一种高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及功能陶瓷材料技术领域，尤其设及一种铁酸锁领基储能陶瓷及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 高储能密度陶瓷是制作小型、大容量电容器的关键材料，由于其具有充放电速度 快、抗循环老化能力强、高温和高压等极端环境下性能稳定等优点，在电动汽车、高功率电 子器件、脉冲功率电源、高能量密度武器、新能源及智能电网系统等基础科研和工程技术领 域均有着广阔的应用前景。
[000引铁酸锁领炬axSri_xTi03,简称BST)是铁酸领炬aTi03)与铁酸锁（SrTi03)的无限 固溶体，它兼顾了 BaTi化的高介电常数和SrTiO3的低损耗高稳定性等优异的介电性能，并 且其材料体系的介电性能可W通过Ba/Sr比进行调节，是非常理想的介电材料。铁酸锁领 炬a及vJiOs)在0《X《0. 5时的体系为顺电化具有良好的线性特征，是固态储能陶瓷材 料理想的候选体系之一。
[0004] 目前，顺电相BST陶瓷作为固态储能介质的应用主要存在两个方面的不足，一是 在固相法制备过程中其烧成温度偏高，一般高于1300°C，容易造成晶粒异常长大，导致陶瓷 耐压强度降低；二是高温使用条件下介电损耗偏高，即当使用温度高于140°C时，陶瓷的介 电损耗急剧上升，造成大的能量消耗，从而限制了其在高温环境下的使用。因此，探求降低 BST陶瓷的烧结温度，从而控制陶瓷异常晶粒长大，提高其耐压强度，与此同时降低其高温 使用条件下的介电损耗，是拓展其在高温和高压极端条件下作为固态储能陶瓷介质应用的 重要研究方向。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高温下介电损耗显著降低的铁 酸锁领基储能陶瓷，即通过添加烙块在降低陶瓷烧结温度，从而提高陶瓷耐压强度的同时， 显著降低陶瓷的高温介电损耗，W拓展其在高温高压极端条件下作为固态储能介质材料领 域的应用。本发明的另一目的在于提供上述高温低损耗铁酸锁领基储能陶瓷的制备方法。
[0006] 本发明的目的通过W下技术方案予W实现：
[0007] 本发明提供的一种高温低损耗铁酸锁领基储能陶瓷，W通式Ba,Sri_；Ti〇3+y烙块表 示，其中X表示Ba组成元素的摩尔分数，0《X《0. 5,优选地，0. 1《X《0. 5;y表示烙块 对BaxSri_xTi〇3的质量百分比，0 <y《15%，优选地，2%《y《15%，所述烙块按质量百分 比其组成为BB2O33O~50%、Si〇2l5 ~30%、Bi2〇3l5 ~30%、Al2〇3〇 ~l〇%、Zr〇2〇 ~10%、 BaO0 ~10%、Ca0 0 ~15%。
[000引进一步地，本发明所述烙块按质量百分比其组成优选为BB2O33O~50%、Si化15~ 30%、8120315~30%、412032~10%、21'022~10%、8303~10%、〔302~15%。本发明 所述储能陶瓷在高温条件下显著降低了介电损耗，在温度《300°C时的介电损耗< 0. 052。
[0009] 本发明的另一目的通过W下技术方案予W实现：
[0010] 本发明提供的上述高温低损耗铁酸锁领基储能陶瓷的制备方法，包括W下步骤：
[0011] (1)铁酸锁领粉体的制备
[001引 （1-1)将Ba、Sr的碳酸盐、Ti的氧化物按照所述通式称取配料；然后W无水己醇 为介质球磨10~2化，烘干后得到均匀混合的粉料；
[0013] (1-2)将所述粉料置于氧化侣相蜗中，在空气气氛下于900~1200°C温度下预烧， 保温1~化，随炉冷却，获得铁酸锁领粉体；
[0014] (2)烙块粉体的制备
[0015] 将所述烙块各组成进行配料、并在陶瓷研鉢中混合均匀后，在900~1200°C温度 下烙融，保温30~120min，经泽冷后用氧化侣研鉢研磨，再W水为介质球磨10~2化，过 250目筛，烘干得到烙块粉体；
[0016] (3)铁酸锁领基储能陶瓷的制备
[0017] (3-1)将所述铁酸锁领粉体和所述烙块粉体按照所述通式称取配料；然后W无水 己醇为介质球磨10~2化，烘干后得到均匀混合的初始粉料；
[001引 （3-如将所述初始粉料磨细过100目筛，造粒陈腐，并在100~200MPa下压制成 型，得到铁酸锁领基储能陶瓷巧体；
[0019] (3-4)将所述铁酸锁领基储能陶瓷巧体在空气气氛下烧结，烧结温度为900~ 1300°C，保温1~化，随炉冷却，得到铁酸锁领基储能陶瓷烧结体；
[0020] (3-5)将所述铁酸锁领基储能陶瓷烧结体抛光，然后被上银电极，制得铁酸锁领基 储能陶瓷。
[0021] 进一步地，本发明制备方法所述步骤（2)烙融温度为1100~1200°C，保温时间为 60~120min。所述步骤（3-4)烧结温度为1150~1200 °C。
[0022] 本发明具有W下有益效果：
[0023] 本发明所制定的BST+烙块体系，不仅实现了低温烧结，使得储能陶瓷耐压强度显 著提高，而且与此同时其高温损耗显著降低，从而大大拓展了铁酸锁领基储能陶瓷在高温 高压极端条件下的应用，有利于促进高储能密度陶瓷技术的应用和发展。
【附图说明】
[0024] 下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
[0025] 图1是本发明实施例六铁酸锁领基储能陶瓷的X畑图谱；
[0026] 图2是本发明实施例六铁酸锁领基储能陶瓷的沈M图谱；
[0027] 图3是本发明实施例六铁酸锁领基储能陶瓷的电滞回线图；
[002引图4是本发明实施例六和对比例一铁酸锁领基储能陶瓷的介电性能与温度关系 曲线图；
[0029] 图5是本发明实施例八和对比例二铁酸锁领基储能陶瓷的介电性能与温度关系 曲线图。
【具体实施方式】
