[发明专利]一种具有高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷材料及其制备方法

说明书

一种具有高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷材料及其制备方法，首先按照化学式Ba_0.4Sr_0.6TiO₃‑x(Bi₂O₃‑B₂O₃‑SiO₂)进行配料，其中x为Bi₂O₃‑B₂O₃‑SiO₂的质量百分数，且3wt％≤x≤12wt％。经球磨、干燥后获得原料粉体；将获得的原料粉体压制成片，于1300～1350℃下烧结，即可得到高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷材料。本发明的陶瓷材料制备工艺简单、稳定，适合工业化生产，其储能特性优良，基于电滞回线计算的储能密度在1.73～1.98J/cm³之间，储能效率均在90％以上。

技术领域

本发明涉及储能电容器用介质材料技术领域，具体涉及一种具有高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

目前，先进的储能材料作为新材料中的重要组成部分，在各种电力、电子系统中扮演着越来越重要的角色。同时，随着信息技术的飞速发展，各种电子设备正向着小型化和集成化的方向发展。因此，电容器作为电子设备中大量使用的电子元器件之一，必须具有更加优异的性能。相比于聚合物储能材料，陶瓷储能材料具有介电常数高、介电损耗低、老化速度慢、机械性能和温度稳定性好等特点，具有较为广泛的应用前景。但是大多数无铅陶瓷储能材料的击穿强度不够高、剩余极化强度较大，导致储能密度和储能效率较低，难以满足新技术进一步发展的需求。

钛酸锶钡((Ba,Sr)TiO₃)是钛酸锶(SrTiO₃)和钛酸钡(BaTiO₃)的无限固溶体，既具有SrTiO₃的低介电损耗和高稳定性，又具有BaTiO₃的高介电常数，并且通过调节Ba/Sr的比例，可以获得不同的介电性能。Ba_0.4Sr_0.6TiO₃是目前比较理性的储能陶瓷材料体系之一，但是由于Ba_0.4Sr_0.6TiO₃的晶粒尺寸分布不均匀且晶粒尺寸较大使得击穿电场较低，导致它的储能密度只有0.3J/cm³。采用各种参杂改性和放电等离子烧结技术之后，其储能密度依然在1.5J/cm³以下，并且储能效率低于80％，难以满足实际应用的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种具有高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷材料，本发明陶瓷材料的储能密度和储能效率优异，储能密度在1.73～1.98J/cm³之间，储能效率在90～92％之间，电场强度在241～279kV/cm之间，并且具有环境友好、工艺简单成熟、实用性好等特性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种具有高储能密度和高储能效率的无铅陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Ba_0.4Sr_0.6TiO₃粉体与Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂玻璃粉按照化学式Ba_0.4Sr_0.6TiO₃-x(Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂)进行配料并混合均匀，过筛获得原料粉体；其中x表示Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂质量百分数，且3％≤x≤12％；