本发明专利技术公开了一种氧化锌基巨介电陶瓷材料及其制备方法和应用，属于功能性介电陶瓷材料制备技术领域。本发明专利技术解决现有氧化锌陶瓷材料的介电常数较低的问题，实现氧化锌陶瓷介电常数、耐压性同步提升的目标。本发明专利技术采用施主
【技术实现步骤摘要】
一种氧化锌基巨介电陶瓷材料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及一种氧化锌基巨介电陶瓷材料及其制备方法和应用，具体涉及一种掺杂改性巨介电氧化锌陶瓷材料及其制备方法，属于功能性介电陶瓷材料制备
技术介绍
[0002]氧化锌压敏电阻是半导体陶瓷电子材料，因其具有非线性的伏安特性，广泛应用于过电压保护器件、稳压器件和控制元件。虽然通过掺杂手段可以使氧化锌具有较高的压敏电压、电位梯度及非线性系数，但其介电常数通常较低，这限制了其在储能元件领域的应用。
[0003]基于上述问题，迫切需要提供一种能够提升氧化锌基陶瓷材料的介电性能的改性方法，继而得到具有巨介电性能的氧化锌陶瓷材料。
技术实现思路
[0004]本专利技术为了解决现有氧化锌陶瓷材料的介电常数较低的问题，实现氧化锌陶瓷介电常数、耐压性同步提升的目的，提供一种氧化锌基巨介电陶瓷材料及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]本专利技术的目的之一是提供一种氧化锌基巨介电陶瓷材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0007]S1，将由氧化锌、改性原料和助烧剂组成的无机物分散在无水乙醇中，通过纳米砂磨工艺混合均匀，得到混合粉体；
[0008]改性原料由Al2O3和Li2O组成；
[0009]S2，将混合粉体烘干后在高温下烧结，得到预烧粉；
[0010]S3，将预烧粉和粘结剂混合，压制成型后经过高温烧结成瓷和退火处理，得到氧化锌基巨介电陶瓷。
[0011]进一步限定，改性原料占氧化锌的摩尔比为0.005
‑
0.020％。
[0012]进一步限定，Al2O3和Li2O的摩尔比为(1.06
‑
1)：1；无水乙醇的用量为无机物总质量的5
‑
5.2倍。
[0013]进一步限定，助烧剂为氧化铋，用量为无机物总质量的0.01％。
[0014]进一步限定，纳米砂磨工艺的转速为2000
‑
2500rad/min，循环周期为5min，砂磨时间为5
‑
6h，温度为20
‑
30℃。
[0015]进一步限定，S2中烘干工艺为：60
‑
80℃处理4
‑
6h。
[0016]进一步限定，S2中烧结工艺为：以5℃/min升温速率，由室温升至800℃，保温2h。
[0017]进一步限定，S3中粘结剂是体积分数为5％的PVA水溶液，用量为预烧粉质量的50％。
[0018]进一步限定，S3中使用混合机对预烧粉和粘结剂进行预混合，具体的转速为40
‑
45rad/min，时间为10min，然后使用高速飞刀混合机进行充分混合，具体的料筒转速12
‑
16rad/min，飞刀转速为1400
‑
1450rad/min，混合时间为1
‑
1.5h，最后在60℃下烘干处理8
‑
10h，得到预烧粉和粘结剂的混合料。
[0019]进一步限定，S3中压制工艺为：0.095
‑
0.01MPa真空下室温冷压8
‑
10min，压强为15
‑
18MPa。
[0020]进一步限定，S3中高温烧结工艺为：600℃保温0.5h，然后升温至1000
‑
1100℃保温2h，继续升温至1250
‑
1350℃保温4
‑
5h，降至室温，具体的升温速率均为5℃/min，降温速度为10
‑
15℃/min。
[0021]进一步限定，S3中退火工艺为：室温升至800
‑
900℃保温3
‑
4h，具体的升温速率为5℃/min。
[0022]本专利技术的目的之二是提供一种上述制备方法得到的氧化锌基巨介电陶瓷材料，该陶瓷材料的介电常数高于1000，介电损耗低于1.5。
[0023]本专利技术的目的之三是提供一种上述制备方法得到的氧化锌基巨介电陶瓷材料的应用，具体的用于制备储能器件、防雷装置或接地装置。
[0024]与现有技术相比，本申请的有益效果为：
[0025]本专利技术为了实现氧化锌陶瓷介电常数、耐压性同步提升的目标，采用施主
‑