[0030] 本发明实施例一种高温低损耗铁酸锁领基储能陶瓷，W通式BaxSri_xTi〇3+y烙块表 示，其中X表示Ba组成元素的摩尔分数，0《X《0. 5,y表示烙块对Ba,Sri_；Ti〇3的质量百 分比，0<y《15%，烙块按质量百分比其组成为BB2O33O~50%、Si〇2l5~30%、Bi2〇3l5~ 30%、AI2O3O~10%、Zr〇2〇~10%、BaO 0~10%、CaO 0~15%。烙块中各组成分另IJW BB2O3、Si〇2、Bi2〇3、AI2O3、Zr〇2、BaC〇3、CaC〇3为原料进行配料。
[00川本发明各实施例铁酸锁领基储能陶瓷，其通式BaxSri_xTi03+y烙块中的配方参数W 及烙块的组成，分别如表1、表2所示。
[0032] 表1本发明各实施例铁酸锁领粉体通式中的配方参数
[0033]
【主权项】
1. 一种高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷，其特征在于：以通式BaxSivxTi03+y熔块表 示，其中X表示Ba组成元素的摩尔分数，O彡X彡0. 5 ;y表示恪块对BaxSivxTiO^质量百 分比，0 <y彡15%，所述熔块按质量百分比其组成为B2O3 30~50%、Si0215~30%、Bi203 15 ~30%、Al2O3 0 ~10%、ZrO2 0 ~10%、BaO0 ~10%、CaO0 ~15%。
2. 根据权利要求书1所述的高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷，其特征在于：所述X为 0.I<X< 0. 5。
3. 根据权利要求书1所述的高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷，其特征在于：所述y为 y< 15%〇
4. 根据权利要求书1所述的高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷，其特征在于：所述熔块 按质量百分比其组成为820 3 30~50%、5丨0215~30%、8"0315~30%、4120 32~10%、 ZrO2 2 ~10%、BaO3 ~10%、CaO2 ~15%。
5. 根据权利要求书1或2或3或4所述的高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷，其特征在 于：所述储能陶瓷在温度< 300°C时的介电损耗< 0. 052。
6. 权利要求书1-5之一所述高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷的制备方法，其特征在于 包括以下步骤： (1) 钛酸锶钡粉体的制备 (1-1)将Ba、Sr的碳酸盐、Ti的氧化物按照所述通式称取配料；然后以无水乙醇为介 质球磨10~24h，烘干后得到均匀混合的粉料； (1-2)将所述粉料置于氧化铝坩埚中，在空气气氛下于900~1200°C温度下预烧，保温 1~4h，随炉冷却，获得钛酸锶钡粉体； (2) 熔块粉体的制备 将所述熔块各组成进行配料、并在陶瓷研钵中混合均匀后，在900~1200°C温度下熔 融，保温30~120min，经淬冷后用氧化错研钵研磨，再以水为介质球磨10~24h，过250目 筛，烘干得到熔块粉体； (3) 钛酸锶钡基储能陶瓷的制备 (3-1)将所述钛酸锶钡粉体和所述熔块粉体按照所述通式称取配料；然后以无水乙醇 为介质球磨10~24h，烘干后得到均匀混合的初始粉料； (3-3)将所述初始粉料磨细过100目筛，造粒陈腐，并在100~200MPa下压制成型，得 到钛酸锶钡基储能陶瓷坯体； (3-4)将所述钛酸锶钡基储能陶瓷坯体在空气气氛下烧结，烧结温度为900~1300°C， 保温1~4h，随炉冷却，得到钛酸锶钡基储能陶瓷烧结体； (3-5)将所述钛酸锶钡基储能陶瓷烧结体抛光，然后被上银电极，制得钛酸锶钡基储能 陶瓷。
7. 根据权利要求6所述的高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷的制备方法，其特征在于： 所述步骤（2)熔融温度为1100~1200°C，保温时间为60~120min。
8. 根据权利要求6所述的高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷的制备方法，其特征在于： 所述步骤（3-4)烧结温度为1150~1200°C。
【专利摘要】本发明公开了一种高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷，以通式BaxSr1-xTiO3+y熔块表示，其中x表示Ba组成元素的摩尔分数，0≤x≤0.5，y表示熔块对BaxSr1-xTiO3的质量百分比，0＜y≤15％，所述熔块按质量百分比其组成为B2O3 30～50％、SiO2 15～30％、Bi2O3 15～30％、Al2O3 0～10％、ZrO2 0～10％、BaO 0～10％、CaO 0～15％。此外，还公开了上述高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷的制备方法。本发明不仅实现了低温烧结，使得储能陶瓷耐压强度显著提高，而且与此同时其高温条件下的介电损耗显著降低，从而大大拓展了钛酸锶钡基储能陶瓷在高温高压极端条件下作为固态储能介质材料领域的应用，有利于促进高储能密度陶瓷技术的应用和发展。
【IPC分类】C04B35-47, C04B35-468, C04B35-622
【公开号】CN104725036
【申请号】CN201510069795
【发明人】沈宗洋, 汪羽, 李月明, 王竹梅, 骆雯琴, 洪燕, 宋福生
【申请人】景德镇陶瓷学院
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月10日