一种高击穿强度脉冲功率电容器陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高击穿强度脉冲功率电容器介质材料，所述高击穿强度脉冲功率电容器介质材料的通式为Ba0.3Sr0.7TiO3‑xwt％ZnNb2O6，其中，x的取值为1.5～6，ZnNb2O6的加入量为Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6的总质量的1.5～6％。制备方法，采用固相法分别制得Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6粉末，然后将占Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6混合球磨，烘干、造粒、压片、排胶后烧结，得到所述的高击穿强度脉冲功率电容器陶瓷材料。本发明专利技术的有益效果是：具有常温介电常数高、介电损耗低、击穿强度高、烧结温度低、生产成本低的特点。

Ceramic material with high breakdown strength and pulse power capacitor and preparation method thereof

The present invention relates to a high breakdown strength pulse power capacitor dielectric material. The general formula of the high breakdown strength pulse power capacitor dielectric material is Ba0.3Sr0.7TiO3_xwt% ZnNb2O6, in which the value of X is 1.5-6, the addition of ZnNb2O6 is 1.5-6% of the total mass of Ba0.3Sr0.7TiO3 and ZnNb2O6. Ba0.3Sr0.7TiO3 and ZnNb2O6 powders were prepared by solid-state method, and then Ba0.3Sr0.7TiO3 and ZnNb2O6 powders were mixed to be milled, dried, pelleted, pressed and sintered after discharging. The high breakdown strength pulse power capacitor ceramic material was obtained. The invention has the advantages of high dielectric constant at room temperature, low dielectric loss, high breakdown strength, low sintering temperature and low production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种高击穿强度脉冲功率电容器陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及功能陶瓷材料领域，尤其涉及一种高击穿强度脉冲功率电容器陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
脉冲功率技术是20世纪30年代产生、60年代以来迅速发展的一门新兴技术,是把较小功率的能量以较长时间慢慢输入到能储存能量的设备中,将能量进行压缩与转换,然后在极短的时间最短可为纳秒以极高的功率密度向负载释放的电物理技术,实质上是输出功率对输入功率的放大。目前,脉冲技术已广泛应用于电子计算机、通信、雷达、电视、自动控制、遥测遥控、无线电导航和测量技术等领域。脉冲电容器是脉冲功率系统的主要储能元件。自1994年E.L.Neau提出高重频固态脉冲功率技术概念后，固态化和体积小型化作为脉冲功率技术发展的新趋势而备受关注，对脉冲电容器的介电常数，耐压强度，介电损耗以及特殊场合的应用提出了更高的要求。陶瓷材料由于具有耐温度冲击、耐辐射、易于散热、寿命长等优点而成为制作脉冲电容器的优选介质材料。钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO3)是钛酸钡(BaTiO3)与钛酸锶(SrTiO3)的无限固溶体。它兼顾了BaTiO3的高介电常数和SrTiO3的低损耗、高稳定性等优异的介电性能，且其材料体系的介电性能可以通过Ba/Sr比进行调节，是非常理想的介电材料。但目前用作脉冲功率电容器的钛酸锶钡陶瓷材料通常耐压不够高(～20kV/mm),介电损耗偏大(～10-2)，烧结温度较高(～1400℃)，不能满足目前脉冲功率电容器用陶瓷材料的使用需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高击穿强度脉冲功率电容器陶瓷材料及其制备方法，以克服上述现有技术中的不足。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种高击穿强度脉冲功率电容器介质材料，所述高击穿强度脉冲功率电容器介质材料的通式为Ba0.3Sr0.7TiO3-xwt％ZnNb2O6，其中，x的取值为1.5～6，ZnNb2O6的加入量为Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6的总质量的1.5～6％。本专利技术的有益效果是：本专利技术选择x＝0.3的BaxSr1-xTiO3基体，通过添加ZnNb2O6来改性Ba0.3Sr0.7TiO3极大的提高了纯Ba0.3Sr0.7TiO3基陶瓷介质材料的耐压性能，在加入ZnNb2O6之前Ba0.3Sr0.7TiO3陶瓷材料的耐压强度只有20kV/mm左右，而加入ZnNb2O6之后耐压强度提高到了50kV/mm，介电性能得到改善，在保持较高的介电常数400～600的同时介电损耗从0.03892降低到0.00046，Zn2+能起到降低烧结温度的作用，使Ba0.3Sr0.7TiO3陶瓷材料的烧结温度从1400℃降低到1300℃。一种高击穿强度脉冲功率电容器介质材料的制备方法，采用固相法分别制得Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6粉末，然后将占Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6粉末总质量1.5％～6％的ZnNb2O6与Ba0.3Sr0.7TiO3粉末混合球磨，烘干、造粒、压片、排胶后烧结，得到所述的高击穿强度脉冲功率电容器陶瓷材料。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述的高击穿强度脉冲功率电容器介质材料的制备方法，具体步骤如下：S100、按化学计量比称取BaCO3、SrCO3和TiO2，并通过固相法制备出Ba0.3Sr0.7TiO3粉末；S200、按照摩尔比1：2称量ZnO和Nb2O5，并通过掺杂固相法制备出ZnNb2O6粉末；S300、将Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6放入球磨机上混合球磨24h，其中，Ba0.3Sr0.7TiO3：ZnNb2O6的质量百分数比为94-98.5wt％：1.5-6wt％，烘干，并用质量分数为3-5wt％的聚乙烯醇溶液作为粘合剂研磨造粒，然后干压成型，600℃保温2h排胶得陶瓷片，最后在1250-1300℃的温度下保温烧结2-3h，并自然冷却降温，得到所述的高击穿强度脉冲功率电容器陶瓷材料。进一步，所述S100的具体步骤如下：S110、按化学计量比称取BaCO3、SrCO3和TiO2，通过球磨机球磨24h，在100℃烘干箱干燥12h，烘干后过40目筛；S120、然后置于马弗炉中以2℃/min的升温速率升温至1000-1150℃保温烧结2-3h，自然冷却至常温后，得到Ba0.3Sr0.7TiO3粉末。进一步，所述S200的具体步骤如下：S210、按照摩尔比1:2称量ZnO、Nb2O5，通过球磨机球磨24h，在100℃烘干箱干燥12h，烘干后过40目筛；S220、然后置于马弗炉中以2℃/min的升温速率升温至1000-1150℃保温烧结2-3h，自然冷却至常温后，得到ZnNb2O6粉末；进一步，所述S300中，粘合剂聚乙烯醇溶液的添加量为Ba0.3Sr0.7TiO3：ZnNb2O6球磨干燥后粉末质量的3-5％。进一步，所述S300中，排胶时的升温速率为2℃/min。进一步，所述S300中，烧结时的升温速率为2℃/min-4℃/min。本专利技术的有益效果是：采用固相烧结方法，获得高致密度高耐压低介电损耗和较低烧结温度的脉冲功率电容器陶瓷材料，制备工艺简单、稳定，适合工业化应用；本专利技术的脉冲功率电容器陶瓷材料击穿强度可达50kV/mm，室温25℃时介电常数400～600，介电损耗0.00046，烧结温度1300℃，另外，本制备方法中，通过合理控制升温速率从而有效的保证了陶瓷样品性能稳定，具有适中介电常数、极低的介电损耗、高耐压和较低的烧结温度的优点，在脉冲功率电容器领域有良好的应用前景。附图说明图1为合成ZnNb2O6的XRD图谱；图2为不同ZnNb2O6含量的陶瓷样品XRD谱图；图3为添加ZnNb2O6的Ba0.3Sr0.7TiO3基陶瓷在25℃下介电常数图；图4为添加ZnNb2O6的Ba0.3Sr0.7TiO3基陶瓷在25℃下介电损耗图；图5为添加ZnNb2O6的Ba0.3Sr0.7TiO3基陶瓷在25℃下的击穿强度。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1一种高击穿强度脉冲功率电容器介质材料，其通式为Ba0.3Sr0.7TiO3-1.5wt％ZnNb2O6。一种高击穿强度脉冲功率电容器介质材料的制备方法，具体步骤如下：S100、按BaCO3中的Ba元素、SrCO3中的Sr元素、TiO2中的Ti元素的摩尔比为0.3：0.7：1，将称量好的BaCO3、SrCO3、TiO2放入卧式球磨机中混合均匀，球磨介质为锆球，球磨时间为24h，并将得到的混合料在100℃烘干箱干燥12h，烘干后过40目筛，然后置于马弗炉中在1150℃预烧3h，升温速率2℃/min，制得Ba0.3Sr0.7TiO3粉末；S200、按ZnO、Nb2O5中Zn、Nb元素摩尔比1:2称量ZnO、Nb2O5，放入卧式球磨机上混合球磨24h，球磨介质为锆球，在100℃烘干箱干燥12h后过40目筛，然后置于马弗炉中以2min/℃的升温速率升温至1000℃保温烧结3h，自然冷却至常温后，制得ZnNb2O6粉体；S300、按ZnNb2O6粉体的加入量为Ba0.3Sr0.7TiO3粉末和ZnNb2O6粉体总质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高击穿强度脉冲功率电容器介质材料，其特征在于，所述高击穿强度脉冲功率电容器介质材料的通式为Ba0.3Sr0.7TiO3‑xwt％ZnNb2O6，其中，x的取值为1.5～6，ZnNb2O6的加入量为Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6的总质量的1.5‑6％。