受主共掺杂的方式对氧化锌进行改性，利用掺杂离子形成的缺陷偶极子结构，使掺杂氧化锌陶瓷具有巨介电常数，同时实现对掺杂陶瓷压敏电压的有效调控，拓宽氧化锌陶瓷的应用范围。采用本专利技术提供的方法制备的氧化锌基陶瓷材料的具有巨介电常数，同时其非线性系数可调控，在电子储能器件、防雷装置接地装置等领域具有较大的实际应用价值。这主要是由于本专利技术选用的施主离子Al
3+
半径小于Zn
2+
，容易占据Zn位，形成正电中心，并引入限域电子，提高掺杂陶瓷的介电常数；受主离子Li
+
半径与Zn
2+
离子接近，容易替换Zn位，形成负电中心，并引入氧空位，降低陶瓷的介电损耗。同时施主离子和受主离子形成的局域缺陷结构，可形成肖特基势垒，实现对陶瓷压敏电压的有效调控。另一方面，加入Al2O3和Li2O烧结时，除部分占据Zn位外，还可以起到助烧作用，降低烧结温度，缩短烧结时间，避免了制备氧化锌陶瓷过程中由于长时间高温烧结导致Zn的挥发，继而引发的烧结致密性降低问题，有效提高氧化锌陶瓷的致密性，改善陶瓷的介电特性。
附图说明
[0026]图1为实施例1
‑
实施例4制备的陶瓷材料的晶相分析；
[0027]图2为实施例1
‑
实施例4制备的陶瓷材料的相对介电常数
‑
频率谱图；
[0028]图3为实施例1
‑
实施例4制备的陶瓷材料的介质损耗角正切
‑
频率谱图。
具体实施方式
[0029]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用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
[0031]实施例1：
[0032]本实施例制备氧化锌基陶瓷材料的具体过程按下述步骤进行：
[0033]步骤一、将氧化锌、助烧剂以及占氧化锌摩尔分数0.0050mol％的Al2O3和Li2O分散在乙醇溶剂中，其中，Al2O3和Li2O的摩尔比为1:1，助烧剂为氧化铋用量为无机物总质量的0.01％，无水乙醇用量为无机物总质量的5倍。在室温下经纳米砂磨混合5h，按照转速2500rad/min，循环周期为5min的工艺混合均匀。
[0034]步骤二、在80本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氧化锌基巨介电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将由氧化锌、改性原料和助烧剂组成的无机物分散在无水乙醇中，通过纳米砂磨工艺混合均匀，得到混合粉体；改性原料由Al2O3和Li2O组成；S2，将混合粉体烘干后在高温下烧结，得到预烧粉；S3，将预烧粉和粘结剂混合，压制成型后经过高温烧结成瓷和退火处理，得到氧化锌基巨介电陶瓷。2.根据权利要求1所述的氧化锌基巨介电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，改性原料占氧化锌的摩尔比为0.005
‑
0.020％。3.根据权利要求1所述的氧化锌基巨介电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，Al2O3和Li2O的摩尔比为(1.06
‑
1)：1；无水乙醇的用量为无机物总质量的5
‑
5.2倍。4.根据权利要求1所述的氧化锌基巨介电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，助烧剂为氧化铋，用量为无机物总质量的0.01％。5.根据权利要求1所述的氧化锌基巨介电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，纳米砂磨工艺的转速为2000
‑
2500rad/min，循环周期为5min，砂磨时间为5
‑
6h，温度为20
‑
30℃。6.根据权利要求1所述的氧化锌基巨介电陶瓷材料的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：于杨，刘一桐，卜德超，周子越，张笑瑞，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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