专利名称：钛酸锶基储能介质陶瓷及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钛酸锶基储能介质陶瓷及制备方法，具体是一种以SrZrO3固溶掺杂的SrTiO3基储能介质陶瓷及制备方法背景技术脉冲形成技术是高压脉冲功率研究中的重要课题，脉冲形成线是加速器性能的关键因素之一，常用的脉冲压缩形成结构有同轴结构和平板结构。为适应固态脉冲形成线的发展，储能介质正向低阻强流、小型化的方向发展。应用于固态脉冲形成线的储能介质陶瓷，应满足如下介电及耐压特性的要求(1)高的相对介电常数εr；(2)低的介电损耗tgη，一般要求在使用频率下tgη≤1×10-3；(3)高的击穿强度Eb。目前，储能介质陶瓷的研究体系有TiO2和BaTiO3。TiO2陶瓷具有高的击穿强度，其Eb≥35kv/mm，但TiO2陶瓷介电常数不高，εr≈110；BaTiO3陶瓷具有高的介电常数，其εr≥1000，但BaTiO3陶瓷击穿强度偏低，Eb＝5-8kv/mm，介电损耗偏大，且存在电致伸缩现象。这些缺点限制了它们的应用。SrTiO3陶瓷介电常数相对较高，εr≈250，高频损耗小，电致伸缩小，但低频介电损耗偏大，且击穿强度Eb相对TiO2陶瓷仍有待提高，必须进行改善以满足储能介质陶瓷介电及耐压特性的要求。SrZrO3陶瓷具有体系稳定，击穿强度高，漏电密度小等特点，且能与SrTiO3陶瓷形成完全固熔体。目前，尚未见到以SrZrO3及MnO2掺杂改善SrTiO3陶瓷介电及耐压性能的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高介电常数、低损耗、较高击穿强度的储能介质陶瓷，同时提供一种该介质陶瓷的制备方法。
本发明的目的是以下述技术方案实现的一种钛酸锶基储能介质陶瓷，其化学式为Sr(ZrxTi1-x)O3，其中x＝0.01-0.10。并掺杂有纯度大于85％的MnO2，MnO2掺杂量占混合粉料总量的0.1-1.0wt％。
该储能介质陶瓷的制备步骤为
第1、以纯度大于99％的SrCO3、ZrO2和TiO2为起始原料，分别按SrTiO3、SrZrO3化学比配料，在去离子水中研磨后烘干，预先在1150℃保温4小时合成SrTiO3粉料，在1250℃保温6小时合成SrZrO3粉料；第2、取步骤1所得到的SrTiO3和SrZrO3粉料，按Sr(ZrxTi1-x)O3化学比配料，其中x＝0.01-0.10，并加入纯度大于85％的MnO2，在去离子水中湿磨混合，空气气氛下烘干；第3、外加聚乙烯醇水溶液造粒，压制成型，于高温炉空气气氛中烧结，制成化学式为Sr(ZrxTi1-x)O3，x＝0.01-0.10的介质陶瓷；其中所述的加入的MnO2量占混合粉料总量的0.1-1.0wt％；所述的聚乙烯醇水溶液浓度为0.5-2.0wt％，加入量为粉料总量的5-10wt％；所述的压制成型的压力为80-200Mpa；烧结温度为1350-1450℃；所述的烧结时间为2-6小时。
在Sr(ZrxTi1-x)O3(x＝0.01-0.10)储能介质陶瓷的制备中，我们的试验结果是当SrZrO3固溶掺杂量超过10mol％时，介质陶瓷的相对介电常数将小于250；当MnO2掺杂量超过1.0wt％时，烧结过程中有MnO2析出，且介质陶瓷的介电损耗将显著增加；若加入的聚乙烯醇(PVA)水溶液质量浓度小于0.5％，样品难以干压成型；若加入的PVA水溶液质量浓度大于2.0％，介质陶瓷表面容易产生黑心，使其耐压性能恶化；当烧结温度低于1350℃时，介质陶瓷致密度会显著下降，而当烧结温度高于1450℃时，则样品会出现熔融过烧的现象，使其介电及耐压性能恶化；若保温时间低于2小时，样品介质损耗会上升，若保温时间超过6小时，其耐压性能会下降。
