[发明专利]一种Zr掺杂铌酸钡钠高击穿强度钨青铜结构陶瓷材料及其制备方法

说明书

一种Zr掺杂铌酸钡钠高击穿强度钨青铜结构陶瓷材料。该材料的制备方法为：首先采用了BaCO₃、Na₂CO₃、Nb₂O₅和ZrO₂为原料，按化学式Ba₂Na(Nb_1‑xZr_x)₅O₁₅(x=0,0.1,0.15,0.2,0.25)配比取料，对粉体进行湿法球磨混合，干燥后的粉体在1000℃下预烧2 h，再经过二次球磨、过筛和成型，最终在1300℃温度下烧结2 h得到了所需钨青铜结构陶瓷材料。本发明制备工艺简单，原料价格低廉，制作成本低，在铁电性能测试中，随着Zr掺杂量的增加，材料的击穿强度得到明显的提高，当x=0.25时，其击穿强度达到250 kV/cm，这有利于其储能密度的提高。

技术领域

本发明属于钨青铜结构陶瓷材料的技术领域，通过Zr离子掺杂在Ba₂NaNb₅O₁₅基体中使其具有高击穿强度的钨青铜结构陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着脉冲功率技术在混合动力汽车、航空航天及石油钻井等领域的飞速发展，对储能介质电容器提出了“高温化、高能量密度和高可靠性”的要求。然而，储能介质电容器的性能主要取决于所使用的储能介质材料。随着脉冲功率源小型化的发展需求，固态储能介质材料的发展日益得到重视。其中陶瓷介质材料具有较高的介电常数，然而击穿强度一般较低，且在单一材料中，一般难以同时获得高介电常数和高击穿强度。在储能材料领域，储能密度与储能效率是研究人员关注的重点参数，如何获得能够在高温环境下具有储能效率和储能密度的陶瓷介质电容器成为一个热点问题。

发明内容

Ba₂NaNb₅O₁₅作为一种典型的钨青铜结构陶瓷材料，具有较高的相变温度及中等的介电常数，通过Zr⁴⁺的掺杂对基体的介电、储能性能进行进一步改性。主要原理在于，Zr离子在Ba₂NaNb₅O₁₅的B位取代Nb离子，Zr离子的引入抑制了晶粒生长，降低了晶粒尺寸，增加了高绝缘性晶界的数量，从而增加了晶界势垒高度，利用晶界势垒效应提高材料的击穿强度。另外，其离子半径的变化会引起体系中NbO6八面体的畸变，这会对其介电性能产生很大的影响，最终提高其储能性能。

本发明的目的在于提供一种Zr掺杂铌酸钡钠高击穿强度钨青铜结构陶瓷材料及其制备方法，在Ba₂NaNb₅O₁₅基体中，通过掺入Zr离子以提高陶瓷材料的击穿强度从而改善其储能性能。

为达成上述所提到的性能，本发明采用如下技术方案：

一种Zr掺杂铌酸钡钠高击穿强度钨青铜结构陶瓷材料，其化学式为Ba₂Na(Nb_1-xZr_x)₅O₁₅，其中x为Zr离子的掺杂量，0≤ x ≤ 0.25，其中x表示摩尔百分比。

该钨青铜结构陶瓷材料的化学式为：Ba₂Na(Nb_1-xZr_x)₅O₁₅，其中x为Zr离子的掺杂量，0.1≤x≤0.25，其中x表示摩尔百分比。