[發(fā)明專利]一種高介耐壓稀土摻雜鈦酸鍶陶瓷及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110428563.7
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102515747A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈宗洋;駱雯琴;李月明;王竹梅
• 申請（專利權(quán)）人: 景德鎮(zhèn)陶瓷學院
• 主分類號: C04B35/47
• 分類號: C04B35/47;C04B35/622
• 代理公司: 廣州廣信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44261
• 代理人: 李玉峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈦酸鍶陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦酸鍶(SrTiO₃)陶瓷是一種重要的功能材料，廣泛應用于電子、機械工業(yè)等領(lǐng)域。室溫下鈦酸鍶陶瓷為立方相結(jié)構(gòu)，是順電體，具有較高的相對介電常數(shù)(ε_r～300)，而且由于其不像鐵電體陶瓷(如BaTiO₃)那樣內(nèi)部存在疇壁的不穩(wěn)定，因此鈦酸鍶陶瓷還具有較高的耐電壓強度(樣品厚度為1.0±0.05mm時E_b～10kV/mm)，從而具備同時具有較高ε_r和E_b的獨特性質(zhì)。為此近年來，鈦酸鍶基陶瓷被認為是極具發(fā)展?jié)摿Φ墓虘B(tài)儲能介質(zhì)材料體系之一。

由于鈦酸鍶陶瓷可近似認為是線性電介質(zhì)，因此其作為固態(tài)儲能介質(zhì)材料應用的儲能密度γ可用下式表達：其中ε_r為相對介電常數(shù)，E為對陶瓷施加的電場強度。

由此可見，鈦酸鍶陶瓷中實現(xiàn)更高儲能密度的關(guān)鍵在于同時獲得更高的相對介電常數(shù)和耐電壓強度。然而，由于介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)和耐電壓強度是一對相對矛盾的參數(shù)，因此鈦酸鍶基陶瓷儲能材料的研究一直沒有取得突破性的進展，現(xiàn)有技術(shù)在獲得更高相對介電常數(shù)的同時，其耐電壓強度便顯著降低；而在保證耐電壓強度的情況下，相對介電常數(shù)又不能得到顯著的提高。因此，現(xiàn)有技術(shù)鈦酸鍶基陶瓷儲能密度難以有效提高，其綜合性能也受到了很大的影響，從而限制了鈦酸鍶基陶瓷的使用范圍，其推廣和應用也受到了阻礙。為此，如何獲得同時兼顧具有高介電常數(shù)和較高耐電壓強度的鈦酸鍶陶瓷是目前急需解決和突破的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種同時兼顧具有高介電常數(shù)和較高耐電壓強度的稀土摻雜鈦酸鍶陶瓷，從而有效提高陶瓷產(chǎn)品的儲能密度，拓展其在作為高壓儲能介電材料的應用領(lǐng)域。本發(fā)明的另一目的在于提供上述高介耐壓稀土摻雜鈦酸鍶陶瓷的制備方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

本發(fā)明提供的一種高介耐壓稀土摻雜鈦酸鍶陶瓷，以化學通式Nd_xSr_1-1.5xTiO₃表示，其中x為Nd的摩爾數(shù)，0＜x≤0.2，優(yōu)選0.008≤x≤0.2。

本發(fā)明的另一目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

本發(fā)明提供的上述高介耐壓稀土摻雜鈦酸鍶陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

(1)將SrCO₃、Nd₂O₃和TiO₂按照所述化學通式稱取配料作為原料；

(2)所述原料球磨混合，烘干后獲得混合粉料；

(3)所述混合粉料在1050～1200℃溫度下保溫3～5小時合成得到Nd_xSr_1-1.5xTiO₃粉料；

(4)所述Nd_xSr_1-1.5xTiO₃粉料進行二次球磨后，烘干造粒、壓制成型得到陶瓷坯體；

(5)所述陶瓷坯體升溫排塑后，在1250～1380℃溫度下燒結(jié)保溫2～6小時，制得化學組成為Nd_xSr_1-1.5xTiO₃的高介耐壓稀土摻雜鈦酸鍶陶瓷。

進一步地，本發(fā)明所述步驟(2)/(4)中，以水為介質(zhì)、按質(zhì)量比原料/粉料∶球∶水＝1∶1.2∶1～1.2球磨6～10小時。

進一步地，本發(fā)明所述步驟(4)中，以濃度為1.0～5.0wt％的聚乙烯醇水溶液作為粘結(jié)劑進行造粒，其用量為所述Nd_xSr_1-1.5xTiO₃粉料重量的5～15wt％。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所采用的稀土摻雜鈦酸鍶陶瓷配方體系顯著提高了陶瓷產(chǎn)品的相對介電常數(shù)，與此同時也保證并增加了耐電壓強度，實現(xiàn)了鈦酸鍶陶瓷體系材料的技術(shù)突破，從而有效提高了陶瓷產(chǎn)品的儲能密度及綜合性能，拓展了其作為高壓儲能介電材料的應用領(lǐng)域。同時，本發(fā)明制備方法工藝簡單，所采用的配方體系增加了物質(zhì)的傳輸過程，即加速了物質(zhì)的擴散過程，從而大大降低了燒結(jié)溫度，制備過程易于控制，陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，能夠極大地促進該體系材料的推廣和應用。

附圖說明