本发明通过控制SrZrO3的固溶掺杂量，并加入MnO2进一步改善性能，克服了SrTiO3陶瓷低频损耗偏大，击穿强度不高的缺点，获得了一种具有高介电常数、低损耗、较高击穿强度的储能介质陶瓷。
图1为直径20mm厚度5mm的钛酸锶基储能介质陶瓷样品照片。
图2为直径45mm厚度8mm的钛酸锶基储能介质陶瓷样品照片。
图3为直径20mm厚度3mm的钛酸锶基储能介质陶瓷镀银电极后的照片，银电极直径为16mm。
图4为直径45mm厚度4mm的钛酸锶基储能介质陶瓷镀银电极后的照片，银电极直径为40mm。
具体实施例方式
本发明实施例采用固相反应法制备Sr(ZrxTi1-x)O3介质陶瓷。
具体实施如下以纯度大于99％的SrCO3、ZrO2和TiO2为起始原料，分别按SrTiO3、SrZrO3化学比配料，在去离子水中研磨12小时后烘干，预先在1150℃保温4小时合成SrTiO3粉料，在1250℃保温6小时合成SrZrO3粉料，然后按Sr(ZrxTi1-x)O3化学比配料，其中x＝0.01-0.10，并加入纯度大于85％的MnO2，在去离子水中湿磨24小时。烘干后的物料加入浓度为0.5-2.0wt％的聚乙烯醇水溶液造粒、其加入量为粉料总量5-10wt％，然后用80-200Mpa的压力压制成型，于1350-1450℃烧结2-6小时。制得介质陶瓷。该制备方法可用作各种高压储能介质的制造。
SrTiO和SrZrO3粉体合成条件列入表1，制备Sr(ZrxTi1-x)O3的配方和条件列入表2，产品于室温环境下0.5MHz-50MHz频率范围内的介电性能及直流耐压性能检测结果列入表3。
表1 SrTiO3粉体合成温度1150℃，4小时。
SrZrO3粉体合成温度1250℃，6小时。
表2
成型压力80-200Mpa表3
权利要求
1.一种钛酸锶基储能介质陶瓷，其特征在于其化学式为Sr(ZrxTi1-x)O3，其中x＝0.01-0.10，并掺杂有纯度大于85％的MnO2，MnO2掺杂量占该陶瓷总量的0.1-1.0wt％。
2.一种制备权利要求1所述的储能介质陶瓷的方法，其特征在于制备步骤为第1、以纯度大于99％的SrCO3、ZrO2和TiO2为起始原料，分别按SrTiO3、SrZrO3化学比配料，在去离子水中研磨后烘干，预先在1150℃保温4小时合成SrTiO3粉料，在1250℃保温6小时合成SrZrO3粉料；第2、取步骤1所得到的SrTiO3和SrZrO3粉料，按Sr(ZrxTi1-x)O3化学比配料，x＝0.01-0.10，并加入纯度大于85％的MnO2，在去离子水中湿磨混合，空气气氛下烘干；第3、外加聚乙烯醇水溶液造粒，压制成型，于高温炉空气气氛中烧结，制成化学式为Sr(ZrxTi1-x)O3，x＝0.01-0.10的介质陶瓷；其中加入的MnO2量占混合粉料总量的0.1-1.0wt％；所述的聚乙烯醇水溶液浓度为0.5-2.0wt％，加入量为粉料总量的5-10wt％；所述的压制成型的压力为80-200Mpa；所述的烧结温度为1350-1450℃；所述的烧结时间为2-6小时。
全文摘要
一种钛酸锶基储能介质陶瓷及制备方法。该陶瓷化学式为Sr(Zr
文档编号C04B35/48GK1587197SQ200410060880
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月21日 优先权日2004年9月21日
发明者刘韩星, 吴朝晖, 余洪滔, 曹明贺 申请人:武汉理工大学