无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料及其制备方法，无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料由主晶相和改性剂制得；所述主晶相的化学通式为BaTiO3‑

【技术实现步骤摘要】
无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷材料
，具体涉及一种无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着脉冲功率技术的不断发展，脉冲功率技术的应用也逐渐从国防军工领域向民用工业等领域扩展。这也要求脉冲功率系统小型化、轻量化和集成化方向发展，对脉冲电容器也提出了相应的要求。介质材料作为脉冲电容器的核心部件，它直接决定了脉冲电容器的性能。因此，开发具有更高储能密度的储能陶瓷材料是实现脉冲功率系统小型化和集成化的当务之急。想要获得优异的储能性能，储能陶瓷材料需同时具备较高的最大极化P
m
，较小的剩余极化P
r
和较高的击穿场强(BDS)。值得注意的是能量效率也是一个至关重要的参数。低的能量效率意味着更多的能量将在放电过程中以发热的方式耗散掉，将会降低性能甚至损坏电容器。但是，在现有技术中并未有满足上述要求的钛酸钡基陶瓷材料。
[0003]综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

技术实现思路

[0004]针对上述的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料及其制备方法，以提升陶瓷材料的能量密度和能量效率。
[0005]本专利技术第一方面提供一种无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料，由主晶相和改性剂制得；
[0006]所述主晶相的化学通式为BaTiO3‑
xSr
0.7
Bi
0.2
TiO3‑
yNaTaO3，其中0.2≤x≤ 0.4，0.05≤y≤0.2；
[0007]所述改性剂为氧化物或碳酸盐。
[0008]根据所述的无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料，所述改性剂包括CuO、 Sm2O3、Gd2O3、Dy2O3、Al2O3和SiO2中的一种或者几种。
[0009]根据所述的无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料，所述主晶相按质量百分比计BaTiO3‑
xSr
0.7
Bi
0.2
TiO3‑
yNaTaO3的量为90
‑
99.5wt％，所述改性剂按质量百分比计为0.5
‑
10wt％。
[0010]根据所述的无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料，所述改性剂包括CuO、 Sm2O3、Gd2O3、Dy2O3、Al2O3和SiO2；所述改性剂中各组分占所述主晶相的质量分数分别为：
[0011]CuO为0.01
‑
0.5wt％、Sm2O3为0
‑
0.5wt％、Gd2O3为0
‑
0.5wt％、Dy2O3为 0
‑
0.7wt％、Al2O3为0
‑
1.5wt％、SiO2为0.01
‑
1.5wt％。
[0012]根据所述的无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料，所述无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料不含有挥发性有毒金属。
[0013]根据所述的无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料，所述挥发性有毒金属为 Pb和Cd。
[0014]根据所述的无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料，所述钛酸钡基陶瓷材料的击穿场强大于等于330kV/cm；在290kV/cm电场下所述钛酸钡基陶瓷材料的储能密度大于等于3.0J/cm3。
[0015]本专利技术的第二方面提供了一种制备上述任意一项所述的无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料的方法，包括以下步骤：
[0016](1)将原料BaCO3、TiO2、SrCO3、Bi2O3、NaCO3和Ta2O5按照主晶相的化学通式的摩尔比进行称重配料，得到混合料；
[0017](2)将混合料、球磨介质和无水乙醇置于球磨机中球磨2
‑
8小时，接着将球磨后得到的浆料在干燥箱中于80
‑
110℃烘干12
‑
24小时，然后过40
‑
120目筛网，得到混合物；
[0018](3)将混合物放置于高温箱式炉中，于850
‑
1150℃下预烧4
‑
6小时，得到预烧粉体；
[0019](4)将改性剂和预烧粉体放置于球磨机中，球磨4
‑
6小时，加入粘接剂进行造粒，得到造粒粉；
[0020](5)将造粒粉干压成型，在1100
‑
1300℃下烧结1
‑
6小时，得到所述钛酸钡基陶瓷材料。
[0021]本专利技术通过将无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料，设置为由主晶相和改性剂制成，主晶相的化学通式为，其中0.2≤x≤0.4，0.05≤y≤0.2，通过加入改性剂对主晶相进行改性，使其储能性能上实现了明显的提升，实现了高能量密度和高能量效率，同时，具有良好的储能温度稳定性，本专利技术提供的储能陶瓷材料在实现高能量密度和能量效率的同时实现了对介电性能的温度稳定性的提升，在较宽的环境温度中都具有稳定的性能，应用前景广泛；且其不含Pb，Cd等挥发性有毒金属，绿色环保无污染，满足严格的环保标准要求。此外，本专利技术提供的无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料的制备方法，先经一次球磨混合，预烧后，再进行第二次球磨混合，并于在1100
‑
1300℃下烧结制成储能陶瓷材料，制备方法简单、成本低廉，添加剂均为简单的氧化物或碳酸盐，在二次球磨时加入，不会增加工艺复杂程度，易于控制，成本低廉，同时所得陶瓷材料具有高储能密度和高能量效率，同时介电常数也呈现出高温度稳定性，可更好地满足高性能的应用需求。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0023]需要说明的，本说明书中针对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用，指的是描述的该实施例可包括特定的特征、结构或特性，但是不是每个实施例必须包含这些特定特征、结构或特性。此外，这样的表述并非指的是同一个实施例。进一步，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，不管有没有明确的描述，已经表明将这样的特征、结构或特性结合到其它实施例中是在本领域技术人员的知识范围内的。
[0024]此外，在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可以用不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书中
所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此系包含任何直接及间接的电性连接手段。间接的电性连接手段包括通过其它装置进行连接。
[0025]此外，未注明具体条件者，按照常规条件或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料，其特征在于，由主晶相和改性剂制得；所述主晶相的化学通式为BaTiO3‑
xSr
0.7
Bi
0.2
TiO3‑
yNaTaO3，其中0.2≤x≤0.4，0.05≤y≤0.2；所述改性剂为氧化物或碳酸盐。2.根据权利要求1所述的无铅高储能性能的钛酸钡基陶瓷材料，其特征在于，所述改性剂包括CuO、Sm2O3、Gd2O3、Dy2O3、Al2O3和SiO2中的一种或者几种。3.根据权利要求1所述的钛酸钡基陶瓷材料，其特征在于，所述主晶相按质量百分比计BaTiO3‑
xSr
0.7
Bi
0.2
TiO3‑
yNaTaO3的量为90
‑
99.5wt％，所述改性剂按质量百分比计为0.5
‑
10wt％。4.根据权利要求2所述的钛酸钡基陶瓷材料，其特征在于，所述改性剂包括CuO、Sm2O3、Gd2O3、Dy2O3、Al2O3和SiO2；所述改性剂中各组分占所述主晶相的质量分数分别为：CuO为0.01
‑
0.5wt％、Sm2O3为0
‑
0.5wt％、Gd2O3为0
‑
0.5wt％、Dy2O3为0
‑
0.7wt％、Al2O3为0
‑
1.5wt％、SiO2为0.01
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：司峰，王秀红，
申请(专利权)人：摩比科技深圳有限公司摩比通讯技术吉安有限公司摩比科技西安有限公司深圳市晟煜智慧网络科技有限公司西安摩比天线技术工程有限公司，
类型：发明
国别省市：