一种可中低温烧结的PLZT四方反铁电储能陶瓷材料及陶瓷电容器

本发明涉及陶瓷电子元件制备，具体地说，涉及一种可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料及具有其的陶瓷电容器。

背景技术：

1、多层陶瓷电容器是一种将电介质陶瓷层厚度减小，并与电极交替堆叠形成的电子元器件。相比于常规的陶瓷块体，多层结构具有容量密度大、结构紧凑、易于小型化等优势。这种节省元器件占据电路板空间的元器件方案是在电路设计、模块设计、集成设计中受欢迎的。

2、电介质陶瓷材料的电学性质、多层陶瓷结构共同决定多层陶瓷电容器最终使用电压、储能大小。其中，反铁电陶瓷材料具有特异的电场驱动反铁电-铁电结构相变，这一过程将在一定电场下诱导出足够的电荷密度与能量密度。其中，反铁电材料plzt具有相变行为明显，相变电场可调、极化强度高等优势，从而在快速充放电流时具备高储能密度和小型化的优势。

3、plzt四方反铁电材料相比于正交结构，低周期、反平行的调制结构被抑制，取而代之的是较低的相变电场。由于反铁电材料在越过相变电场后，才具备高储能密度，因而，四方相结构反铁电材料由于较低的相变电场，在低工作电压下更具备优势。

4、然而，多层陶瓷电容器制造过程中，金属需要与陶瓷在同样的温度/气氛条件下共同烧结。然而，陶瓷氧化物与金属烧结行为往往差异很大：plzt陶瓷烧结温度一般大于1300℃，而金属纯银粉末在600～700℃即开始收缩。尽管金属浆料可以通过添加氧化物/陶瓷粉体优化烧结收缩特性，但是电介质陶瓷的收缩必须在金属熔化前完成。降低plzt烧结温度至与之共烧金属的熔点之下是实现plzt反铁电储能多层陶瓷电容器必由之路。

5、当plzt陶瓷烧结温度降低至中温段1000-1150℃时，则可使用贵金属钯含量低至10-30％的低熔点银钯合金作为电极共同烧结。而当plzt陶瓷烧结温度进入低温段900-1000℃，电极金属则可选择95％银-5％钯合金、甚至纯银、纯铜等低熔点金属进行共烧。因此，一旦plzt可在1150℃以下的中低温段烧结，内电极即可使用低钯含量的银/钯合金、铜等低成本金属，这将进一步降低plzt反铁电储能电容器制造成本，增加其选型优势。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供了一种可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料及其陶瓷电容器。

2、根据本发明的一方面，提供了一种可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料，所述陶瓷材料的组成按氧化物形式为：

3、mpbo-zro2-xtio2-yla2o3-zbao-ab2o3-bsio2-c(li2o,na2o,k2o)-dag2o，其中，各氧化物物种比例为：0.111<x<0.220，0.011<y<0.053，0.023≤z<0.093，0.002<a≤0.009，0.002<b≤0.012，0≤c<0.010，0≤d<0.006，0.983<m<1.079。

4、优选的：0.005≤a≤0.009，0.005≤b≤0.012，0≤c≤0.007，0≤d≤0.001。

5、优选的：a＝0.009，b＝0.0012，c＝0，d＝0。

6、优选的：a＝0.005，b＝0.005，c＝0.007，d＝0。

7、优选的：a＝0.005，b＝0.005，c＝0.007，d＝0.001。

8、优选的：0.163≤x≤0.176。

9、优选的：0.029≤y≤0.041。

10、优选的：0.023≤z≤0.047。

11、优选的：1.012≤m≤1.060。

12、根据本发明的另一方面，提供了一种陶瓷电容器，包括上述可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料。

13、与现有技术相比，本发明技术方案陶瓷材料的烧结温度将从改性前的1300℃降低至900-1150℃，并具备较优的储能密度。基于本材料制造的多层陶瓷电容器将降低生产总成本，可适用于低工作电压，并兼具小型化的潜在优势，可作为一种快速储能元件，应用于电力、脉冲、功率等领域的电路模块设计及制造。

技术特征：

1.一种可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的组成按氧化物形式为：

2.根据权利要求1所述的可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料，其特征在于：0.005≤a≤0.009，0.005≤b≤0.012，0≤c≤0.007，0≤d≤0.001。

3.根据权利要求2所述的可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料，其特征在于：a＝0.009，b＝0.0012，c＝0，d＝0。

4.根据权利要求2所述的可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料，其特征在于：a＝0.005，b＝0.005，c＝0.007，d＝0。

5.根据权利要求2所述的可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料，其特征在于：a＝0.005，b＝0.005，c＝0.007，d＝0.001。

6.根据权利要求1所述的可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料，其特征在于：0.163≤x≤0.176。

7.根据权利要求1所述的可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料，其特征在于：0.029≤y≤0.041。

8.根据权利要求1所述的可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料，其特征在于：0.023≤z≤0.047。

9.根据权利要求1所述的可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料，其特征在于：1.012≤m≤1.060。

10.一种陶瓷电容器，其特征在于：包括根据权利要求1-9任一项所述的可中低温烧结的plzt四方反铁电储能陶瓷材料。

技术总结本发明提供了一种可中低温烧结的PLZT四方反铁电储能陶瓷材料及陶瓷电容器，PLZT四方反铁电储能陶瓷材料的组成为：mPbO‑ZrO<subgt;2</subgt;‑xTiO<subgt;2</subgt;‑yLa2O<subgt;3</subgt;‑zBaO‑aB<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑bSiO<subgt;2</subgt;‑c(Li<subgt;2</subgt;O,Na<subgt;2</subgt;O,K<subgt;2</subgt;O)‑dAg<subgt;2</subgt;O，其中，各氧化物物种比例为：0.111<x<0.220，0.011<y<0.053，0.023≤z<0.093，0.002<a≤0.009，0.002<b≤0.012，0≤c<0.010，0≤d<0.006，0.983<m<1.079。本发明的技术方案的陶瓷材料兼具改进后的中低温烧结温度、较低工作电场下优异的储能特性，由此陶瓷材料制造的多层陶瓷电容器元件，可广泛用于电力、脉冲、功率等领域。技术研发人员：包艺拯,陈学锋,闫世光,曹菲,姚春华,王根水受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13