[发明专利]一种高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种钛酸锶钡基储能陶瓷及其制备方法。

背景技术

高储能密度陶瓷是制作小型、大容量电容器的关键材料，由于其具有充放电速度快、抗循环老化能力强、高温和高压等极端环境下性能稳定等优点，在电动汽车、高功率电子器件、脉冲功率电源、高能量密度武器、新能源及智能电网系统等基础科研和工程技术领域均有着广阔的应用前景。

钛酸锶钡(Ba_xSr_1-xTiO₃，简称BST)是钛酸钡(BaTiO₃)与钛酸锶(SrTiO₃)的无限固溶体，它兼顾了BaTiO₃的高介电常数和SrTiO₃的低损耗高稳定性等优异的介电性能，并且其材料体系的介电性能可以通过Ba/Sr比进行调节，是非常理想的介电材料。钛酸锶钡(Ba_xSr_1-xTiO₃)在0≤x≤0.5时的体系为顺电相，具有良好的线性特征，是固态储能陶瓷材料理想的候选体系之一。

目前，顺电相BST陶瓷作为固态储能介质的应用主要存在两个方面的不足，一是在固相法制备过程中其烧成温度偏高，一般高于1300℃，容易造成晶粒异常长大，导致陶瓷耐压强度降低；二是高温使用条件下介电损耗偏高，即当使用温度高于140℃时，陶瓷的介电损耗急剧上升，造成大的能量消耗，从而限制了其在高温环境下的使用。因此，探求降低BST陶瓷的烧结温度，从而控制陶瓷异常晶粒长大，提高其耐压强度，与此同时降低其高温使用条件下的介电损耗，是拓展其在高温和高压极端条件下作为固态储能陶瓷介质应用的重要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高温下介电损耗显著降低的钛酸锶钡基储能陶瓷，即通过添加熔块在降低陶瓷烧结温度，从而提高陶瓷耐压强度的同时，显著降低陶瓷的高温介电损耗，以拓展其在高温高压极端条件下作为固态储能介质材料领域的应用。本发明的另一目的在于提供上述高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷，以通式Ba_xSr_1-xTiO₃+y熔块表示，其中x表示Ba组成元素的摩尔分数，0≤x≤0.5，优选地，0.1≤x≤0.5；y表示熔块对Ba_xSr_1-xTiO₃的质量百分比，0＜y≤15％，优选地，2％≤y≤15％，所述熔块按质量百分比其组成为BB₂O₃30～50％、SiO₂15～30％、Bi₂O₃15～30％、Al₂O₃0～10％、ZrO₂0～10％、BaO 0～10％、CaO 0～15％。

进一步地，本发明所述熔块按质量百分比其组成优选为BB₂O₃30～50％、SiO₂15～30％、Bi₂O₃15～30％、Al₂O₃2～10％、ZrO₂2～10％、BaO 3～10％、CaO 2～15％。本发明所述储能陶瓷在高温条件下显著降低了介电损耗，在温度≤300℃时的介电损耗＜0.052。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述高温低损耗钛酸锶钡基储能陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)钛酸锶钡粉体的制备

(1-1)将Ba、Sr的碳酸盐、Ti的氧化物按照所述通式称取配料；然后以无水乙醇为介质球磨10～24h，烘干后得到均匀混合的粉料；

(1-2)将所述粉料置于氧化铝坩埚中，在空气气氛下于900～1200℃温度下预烧，保温1～4h，随炉冷却，获得钛酸锶钡粉体；

(2)熔块粉体的制备

将所述熔块各组成进行配料、并在陶瓷研钵中混合均匀后，在900～1200℃温度下熔融，保温30～120min，经淬冷后用氧化铝研钵研磨，再以水为介质球磨10～24h，过250目筛，烘干得到熔块粉体；

(3)钛酸锶钡基储能陶瓷的制备