[發明專利]一種擊穿強度高的儲能陶瓷的制備方法

無效

• 申請號: 201110046723.1
• 申請日: 2011-02-25
• 公開（公告）號: CN102199036A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 郝華;郭璐;劉韓星;鄧國平;李憶秋;曹明賀;余志勇
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C04B35/47
• 分類號: C04B35/47;C04B35/622
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及一種儲能陶瓷的制備方法。

背景技術

為了滿足脈沖功率系統的小型化和高儲能密度的需求，各國材料工作者正積極探索研究具有高介電常數εr、低介電損耗tanδ和高擊穿強度的介質材料，而Ba_xSr_1-xTiO₃陶瓷因具有良好的鐵電性、壓電性、熱釋電性、電光及非線性光學等特性，廣泛應用于微電子學、光電子學、集成光學和微電子機械系統等領域。Ba_0.3Sr_0.7TiO₃陶瓷在室溫為順電相，具有低的介電損耗及較高的介電常數和擊穿場強，G.R.Love等研究表明，介電常數中等(＜2000)，但是擊穿場強高的電介質材料具有高的儲能密度。所以，要獲得高的儲能密度，就是要在不大幅度降低介電常數的同時提高材料的擊穿強度。

陶瓷材料的擊穿強度主要與其顯微結構、測試條件及樣品測試大小，其中，顯微結構的影響最為重要。改善陶瓷材料的顯微結構的方法主要有化學合成、細化晶粒以及加玻璃料，其中加玻璃料最為有效且簡單經濟。在陶瓷中加入玻璃料，晶界處的玻璃阻礙陶瓷晶粒的長大，起到了細化晶粒的作用。同時，當高溫燒結時，玻璃逐漸熔化，流動的液相減小孔隙率，很好的促進了陶瓷的燒結，使得陶瓷在較低溫度實現致密。再者，玻璃本身電阻率高且耐高壓。所以，基于以上，玻璃的加入可以提高陶瓷的擊穿強度。然而，由于玻璃的低介電常數和高介電損耗，不同種類的玻璃或同種玻璃不同添加量對陶瓷的影響不同，有的甚至會惡化陶瓷的介電性能，所以，玻璃組分和添加量的選擇很重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種擊穿強度高的儲能陶瓷的制備方法，該方法制備的儲能陶瓷具有擊穿強度高的特點。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：一種擊穿強度高的儲能陶瓷的制備方法，其特征在于它包括以下步驟：

1)按BaCO₃中的Ba元素、SrCO₃中的Sr元素、TiO₂中的Ti元素的摩爾比為0.3∶0.7∶1(即按分子式Ba_0.3Sr_0.7TiO₃，計量BaCO₃、SrCO₃和TiO₂)，選取BaCO₃、SrCO₃和TiO₂；將BaCO₃、SrCO₃和TiO₂放入球磨機中球磨混合均勻(球磨22～24小時)，得到混合料；混合料烘干后在1100℃預燒2～3小時，升溫速率為2～5℃/min，制得陶瓷粉，備用；

2)按ZnO、B₂O₃、SiO₂所占摩爾百分數為：ZnO?21～50mol％、B₂O₃?16～35mol％、SiO₂?20～63mol％，選取ZnO、B₂O₃和SiO₂；將ZnO、B₂O₃和SiO₂放入剛玉坩堝中，在1200～1500℃下熔融(升溫速率為2～5℃/min)，保溫2～3小時后，高溫取出淬火制得玻璃，將得到的玻璃碎片烘干，磨細，得到玻璃粉，備用；

3)按玻璃粉的加入量為陶瓷粉質量的2～8％，選取玻璃粉和陶瓷粉；按粘結劑的加入量為陶瓷粉質量的3～5％，選取粘結劑；將玻璃粉添加到陶瓷粉中，以乙醇為分散介質，鋯球球磨24小時，烘干；然后加入粘結劑造粒，壓片，在600℃保溫2～3小時排膠(排除粘結劑)，得到陶瓷片；然后將陶瓷片在1125～1225℃，升溫速率為2～5℃/min，保溫2～3小時燒結，得到擊穿強度高的儲能陶瓷(或稱為：添加有玻璃的Ba_0.3Sr_0.7TiO₃陶瓷)。

所述的粘結劑為聚乙烯醇(簡稱PVA)。

所述的ZnO、B₂O₃、SiO₂所占摩爾百分數為：ZnO?40mol％、B₂O₃?35mol％、SiO₂?25mol％。