[发明专利]一种巨介电常数电介质材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种巨介电常数电介质材料的制备方法，首先按摩尔比BaCO₃：ZrO₂：TiO₂＝5:1:4合成Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃(BZT)，再按摩尔比Bi₂O₃、ZnO、Nb₂O₅＝3:2:4合成Bi₂(Zn_2/3Nb_4/3)O₇(BZN)，再将Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃与Bi₂(Zn_2/3Nb_4/3)O₇按摩尔比＝1:0.0001～0.0006配料，经过球磨、烘干、过筛、造粒、压制成坯体，坯体于1325℃～1425℃下进行烧结，制成巨介电常数电介质材料。本发明介电常数ε_25℃～20449，介电损耗tanσ～0.0029。

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，具体涉及一种具有巨介电常数(介电常数大于10000即ε＞10⁴，称之为“巨介电常数”)、超低损耗BZT-BZN体系电介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，脉冲功率系统发展迅速，广泛应用于各个领域：军用方面，脉冲功率系统是电磁脉冲武器(微波高功率电磁脉冲武器、粒子束武器)和电磁动能武器(电磁轨道炮、航母飞机电磁弹射器)等新概念武器中所必须的组成部分；民用方面，资源勘探、粒子加速器以及体外冲击波破碎肾结石等也都离不开脉冲功率系统。

支撑脉冲功率系统的储能模块的是脉冲功率电容器，而决定脉冲功率电容器储能特性的关键就是介质材料。为满足储能模块的储能需求，需要使用的介质材料具有非常大的介电常数，拥有巨介电常数的介质材料，能够在外加电场相同的条件下，存储更多的电荷量，从而达到储能目的；此外，在大功率下抵抗热量冲击，介质材料还需满足低损耗特性。目前巨介电常数介质材料在实际应用方面往往存在不足，需要开发出稳定性较好的巨介电常数介质材料。

发明内容

本发明的目的，是在常温烧结条件下，通过配方调整、工艺优化，提供一种巨介电常数、超低损耗的BZT-BZN体系电介质材料及其制备方法，用于满足脉冲功率电容器等储能模块所需求的储能要求。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种巨介电常数电介质材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)BZT合成：按摩尔比BaCO₃：ZrO₂：TiO₂＝5:1:4进行配料，在去离子水中混合球磨9小时，于120℃烘干，过40目分样筛。过筛后粉料在1100℃下进行预烧，合成Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃(BZT)；

(2)BZN合成：按摩尔比Bi₂O₃、ZnO、Nb₂O₅＝3:2:4进行配料，在去离子水中混合球磨4小时，于120℃烘干，过40目分样筛。过筛后粉料在750℃下进行预烧，合成Bi₂(Zn_2/3Nb_4/3)O₇(BZN)；

(3)将制备好的Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃、Bi₂(Zn_2/3Nb_4/3)O₇按摩尔比＝1:0.0001～0.0006配料，在去离子水中混合二次球磨14小时，于120℃烘干，过40目分样筛；