一种高储能密度钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高储能密度钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷的制备方法，该方法首先将原料BaCO3，SrCO3和TiO2按Ba0.4Sr0.6TiO3化学式配料，制得Ba0.4Sr0.6TiO3粉料；然后将Ba0.4Sr0.6TiO3粉料与ZnO粉末按质量比(100-x)：x进行配料，制得陶瓷粉料；最后将陶瓷粉料装入模具，利用放电等离子烧结系统在真空环境中1000℃进行烧结，制得陶瓷烧结体，热处理后制得高储能密度钛酸锶钡复相陶瓷。本发明专利技术方法制备的具高储能密度的钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷，其储能密度提高，介电击穿场强大幅提高，可用于高密度储能电容器等元器件，在大功率和脉冲功率领域有着极大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及储能电容器用介质材料
，尤其涉及一种高储能密度复相电介质陶瓷的制备方法。
技术介绍
电介质电容器以其超高的功率密度，极其适合应用于功率波动快速且不稳定的领域,其储能方式是将电能以电容器对极板间的富集电荷电势场的形式储存。与传统的燃料电池、锂电池相比，电介质储能电容器的特点是响应速度快、功率密度高、使用寿命长、全固态安全结构、使用温度范围广等，在大功率和脉冲功率器件中有着非常广泛的应用。探索具有高介电常数、高介电击穿场强和低介电损耗的介电材料作为储能电容器用介质材料，是提高储能密度、实现器件小型化的关键。在储能方面，较低的介电损耗、较高的介电常数和击穿场强，使得钛酸锶钡陶瓷在储能领域受到广泛关注。但较低的击穿场强制约了其性能，可以通过复合第二相来实现对钛酸锶钡介质材料的改性。申请号为201310681668.2的中国专利公开了一种高储能密度钛酸锶钡陶瓷的制备方法，其步骤如下：(1)将原料BaCO3，SrCO3和TiO2按Ba1-xSrxTiO3化学式配料，研磨后烘干，过筛；(2)将步骤(1)制得的粉料于1100～1250℃煅烧1～5小时后，过筛；(3)将步骤(2)制得的粉料装入模具，利用放电等离子烧结系统在真空环境中900～1050℃进行烧结，制得陶瓷烧结体；(4)空气气氛下，将所述的陶瓷烧结体于800～1100℃热处理1～5小时，制得所述钛酸锶钡陶瓷。该方法制备的纯Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷最高储能密度可达到1.20J/cm3。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高储能密度钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷及其制备方法，制备的复相陶瓷在室温下储能密度可达到1.55J/cm3。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高储能密度钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)将原料BaCO3，SrCO3和TiO2按Ba0.4Sr0.6TiO3化学式配料，研磨至粒径为100nm～500nm后烘干，过筛；(2)将步骤(1)制得的粉料1150℃煅烧3小时后，过筛，制得Ba0.4Sr0.6TiO3粉料；(3)将步骤(2)制得的Ba0.4Sr0.6TiO3粉料与ZnO粉末按质量比(100-x)：x进行配料，研磨后烘干，过筛，制得陶瓷粉料；(4)将步骤(3)制得的陶瓷粉料装入模具，利用放电等离子烧结系统在真空环境中1000℃进行烧结，制得陶瓷烧结体；(5)空气气氛下，将步骤(4)制得的陶瓷烧结体1000℃热处理3小时，制得所述高储能密度钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷。进一步地，步骤(1)、(3)中，研磨的方法为：将原料放入球磨罐，加入氧化锆球和去离子水进行球磨。进一步地，步骤(3)中，Ba0.4Sr0.6TiO3粉料与氧化锌粉末的质量比(100-x)：x，x＝0.5～3.0。进一步地，步骤(3)中，Ba0.4Sr0.6TiO3粉料与氧化锌粉末的质量比(100-x)：x，x＝0.5、1.0或3.0。本专利技术通过采用放电等离子烧结方法，提高复相陶瓷的介电击穿强度，通过添加氧化锌来提高复相陶瓷的介电常数，从而提高复相陶瓷的储能密度。在制备前，原料需要研磨至一定的细度，研磨时，可将原料放入球磨罐，加入氧化锆球和去离子水中进行球磨。