1.一种具有三明治结构的无铅低介电损耗和高储能密度陶瓷的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)流延浆料的制备:将有机溶剂和乳化剂混合均匀,然后加入SrTiO3粉体、粘结剂、分散剂和增塑剂,并混合均匀,得到SrTiO3流延浆料;
将有机溶剂和乳化剂混合均匀,然后加入(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3粉体、粘结剂、分散剂和增塑剂,并混合均匀,得到(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3流延浆料;其中,x表示BaFe0.5Nb0.5O3的摩尔分数,且0.05≤x≤0.15;
(2)生坯的制备:将步骤(2)中获得的SrTiO3流延浆料与(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3流延浆料分别采用流延成型的方式进行流延成型,得到SrTiO3流延膜和(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3流延膜;然后进行裁切和叠加,并在150~200MPa的压力下进行加压,得到具有三明治结构的SrTiO3/((1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3)/SrTiO3陶瓷生坯;
(3)将步骤(2)制备的陶瓷生坯试样进行排胶处理,然后烧结成瓷,得到具有三明治结构的SrTiO3/((1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3)/SrTiO3陶瓷。
2.根据权利要求1所述的具有三明治结构的无铅低介电损耗和高储能密度陶瓷的制备方法,其特征在于,SrTiO3粉体通过以下过程制备:按化学式SrTiO3将分析纯的SrCO3和TiO2进行配料并混合均匀,然后过筛、压块,再经1150~1200℃预烧3~5小时,得到块状固体,然后将块状固体粉碎后过120目筛,得到SrTiO3粉体。
3.根据权利要求1所述的具有三明治结构的无铅低介电损耗和高储能密度陶瓷的制备方法,其特征在于,(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3粉体通过以下过程制备:首先按化学式BaFe0.5Nb0.5O3将分析纯的BaCO3,Fe2O3和Nb2O5进行配料并混合均匀,然后过筛、压块,再经
1200~1250℃预烧3~4小时,得到块状固体,然后将块状固体粉碎后过120目筛,得到BaFe0.5Nb0.5O3粉体;最后按照化学式(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3将得到的SrTiO3粉体和BaFe0.5Nb0.5O3粉体进行配料并混合均匀,烘干后过120目筛,得到(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3粉体。
4.根据权利要求2或3所述的具有三明治结构的无铅低介电损耗和高储能密度陶瓷的制备方法,其特征在于,混合均匀的具体过程是:以无水乙醇为介质,通过球磨进行的,其中,球磨时间为12~16小时,且球磨后在100℃下进行烘干。
5.根据权利要求1所述的具有三明治结构的无铅低介电损耗和高储能密度陶瓷的制备方法,其特征在于,有机溶剂为无水乙醇和丁酮的混合物;乳化剂为三油酸甘油酯;粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛;分散剂为聚乙二醇;增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
6.根据权利要求5所述的具有三明治结构的无铅低介电损耗和高储能密度陶瓷的制备方法,其特征在于,无水乙醇的加入量为SrTiO3粉体或(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3粉体质量的50~55%;丁酮的加入量与SrTiO3粉体或(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3粉体质量相同;
三油酸甘油酯的加入量为SrTiO3粉体或(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3粉体质量的3~4%;聚乙烯醇缩丁醛的加入量为SrTiO3粉体或(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3粉体质量的9.5~
10.5%;聚乙二醇的加入量为SrTiO3粉体或(1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3粉体质量的3~
4%;邻苯二甲酸二丁酯的加入量为粉体质量的3~4%。
7.根据权利要求1所述的具有三明治结构的无铅低介电损耗和高储能密度陶瓷的制备方法,其特征在于,排胶处理具体过程是:在500~600℃保温10~15小时。
8.根据权利要求1所述的具有三明治结构的无铅低介电损耗和高储能密度陶瓷的制备方法,其特征在于,烧结的温度为1350~1380℃,时间为2~3小时。
9.一种基于权利要求1-8中任意一项所述方法制备的具有三明治结构的无铅低介电损耗和高储能密度陶瓷,其特征在于,其化学式为:SrTiO3/((1-x)SrTiO3-xBaFe0.5Nb0.5O3)/SrTiO3,其中x为BaFe0.5Nb0.5O3的摩尔分数,且0.05≤x≤0.15。
10.一种如权利要求9所述的具有三明治结构的无铅低介电损耗和高储能密度陶瓷,其特征在于,该陶瓷材料的电场强度均在300kV/cm以上,放电能量密度能够达到1.90J/cm3,储能效率能够达到86%。