[发明专利]一种无铅高储能密度和宽温稳定陶瓷材料及其制备方法

说明书

一种无铅高储能密度和宽温稳定陶瓷材料及其制备方法，向Bi_(0.5‑x)La_x(Na_0.82K_0.18)_0.5Ti_0.96Zr_0.02Sn_0.02O₃粉体中加入粘合剂，进行造粒，陈腐后于200～250MPa下压片，再进行排胶处理得到试样生坯，将试样生坯烧结成瓷，得到无铅高储能密度和宽温稳定陶瓷材料。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，该陶瓷材料在室温下的储能密度在0.85～1.95J/cm³；储能效率在65～85％，电容值在较宽的温度范围内的变化率小于±15％，表现出优异的储能特性和温度稳定性，适用于较宽的工作温度、频率范围和应用领域。

技术领域

本发明属于储能陶瓷领域，具体是一种无铅高储能密度和宽温稳定陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着脉冲功率技术的迅速发展，对脉冲功率设备中的储能元器件提出了更高的要求。与其他储能装置相比，陶瓷储能电容器材料具有充放电速度快、抗循环老化、机械强度高、适用于高温高压等极端环境、性能稳定、储能密度上升空间大等优点，符合新能源开发和利用的要求，逐渐成为脉冲功率设备中不可缺少的储能元器件并广泛应用于激光、雷达、移动通讯及混合动力电动车等领域。

陶瓷储能电容器的研究主要是开发出性能优异的陶瓷介质材料，但是储能密度不够高和宽温稳定性差是目前陶瓷储能电容器所面临的两大难题。一方面，面对电子信息控制技术朝着微型化、高集成化的方向不断发展的趋势，要求陶瓷储能电容器具有更高的储能密度。通过人们的不断探索和研究发现，储能密度的大小与储能介质本身的介电常数和击穿强度密切相关，提高陶瓷介质材料的介电常数和击穿强度可以有效的提高储能密度。另一方面，随着脉冲技术应用的迅速发展，脉冲器件时常需要在一些极端的条件下进行工作，例如在外太空和深井探测等方面，要求从零下数摄氏度到零上数百摄氏度的温度下仍然可以保持正常工作，这对介质材料的宽温稳定性提出了更高的要求。因此，开发出同时具有高储能密度和宽温稳定性良好的陶瓷介质材料是脉冲技术发展的新要求、新方向。

钛酸铋钠(Bi_0.5Na_0.5TiO₃)基陶瓷材料的介电常数随温度变化的曲线中会表现出两个介电异常峰，通过对Bi_0.5Na_0.5TiO₃陶瓷材料进行改性，可以得到较宽温度范围内平坦的介温曲线，提高材料的介电常数温度稳定性。另一方面，Bi_0.5Na_0.5TiO₃陶瓷材料具有较高的介电常数和饱和极化强度，是极具有潜了的储能陶瓷体系之一。但是由于Bi_0.5Na_0.5TiO₃陶瓷材料的击穿强度低、剩余极化强度大，导致储能密度和储能效率特别的低。因此，有效地提高Bi_0.5Na_0.5TiO₃陶瓷材料的储能密度和介电常数的温度稳定性显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种无铅高储能密度和宽温稳定陶瓷材料及其制备方法，这种陶瓷材料的储能密度和介电常数的宽温稳定性优异，并且具有环境友好、实用性高的特性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：