[發明專利]一種可高儲能的硼酸鹽微晶玻璃介質材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310473495.5
• 申請日: 2013-10-12
• 公開（公告）號: CN103553338A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 陳國華;宋俊;康曉玲;袁昌來
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C03C10/02
• 分類號: C03C10/02
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 王儉

技術領域

本發明涉及一種儲能介質材料，特別是一種可高儲能的硼酸鹽微晶玻璃介質材料及其制備方法。

背景技術

儲能介質材料可把較小功率的能量以較長時間輸入到儲存能量的設備中，將能量進行壓縮與轉換后，在極短的時間（最短可為納秒）以極高的功率向負載釋放。儲能介質材料可作為高儲能密度電容器使用。目前，高儲能密度電容器在脈沖功率系統（如全電動推進艦艇、電熱電磁軌道炮武器、受控激光核聚變）、油氣深井勘探、混合動力汽車用大功率模塊化逆變器/變換器平臺、植入人體醫療器件的供能供電等國防重大軍事科研、現代工業和民用、醫療領域等都有著極為重要的應用。

儲能電介質材料比較常見的有陶瓷、聚合物及通過不同材料復合而成的復合材料等。陶瓷材料的介電常數高，但其擊穿強度低；聚合物材料有較高的擊穿強度，但其介電常數普遍較低。正是由于上述缺點的存在，使得它們的儲能密度提升空間較小，大大限制了該兩種材料在儲能領域的發展。而復合材料具有介電常數大和擊穿場強高的優點，在提高儲能特性方面有很大的發展潛力，因此得到了眾多研究者的關注。微晶玻璃屬于復合材料的一種，研究發現微晶玻璃在儲能密度方面的理論數值要比常規的電介質高出一個數量級，可見微晶玻璃在儲能領域具有巨大的發展潛力和廣闊的應用前景。

微晶玻璃又叫微晶玻璃，是通過將一定組分的粉體熔制成玻璃后再進行可控熱處理，使晶體從玻璃基體中析出，從而得到兼具陶瓷相與玻璃相共存的多晶復合材料。其優點是通過調整組分及熱處理工藝可方便調控介電性能。目前關于微晶玻璃介質材料的研究主要集中在含鉛的硅酸鹽體系和硼硅酸鹽體系，這些體系因熔化溫度過高或有毒元素鉛的存在使之與節能環保的理念相悖，所以有必要探索一種滿足應用需求而又環保的儲能微晶玻璃介質材料。

發明內容

本發明提供一種可高儲能的硼酸鹽微晶玻璃介質材料及其制備方法。該方法所制備的介質材料具有高的擊穿場強、高的介電常數及高的儲能密度，從而解決了目前微晶玻璃電介質材料制備中所存在的不足。

本發明采用的技術方案如下：

一種可高儲能的硼酸鹽微晶玻璃介質材料，其組成化學式為：0.144SrO·0.176BaO·0.32Nb₂O₅·0.36B₂O₃·xSrF₂·yGd₂O₃，其中SrF₂、Gd₂O₃為外加組分，其摩爾百分數為：x=0-0.5；y=0.5-2.0。

上述可高儲能的硼酸鹽微晶玻璃介質材料的制備方法，它是通過向基礎玻璃體系添加不同含量的氟化鍶和氧化釓，利用高溫熔融和后續熱處理可控析晶方法，制備微晶玻璃材料，具體步驟如下：

(1)?以分析純?(純度≥99%)?SrCO₃、BaCO₃、Nb₂O₅、H₃BO₃、SrF₂和高純度(99.9%)?Gd₂O₃為起始原料，按照0.144?SrO·0.176?BaO·0.32?Nb₂O₅·0.36?B₂O₃·x?SrF₂·y?Gd₂O₃的比例配料，然后將這些原料在球磨機中濕法球磨12h，烘干后置于坩堝中在1350℃保溫30-60min熔制成均勻的玻璃液；

???(2)?將步驟（1）的玻璃液迅速澆注至金屬模具中成型，然后在550℃的退火爐中退火8?h消除應力，然后切割成面積為1～2cm²的矩形玻璃片；

(3)?將步驟（2）制備的玻璃片進行熱處理受控析晶，該過程分為兩步：首先在630?℃保溫2h核化，然后在700～800?℃保溫3h晶化，得到主晶相為鈮酸鍶鋇（Sr_0.5Ba_0.5Nb₂O₆）的微晶玻璃電介質材料；

(4)?將步驟（3）獲得的微晶玻璃材料薄片進行加工處理，拋磨成厚度為0.05～1mm的薄片；

(5)?將步驟（4）得到的微晶玻璃薄片經過絲網印刷或手工涂覆粘結性能和導電性良好的中溫銀漿料，在600℃下燒結固化形成金屬銀電極，即制得微晶玻璃介質材料。