[發(fā)明專利]一種高溫低損耗鈦酸鍶鋇基儲能陶瓷及其制備方法

有效

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• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104725036B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈宗洋;汪羽;李月明;王竹梅;駱雯琴;洪燕;宋福生
• 申請（專利權(quán)）人: 景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;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)明涉及功能陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈦酸鍶鋇基儲能陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)

高儲能密度陶瓷是制作小型、大容量電容器的關(guān)鍵材料，由于其具有充放電速度快、抗循環(huán)老化能力強(qiáng)、高溫和高壓等極端環(huán)境下性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在電動汽車、高功率電子器件、脈沖功率電源、高能量密度武器、新能源及智能電網(wǎng)系統(tǒng)等基礎(chǔ)科研和工程技術(shù)領(lǐng)域均有著廣闊的應(yīng)用前景。

鈦酸鍶鋇(Ba_xSr_1-xTiO₃，簡稱BST)是鈦酸鋇(BaTiO₃)與鈦酸鍶(SrTiO₃)的無限固溶體，它兼顧了BaTiO₃的高介電常數(shù)和SrTiO₃的低損耗高穩(wěn)定性等優(yōu)異的介電性能，并且其材料體系的介電性能可以通過Ba/Sr比進(jìn)行調(diào)節(jié)，是非常理想的介電材料。鈦酸鍶鋇(Ba_xSr_1-xTiO₃)在0≤x≤0.5時(shí)的體系為順電相，具有良好的線性特征，是固態(tài)儲能陶瓷材料理想的候選體系之一。

目前，順電相BST陶瓷作為固態(tài)儲能介質(zhì)的應(yīng)用主要存在兩個(gè)方面的不足，一是在固相法制備過程中其燒成溫度偏高，一般高于1300℃，容易造成晶粒異常長大，導(dǎo)致陶瓷耐壓強(qiáng)度降低；二是高溫使用條件下介電損耗偏高，即當(dāng)使用溫度高于140℃時(shí)，陶瓷的介電損耗急劇上升，造成大的能量消耗，從而限制了其在高溫環(huán)境下的使用。因此，探求降低BST陶瓷的燒結(jié)溫度，從而控制陶瓷異常晶粒長大，提高其耐壓強(qiáng)度，與此同時(shí)降低其高溫使用條件下的介電損耗，是拓展其在高溫和高壓極端條件下作為固態(tài)儲能陶瓷介質(zhì)應(yīng)用的重要研究方向。

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，提供一種高溫下介電損耗顯著降低的鈦酸鍶鋇基儲能陶瓷，即通過添加熔塊在降低陶瓷燒結(jié)溫度，從而提高陶瓷耐壓強(qiáng)度的同時(shí)，顯著降低陶瓷的高溫介電損耗，以拓展其在高溫高壓極端條件下作為固態(tài)儲能介質(zhì)材料領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明的另一目的在于提供上述高溫低損耗鈦酸鍶鋇基儲能陶瓷的制備方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供的一種高溫低損耗鈦酸鍶鋇基儲能陶瓷，以通式Ba_xSr_1-xTiO₃+y熔塊表示，其中x表示Ba組成元素的摩爾分?jǐn)?shù)，0≤x≤0.5，優(yōu)選地，0.1≤x≤0.5；y表示熔塊對Ba_xSr_1-xTiO₃的質(zhì)量百分比，0＜y≤15％，優(yōu)選地，2％≤y≤15％，所述熔塊按質(zhì)量百分比其組成為BB₂O₃30～50％、SiO₂15～30％、Bi₂O₃15～30％、Al₂O₃0～10％、ZrO₂0～10％、BaO 0～10％、CaO 0～15％。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述熔塊按質(zhì)量百分比其組成優(yōu)選為BB₂O₃30～50％、SiO₂15～30％、Bi₂O₃15～30％、Al₂O₃2～10％、ZrO₂2～10％、BaO 3～10％、CaO 2～15％。本發(fā)明所述儲能陶瓷在高溫條件下顯著降低了介電損耗，在溫度≤300℃時(shí)的介電損耗＜0.052。

本發(fā)明的另一目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供的上述高溫低損耗鈦酸鍶鋇基儲能陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

(1)鈦酸鍶鋇粉體的制備

(1-1)將Ba、Sr的碳酸鹽、Ti的氧化物按照所述通式稱取配料；然后以無水乙醇為介質(zhì)球磨10～24h，烘干后得到均勻混合的粉料；

(1-2)將所述粉料置于氧化鋁坩堝中，在空氣氣氛下于900～1200℃溫度下預(yù)燒，保溫1～4h，隨爐冷卻，獲得鈦酸鍶鋇粉體；

(2)熔塊粉體的制備

將所述熔塊各組成進(jìn)行配料、并在陶瓷研缽中混合均勻后，在900～1200℃溫度下熔融，保溫30～120min，經(jīng)淬冷后用氧化鋁研缽研磨，再以水為介質(zhì)球磨10～24h，過250目篩，烘干得到熔塊粉體；

(3)鈦酸鍶鋇基儲能陶瓷的制備