[发明专利]一种低温烧结钛酸锶储能介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，具体涉及一种以BaCu(B₂O₅)掺杂改性的钛酸锶基储能介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

目前，为了获得实用化的储能介质陶瓷材料，需要陶瓷材料满足三个要求：(1)较高的介电常数ε_r，便于器件的小型化；(2)高的耐压强度E_b，与较高的介电常数配合以获得较大的储能密度；(3)较低的烧结温度，便于与低含量Pd的Pd-Ag电极共烧。

陶瓷材料的耐压强度主要受晶粒尺寸、气孔尺寸和气孔率的影响。低熔点烧结助剂的添加可以改善陶瓷结构的显微结构，提高陶瓷结构的烧结致密性，减小其晶粒尺寸，从而对陶瓷材料的介电性能有所改善。另外，可大幅度降低其烧结温度。BaCu(B₂O₅)具有较低的熔点(850℃)，可以在烧结过程中通过液相传质的方式改善陶瓷结构的显微结构，同时，可大幅度降低钛酸锶基储能介质陶瓷的烧结温度。目前，尚未见到以BaCu(B₂O₅)改善钛酸锶基陶瓷材料性能的报道。本发明采用传统固相法，制备出钛酸锶基陶瓷材料，其具有较高的介电常数、较高的耐压强度、较低的烧结温度，是一种非常有前景的储能介质陶瓷材料。

发明内容

发明的目的，是为进一步降低钛酸锶基储能介质陶瓷的烧结温度，提供了一种具有较高的介电常数、较高的耐压强度、较低的烧结温度的钛酸锶基储能介质陶瓷材料及其制备方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种低温烧结钛酸锶储能介质陶瓷材料，其化学式为(Sr_0.9Mg_0.1)(Ti_0.96Zr_0.04)O₃+xmol%BaCuB₂O₅，其中0<x≤5；

该钛酸锶储能介质陶瓷材料的制备方法，具有以下步骤：

（1）按化学计量式为(Sr_0.9Mg_0.1)(Ti_0.96Zr_0.04)O₃，将原料SrCO₃、MgO、TiO₂和ZrO₂称量配料；

（2）按化学计量式为BaCuB₂O₅，将原料BaCO₃、CuO和B₂O₃称量配料；

（3）将步骤（1）配制的粉料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，料、水、球的质量比为1:1:1，球磨12小时；将球磨后的原料置于红外干燥箱中烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

（4）将步骤（2）配制的粉料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，料、水、球的质量比为1:1:1，球磨6小时；将球磨后的原料置于红外干燥箱中烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

（5）将步骤（3）处理后的粉料于1125℃下预烧，保温4小时，合成主晶相；

（6）将步骤（4）处理后的粉料于700℃下预烧，保温2小时，合成BaCuB₂O₅粉料；

（7）将步骤（5）、（6）所得产物按(Sr_0.9Mg_0.1)(Ti_0.96Zr_0.04)O₃+xmol%BaCuB₂O₅，其中0<x≤5化学比配料，放入球磨罐中，向粉料中加入去离子水，球磨12小时，烘干，外加质量百分比为6～10%的石蜡作为粘合剂进行造粒，过80目筛后，再用粉末压片机成型为坯体；

（8）将步骤（7）成型后的生坯于1000℃～1175℃烧结，保温2～6小时，制得钛酸锶基储能介质陶瓷；

（9）测试该储能介质陶瓷的介电性能。

所述步骤（3）、步骤（4）和步骤（7）的烘干温度为100℃。

所述步骤（8）优选的烧结温度为1075℃,保温时间4h。

所述步骤（7）的坯体为Φ10mm×1mm的圆片。

本发明的有益效果：