【技术特征摘要】
1.一种高击穿强度脉冲功率电容器介质材料，其特征在于，所述高击穿强度脉冲功率电容器介质材料的通式为Ba0.3Sr0.7TiO3-xwt％ZnNb2O6，其中，x的取值为1.5～6，ZnNb2O6的加入量为Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6的总质量的1.5-6％。2.一种高击穿强度脉冲功率电容器介质材料的制备方法，其特征在于，采用固相法分别制得Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6粉末，然后将占Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6粉末总质量1.5％-6％的ZnNb2O6与Ba0.3Sr0.7TiO3粉末混合球磨，烘干、造粒、压片、排胶后烧结，得到所述的高击穿强度脉冲功率电容器陶瓷材料。3.如权利要求2所述的高击穿强度脉冲功率电容器介质材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：S100、按化学计量比称取BaCO3、SrCO3和TiO2，并通过固相法制备出Ba0.3Sr0.7TiO3粉末；S200、按照摩尔比1：2称量ZnO和Nb2O5，并通过掺杂固相法制备出ZnNb2O6粉末；S300、将Ba0.3Sr0.7TiO3和ZnNb2O6放入球磨机上混合球磨24h，其中，Ba0.3Sr0.7TiO3：ZnNb2O6的质量百分数比为94-98.5wt％：1.5-6wt％，烘干，并用质量分数为3-5wt％的聚乙烯醇溶液作为粘合剂研磨造粒，然后干压成型，600℃保温2h排胶得陶瓷片，最后在1250-1350℃的温度下保温烧结2-3h...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘韩星，樊平成，饶云，郝华，曹明贺，尧中华，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42