[发明专利]一种具有高介电常数低介电损耗的玻璃陶瓷及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201711389364.3 申请日: 2017-12-20
公开(公告)号: CN109942195B 公开(公告)日: 2021-09-03
发明(设计)人: 张庆猛;陈均优;唐群;杨志民;杨剑;毛昌辉;杜军 申请(专利权)人: 有研工程技术研究院有限公司
主分类号: C03C10/02 分类号: C03C10/02;C03B32/02;H01G4/12
代理公司: 北京北新智诚知识产权代理有限公司 11100 代理人: 刘秀青
地址: 101407 北京市怀*** 国省代码: 北京;11
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搜索关键词: 一种 具有 介电常数 低介电 损耗 玻璃 陶瓷 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种具有高介电常数低介电损耗的玻璃陶瓷及其制备方法。该玻璃陶瓷的化学成分组成为:xBaO‑ySrO‑zPbO‑wTiO2‑vSiO2‑tNb2O5,其中的x、y、z、w、v、t表示各成分的摩尔比例,分别为:2.5≤x≤14,14≤y≤20,0≤z≤10,4≤w≤12,16≤v≤22,10≤t≤30。其制备方法是:将上述成分对应的原料按照所述摩尔比例进行配料、混料,在1450℃的高温下保温3个小时形成熔融的玻璃液,然后将玻璃液制成玻璃片,玻璃片经过可控结晶热处理,得到本发明的玻璃陶瓷。本发明的玻璃陶瓷具有高的介电常数、低的介电损耗,适合用作高压电容器介质。

技术领域

本发明涉及一种具有高介电常数低介电损耗的玻璃陶瓷及其制备方法,该玻璃陶瓷适合用作高压电容器介质。

背景技术

高压陶瓷电容器由于具有体积小、寿命长、可靠性高等优点,被广泛应用于工业电源、医疗电源、高功率脉冲电源以及电力设备等多个行业。近年来,随着高压设备轻型化和小型化的发展,对高压陶瓷电容器提出了小型化的需求。为了缩小高压陶瓷电容器的体积,就要发展具有高储能密度的陶瓷介电材料。玻璃陶瓷由于具有高储能密度受到国内外广大研究者们的极大关注。它是通过将一定成分的玻璃原料通过熔融、快速冷却得到的玻璃块体,随后通过可控结晶工艺从玻璃基体中析出高介电常数的陶瓷相,从而实现了同时包含高击穿场强的玻璃相和高介电常数的陶瓷相的复合介电材料。通过对玻璃成分的调整和结晶工艺的控制,可以实现纳米尺寸的陶瓷结晶相在玻璃相中的均匀分布。由于玻璃相的零孔隙率与析出陶瓷相较高的介电常数,使得玻璃陶瓷复合材料同时具有高击穿场强和适中的介电常数。

近些年玻璃陶瓷材料得到了快速发展,形成了一系列具有高储能密度的新成分。开发的新玻璃陶瓷材料中,玻璃相主要为SiO2和B2O3,陶瓷相主要为单一的钛酸盐体系或者铌酸盐体系。目前报道的高储能密度的玻璃陶瓷新成分,其高的储能密度主要得益于其高的击穿场强,而其本身的介电常数并不高,尤其是与烧结铁电陶瓷相比。大多数报道的介电常数值仅为几十到几百,如果能进一步提高其介电常数,玻璃陶瓷的储能密度会进一步提升。另外,目前大多数的玻璃陶瓷纳米复合材料介电损耗均偏大,这主要是由于玻璃相中的碱金属离子以及复合材料中的空间电荷等造成,电介质损耗是高压陶瓷电容器的一个重要指标,在长期运行过程中,较大的损耗会引起电容器发热,工作环境温度上升,最终影响设备的正常工作。低的介电损耗是高压陶瓷电容器长期高可靠性工作的前提。因此,开发具有高介电常数和低介电损耗的玻璃陶瓷材料体系对高压陶瓷电容器具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种具有高介电常数、低介电损耗的玻璃陶瓷。

本发明的另一目的在于提供一种所述玻璃陶瓷的制备方法。

为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

一种具有高介电常数低介电损耗的玻璃陶瓷,该玻璃陶瓷的化学成分组成为:xBaO-ySrO-zPbO-wTiO2-vSiO2-tNb2O5,其中的x、y、z、w、v、t表示各成分的摩尔比例,分别为:2.5≤x≤14,14≤y≤20,0≤z≤10,4≤w≤12,16≤v≤22,10≤t≤30。

在该玻璃陶瓷中,陶瓷相为铌酸盐陶瓷相和钛酸盐陶瓷相共存,玻璃相为二氧化硅。

一种所述玻璃陶瓷的制备方法,包括以下步骤:

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