[发明专利]一种钛酸锶基无铅耐高压储能陶瓷材料及其制备方法

说明书

一种无铅高储能密度和储能效率陶瓷材料及其制备方法，按照化学式(1‑x)SrTiO₃‑x(0.93Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑0.07Ba_0.94La_0.04Zr_0.02Ti_0.98O₃)进行配料并混合均匀，得到原料粉体，将有机溶剂和乳化剂混合均匀，然后加入原料粉体、粘结剂、分散剂和增塑剂，并混合均匀，进行流延成型，然后裁切和叠加、加压、排胶、烧结，得到钛酸锶基无铅耐高压储能陶瓷材料。本发明的陶瓷材料制备工艺简单、技术成熟，适合工业化生产，其储能特性优良，基于电滞回线计算的储能密度在1.80～2.83J/cm³，储能效率在74～87％，电场强度在175～326kV/cm。

技术领域

本发明属于储能陶瓷领域，具体是一种钛酸锶基无铅耐高压储能陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着电子行业的不断发展，高储能密度和高电场强度电子元器件受到人们的广泛关注，研究出新的高储能器件迫在眉睫。为了满足电子元器件向着小型化、大容量、高耐压和微型化的方向发展，世界各国的科研工作者正积极探索研究具有高介电常数、低介电损耗、高击穿强度、高储能密度和高储能效率的介质材料。与其他储能介质材料相比，储能陶瓷电容器具有充放电速度快、抗循环老化、机械强度高、适用于高温高压等极端环境和性能稳定等优点，符合新能源开发和利用的要求，广泛的应用于通讯、电脑、汽车、电子电路设备以及军工等现代众多领域。但是，目前现有的大多数无铅储能陶瓷介质材料存在着击穿强度不够高或者极化强度较小，导致储能密度不高，难以满足新技术不断发展的需求。

由于储能陶瓷的性能主要取决于其介电常数和绝缘性能两个因素，并且陶瓷介质储能特性与介质的介电常数和工作场强平方的乘积具有正比例关系。SrTiO₃属于ABO₃型钙钛矿晶体，是典型的量子顺电体，室温下是立方结构，呈顺电相，具有较高的介电常数和较高的耐压强度，且在室温下其介电常数基本不随电场强度的变化而变化。并且SrTiO₃陶瓷介电损耗低，有良好的介电性能频率稳定性，击穿性能优异，适合做储能电介质陶瓷，是目前研究最广泛、最具有吸引力的无铅储能介质陶瓷体系之一。但是SrTiO₃陶瓷的饱和极化强度较小，储能密度较低，从而限制了其在实际生产中的应用。因此，要拓宽SrTiO₃陶瓷介质在储能领域的应用，需要对其进行改性，在保持其高击穿场强和低损耗的同时最大限度提高其介电常数和极化强度，从而提高储能密度和储能效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种钛酸锶基无铅耐高压储能陶瓷材料及其制备方法。这种陶瓷材料的电场强度、储能密度和储能效率优异，储能密度可达2.83J/cm³，储能效率可达85％以上，电场强度在175～326kV/cm，并且在制备过程中采用的流延成型技术成熟，所使用到的原料价格低廉，具有环境友好、实用性好等特性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种钛酸锶基无铅耐高压储能陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：