[發明專利]一種低介電損耗的儲能介質陶瓷材料及其制備

有效

• 申請號: 201210150158.8
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102674833A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 劉韓星;雒文博;郝華;余志勇;堯中華;曹明賀;郭麗玲
• 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: 張安國;伍見

技術領域

???本發明涉及脈沖形成線用儲能陶瓷電容器技術領域，具體涉及一種低介電損耗儲能介質陶瓷材料及其制備。

背景技術

目前脈沖形成線用儲能介質陶瓷電容器研究趨勢向著高的儲能密度、良好的偏壓和頻率穩定性以及小的尺寸方向發展，以滿足日益苛刻的應用要求。因此，作為儲能陶瓷電容器的主要工作介質儲能電介質陶瓷應滿足以下幾個性能要求：

(1)優異介電常數偏壓穩定性和頻率穩定性。儲能陶瓷電容器是在一定的電壓范圍和一定的頻率范圍內工作，優異的介電常數偏壓穩定性和頻率穩定性不僅可以保證器件的穩定工作而且可以拓寬器件工作的電場以及頻率范圍。

(2)低的介電損耗。介質損耗不僅消耗儲能的能量，而且由介電損耗引起的器件溫度升高會影響器件的正常工作，因此制備儲能陶瓷時需要控制介電損耗使其越小越好。

(3)良好的耐壓性能。良好的耐壓性能的儲能電介質可以使脈沖形成線的尺度大大減小，同時良好耐壓性能可以拓寬脈沖形成線的工作電壓范圍。

(4)可調的介電常數。介電常數可以調節保證在不同的應用背景下選用不同的器件滿足應用的要求。

根據以上分析可以看出目前應用于脈沖形成線的去離子水介質、鐵電陶瓷和反鐵電陶瓷存在以下缺陷：(1)介電常數偏壓穩定性不佳，介電常數隨著偏壓提高，介電常數急劇減小；(2)介電常數隨頻率不穩定；(3)介電損耗在百分之幾，甚至更大，介電損耗大，不宜于器件正常工作；(4)耐壓性能不佳，有效儲能密度也低；(5)有電致伸縮效應，對器件的穩定性要求不利。本發明制備的陶瓷具有介電常數可調、介電常數偏壓穩定性能和頻率穩定性能優異、介電損耗低、儲能密度高的特點；而且這類材料體系涉及的原料價格便宜，樣品制備工藝簡單，適合做脈沖形成線。

發明內容

本發明的目的是提供一種低介電損耗儲能介質陶瓷材料及其制備，該陶瓷材料同時具有介電常數隨偏壓電場和頻率變化的變化率小、介電常數可調、介電損耗低、擊穿場強高、儲能性能優異的特點。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種低介電損耗儲能介質陶瓷材料，其特征在于：陶瓷材料體系的組成為x?MgO?-(1-x)SrTiO₃，x=0~20wt%，該儲能陶瓷在0~120kv/cm偏壓電場范圍內介電常數變化率小于4.5%，在20Hz~2MHz頻率范圍內介電常數變化率小于1.7%，頻率為1kHz時介電常數隨x在160<????????????????????????????????????????????????<300變化，介電損耗tanδ<0.003，擊穿場強E_b>174.30kV/cm，儲能密度γ>0.36J/cm³。遠大于用去離子水做介質的脈沖形成線的儲能密度。

本發明的低介電損耗儲能介質陶瓷材料的制備步驟為：

(1)以純度大于99%的SrCO₃，純度大于99%的TiO₂為起始原料，以SrTiO₃的化學式稱取SrCO₃和TiO₂原料，將稱取的原料以無水乙醇為球磨介質加入球磨罐中采用濕式球磨法混合球磨22~24小時；然后在烘箱中烘干后再在1100℃預燒2小時得到SrTiO₃陶瓷粉體，備用；

(2)按MgO粉體質量分數為0~20wt%的比例，稱取SrTiO₃陶瓷粉體和純度大于99%的MgO粉體，將稱取的原料以無水乙醇為球磨介質加入球磨罐中采用濕式球磨法混合球磨22~24小時，在烘箱中烘干得到混合粉料；

(3)向步驟(2)所得到的烘干混合粉料中加入為該烘干粉料質量1wt%~3.5wt%的粘結劑造粒、壓制成型，再在600℃保溫2~3小時排膠得到成型生胚料；將該生胚料置于馬沸爐中燒結，得到x?MgO-(1-x)SrTiO₃，x=0~20.0wt%儲能陶瓷。該儲能陶瓷具有介電常數可調、介電常數偏壓穩定性和頻率穩定性優異、介電損耗低、儲能密度高的特點。

其中，球磨用氧化鋯球。

所述的粘結劑為聚乙烯醇水溶液，濃度為0.5wt%~2.0wt%，添加量為烘干粉料質量的1wt%~3.5wt%。

制備步驟(3)中，燒結工藝為升溫速率1.5~4℃/min，燒結溫度為1350~1450℃，保溫時間為2小時。

???本發明的有益效果是：