[发明专利]一种高压陶瓷脉冲电容器、介质材料及其制备方法

说明书

一种高压陶瓷脉冲电容器、介质材料及其制备方法，一种用于高压陶瓷脉冲电容器的介质材料，包括以下重量份的原料：100重量份的SrTiO₃、35‑60重量份的SrZrO₃、10‑20重量份的BiX、0.05‑2重量份的MnCO₃、0.4‑2重量份的MgO、0.5‑3重量份的Zn₂SiO₄、0.5‑3.5重量份的BaB₂O₄，BiX为Bi₂O₃与TiO₂或Bi₂O₃与ZrO₂固相合成的化合物，通过限制介质材料的具体组成，以SrTiO₃为基础，与SrZrO₃、Zn₂SiO₄、BiX配合，通过引入Zn₂SiO₄并限定SrTiO₃、SrZrO₃、Zn₂SiO₄、BiX的加入量以限定SrTiO₃、SrZrO₃、Zn₂SiO₄、BiX之间的配比及BiX的具体组成，有效将介质材料的介电常数控制在250±30的范围，适当降低损耗的同时将电容温度系数控制在‑2500～‑1600ppm/K的范围，以使制得的高压陶瓷脉冲电容器可用于设计(‑55℃‑125℃)温度范围内的高压储能电容器。

技术领域

本发明属于电介质功能陶瓷材料，具体涉及一种用于高压陶瓷脉冲电容器的介质及其制作方法，以及采用该介质材料制作的陶瓷电容器。

背景技术

随着科技的发展，多层瓷介电容器越来越广泛运用，逐渐取代原有薄膜电容的应用领域，特别是高压储能领域，作为脉冲功率系统的储能元器件被广泛使用。相对于薄膜电容，陶瓷电容固有特性稳定可靠，耐高温，高功率密度越来越多运用于功率系统中。电介质储能电容器是整个功率系统中不可缺少的重要组成部分，对整个脉冲功率系统起着至关重要的作用，它作为储能器件可以将大量的能量储存集中起来并在极短的时间内释放在负载上，形成强大的脉冲功率及较高的电流。这一系列特性使其在在固体发动机点火系统、卫星电推进系统中都有广泛的应用需求，可大幅提高系统的安全性与可靠性；此外，在中高压储能电路、高压逆变器等民用领域具有推广应用前景，在引爆线路、点火系统、激光系统、能量存储模块、脉冲光电系统、石油勘探、地震评估、缓冲器、电源中断保护电路等诸多领域具有应用潜力。

陶瓷脉冲电容器具有高能量功率和极快的充放电速率，广泛应用于医疗、交通和脉冲功率器件等领域。相对于聚合物或玻璃基储能电解质材料，尽管陶瓷脉冲电容器拥有较好的温度稳定性和高极化强度等优势，但目前面临的主要问题是低能量转换效率以及低击穿场强而导致较低的能量储存密度。近些年来，针对无铅反铁电或铁电陶瓷基材料，科学家们通过掺杂或者固溶的方法，努力在尽可能较少降低极化强度的同时，极大提高能量转换效率和击穿场强。但和聚合物基储能材料相比，过低的材料本征击穿场强极大限制了陶瓷脉冲电容器储存电能的能力。因此，在保持高电场强度和充放电速率的同时，能否控制并提高陶瓷基材料本征的击穿场强，成为是否能获得高储能密度陶瓷基材料的关键。现有的陶瓷脉冲电容器，主要以钛酸钡为主要材料进行制备，钛酸钡材料晶相结构复杂，自发极化强度高，在不同温度下有多重晶相转变，击穿强度低；以锆钛酸铅为主体的脉冲电容器由于制作过程中会产生大量的铅污染，已被大多数国家禁止使用，有待进一步改进。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种用于高压陶瓷脉冲电容器的介质及其制作方法，另一目的是提供一种采用该介质材料制作的陶瓷电容器。

本发明采用如下技术方案：

一种用于高压陶瓷脉冲电容器的介质材料，包括以下重量份的原料：

100重量份的SrTiO₃；