式(1-x)[(1-y)BiAO₃-yMeTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃进行配料的步骤。其它后续步骤如加入分散剂球磨、球磨浆料干燥、过筛、煅烧、保温合成粉体等皆可以采用现有工艺。

具体实施方式

为了详细介绍本发明，在此给出一些具体的实施例，并提供了一些优选的工艺参数。

实施例1：成分为(1-x)[(1-y)BiScO₃-yBaTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃，其中x＝0.05，y＝0.50。主要制备步骤：

(1)以分析纯粉末Bi₂O₃、Sc₂O₃、TiO₂、BaCO₃和Na₂CO₃为原料，按照化学式(1-x)[(1-y)BiScO₃-yBaTiO₃)]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃进行配料，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后过100目筛，再在坩埚中以800℃预烧保温2小时合成粉体。

(2)获得的干燥粉体，加入5％(重量百分比)浓度的PVA溶液造粒，烘干后过100目筛，在40MPa压力下压制成型圆片。

(3)将成型后的圆片在600℃保温2小时排除PVA。

(4)将步骤(3)获得的圆片在空气氛围中烧结，烧结温度1150℃，保温2小时，随炉降温至室温。

将烧结后的样品加工成两面光滑、厚度约0.25mm的薄片，披银电极，然后测试储能密度和介电温谱等，测试性能如表1所示。

实施例2：成分为(1-x)[(1-y)BiScO₃-yBaTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃，其中x＝0.10，y＝0.55。制备方法同实施例1，测试性能如表1所示。

实施例3：成分为(1-x)[(1-y)BiScO₃-yBaTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃，其中x＝0.15，y＝0.60。制备方法同实施例1，测试性能如表1所示。

实施例4：成分为(1-x)[(1-y)BiScO₃-yBaTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃，其中x＝0.20，y＝0.65。制备方法同实施例1，测试性能如表1所示。

实施例5：成分为(1-x)[(1-y)BiScO₃-yBaTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃，其中x＝0.25，y＝0.70。制备方法同实施例1，测试性能如表1所示。

实施例6：成分为(1-x)[(1-y)BiScO₃-yBaTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃，其中x＝0.30，y＝0.80。制备方法同实施例1，测试性能如表1所示。

实施例7：以Y₂O₃替代实施例1-6中的Sc₂O₃，其他参数保持不变，制备方法同实施例1，成功制备出成分为(1-x)[(1-y)BiYO₃-yBaTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃的多功能陶瓷,测试性能如表1所示。

实施例8：以In₂O₃替代实施例1-6中的Sc₂O₃，其他参数保持不变，制备方法同实施例1，成功制备出成分为(1-x)[(1-y)BiInO₃-yBaTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃的多功能陶瓷,测试性能如表1所示。

实施例9：以CaCO₃替代实施例1-6中的BaCO₃，其他参数保持不变，制备方法同实施例1，成功制备出成分为(1-x)[(1-y)BiInO₃-yCaTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃的多功能陶瓷,测试性能如表1所示。

实施例10：以SrCO₃替代实施例1-6中的BaCO₃，其他参数保持不变，制备方法同实施例1，成功制备出成分为(1-x)[(1-y)BiInO₃-ySrTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃的多功能陶瓷,测试性能如表1所示。

实施例11：分别以Sc₂O₃、Y₂O₃、In₂O₃中的两两混合物替代实施例1-6中的Sc₂O₃，分别以BaCO₃、CaCO₃、SrCO₃中的两两混合物替代实施例1-6中的BaCO₃，并进行交叉组合，其他参数保持不变，制备方法同实施例1，均成功制备出成分为(1-x)[(1-y)BiAO₃-yMeTiO₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃(其中：A为Sc、Y、In中的两种；Me为Ca、Sr、Ba中的两种；0.05≤x≤0.30；0.50≤y≤0.80)的多功能陶瓷,测试性能如表1所示。上述各实施例制出的多功能陶瓷，经测试，都能达到相近的预期效果。

表1实施例样品的电性能

具备储能、应变与宽介电温区的多功能无铅陶瓷及制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。