本专利技术的有益效果在于：采用本专利技术的制备方法，将Ba0.4Sr0.6TiO3粉料与氧化锌粉末按质量比99：1配比时制得的复相陶瓷在室温下介电击穿场强达到260kV/cm，而采用放电等离子烧结方法制备的纯Ba0.4Sr0.6TiO3电介质陶瓷的介电击穿场强仅为230kV/cm，介电击穿场强提高了13％；此时，放电等离子烧结温度为1000℃，而采用放电等离子烧结方法制备的纯Ba0.4Sr0.6TiO3电介质陶瓷烧结温度为1050℃，烧结温度降低了4％以上；制得的复相陶瓷在室温下储能密度达到了1.55J/cm3，而采用放电等离子烧结方法制备的纯Ba0.4Sr0.6TiO3电介质陶瓷的储能密度仅为1.28J/cm3左右，储能密度提高了21％以上。本专利技术制备的高储能密度钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷，可用于高密度储能电容器等元器件，在大功率和脉冲功率领域有着极大的应用价值。附图说明图1为钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷样品的XRD衍射图谱；图2为钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷样品的断面SEM照片，放大倍数为10k：(a)Ba0.4Sr0.6TiO3(对比例1)；(b)99.5wt.％Ba0.4Sr0.6TiO3–0.5wt.％氧化锌(实施例1)；(c)99wt.％Ba0.4Sr0.6TiO3–1wt.％氧化锌(实施例2)；(d)97wt.％Ba0.4Sr0.6TiO3–3wt.％氧化锌(实施例3)；图3为钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷样品在不同频率下的介电常数和介电损耗随温度的变化曲线：(a)、(b)Ba0.4Sr0.6TiO3(对比例1)；(c)、(d)99.5wt.％Ba0.4Sr0.6TiO3–0.5wt.％氧化锌(实施例1)；(e)、(f)99wt.％Ba0.4Sr0.6TiO3–1wt.％氧化锌(实施例2)；(g)(h)97wt.％Ba0.4Sr0.6TiO3–3wt.％氧化锌(实施例3)；图4钛酸锶钡基氧化锌复相陶瓷样品室温60Hz时最高电场强度下的电滞回线：(a)Ba0.4Sr0.6TiO3(对比例1)；(b)99.5wt.％Ba0.4Sr0.6TiO3–0.5wt.％氧化锌(实施例1)；(c)99wt.％Ba0.4Sr0.6TiO3–1wt.％氧化锌(实施例2)；(d)97wt.％Ba0.4Sr0.6TiO3–3wt.％氧化锌(实施例3)。具体实施方式下面结合具体实施例进一步阐释本专利技术。实施例1(1)将BaCO3，SrCO3和TiO2原料粉末分别按Ba0.4Sr0.6TiO3化学式称量配料；(2)将步骤(1)配制好的化学原料放入球磨罐，加入氧化锆球和去离子水中球磨24小时(粒径为100nm～500nm)，将球磨后的粉料在干燥箱中烘干后120目过筛。将制得的粉料1150℃煅烧3小时后，过120目筛，制得Ba0.4Sr0.6TiO3粉料；(3)将步骤(2)制得的Ba0.4Sr0.6TiO3粉料与氧化锌分明按质量比99.5：0.5进行配料，研磨后烘干，120目过筛，制得陶瓷粉料；(4)将步骤(3)制得的粉末装入直径为10mm的石墨模具，放入放电等离子烧结系统在1000℃、30MPa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高储能密度钛酸锶钡‑氧化锌复相陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将原料BaCO3，SrCO3和TiO2按Ba0.4Sr0.6TiO3化学式配料，研磨至粒径为100nm～500nm后烘干，过筛；(2)将步骤(1)制得的粉料1150℃煅烧3小时后，过筛，制得Ba0.4Sr0.6TiO3粉料；(3)将步骤(2)制得的Ba0.4Sr0.6TiO3粉料与ZnO粉末按质量比(100‑x)：x进行配料，研磨后烘干，过筛，制得陶瓷粉料；(4)将步骤(3)制得的陶瓷粉料装入模具，利用放电等离子烧结系统在真空环境中1000℃进行烧结，制得陶瓷烧结体；(5)空气气氛下，将步骤(4)制得的陶瓷烧结体1000℃热处理3小时，制得所述高储能密度钛酸锶钡‑氧化锌复相陶瓷。

【技术特征摘要】
1.一种高储能密度钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷的制备方法，其特征在
于，包括以下步骤：
(1)将原料BaCO3，SrCO3和TiO2按Ba0.4Sr0.6TiO3化学式配料，研
磨至粒径为100nm～500nm后烘干，过筛；
(2)将步骤(1)制得的粉料1150℃煅烧3小时后，过筛，制得
Ba0.4Sr0.6TiO3粉料；
(3)将步骤(2)制得的Ba0.4Sr0.6TiO3粉料与ZnO粉末按质量比(100-x)：
x进行配料，研磨后烘干，过筛，制得陶瓷粉料；
(4)将步骤(3)制得的陶瓷粉料装入模具，利用放电等离子烧结系
统在真空环境中1000℃进行烧结，制得陶瓷烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴勇军，邱维君，刘小强，陈湘明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33