[发明专利]一种高储能密度钛酸锶钡-钛酸铋钠基微晶玻璃复合陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高储能密度钛酸锶钡‑钛酸铋钠基微晶玻璃复合陶瓷材料，其化学成分符合通式Ⅰ：(100‑λ)wt％(Basubgt;0.3/subgt;Srsubgt;0.7/subgt;)subgt;x/subgt;(Bisubgt;0.5/subgt;Nasubgt;0.5/subgt;)subgt;1‑x/subgt;TiOsubgt;3/subgt;+λwt％{(Basubgt;0.3/subgt;Srsubgt;0.7/subgt;)subgt;x/subgt;(Bisubgt;0.5/subgt;Nasubgt;0.5/subgt;)subgt;1‑x/subgt;TiOsubgt;3/subgt;‑αAlsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;‑βSiOsubgt;2/subgt;}，其中，λ＝2～14、x＝0.3～0.8、α＝10～14、β＝20～24。此外，还公开了上述高储能密度钛酸锶钡‑钛酸铋钠基微晶玻璃复合陶瓷材料的制备方法。本发明基于BSsubgt;x/subgt;BNT陶瓷，并引入BaO‑SrO‑TiOsubgt;2/subgt;‑SiOsubgt;2/subgt;‑Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;体系微晶玻璃改性，得到的复合陶瓷具有高介电常数、高电击穿强度、高储能密度，可应用于储能电容器材料领域，作为高功率密度储能电介质的候选材料。本发明工艺过程稳定可靠，并且降低了烧成温度，节约了生产成本，适合大规模生产，有利于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及电介质储能材料技术领域，尤其涉及一种高储能密度钛酸锶钡-钛酸铋钠基微晶玻璃复合陶瓷材料及其制备方法。

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前景。近年来，有关介电、铁电及反铁电陶瓷电容器储能特性研究的报道越来越多，“高性能陶瓷储能介质的研究”已经成为现今信息功能陶瓷研究的热点之一。为了满足脉冲功率系统的小型化和高储能密度的要求，报道的具有高介电常数、低介电损耗和高击穿强度的介质材料中，钛酸铋钠 (Bi_0.5Na_0.5TiO₃,BNT)陶瓷材料近年来由于其高介电性能在该领域引起广泛关注，主要在于其有高极化强度P_max(～40μC/cm²)，被认为是一种有希望取代Pb系的铁电体陶瓷材料。然而，纯BNT陶瓷材料的高剩余极化强度P_r(～38μC/cm²)和高矫顽场 E_c(～73kV/cm)导致其电击穿强度E_b较低，以及难以烧结致密等问题限制着储能性能的提升，因此纯BNT陶瓷不适合于储能应用。为了有效利用BNT的高P_max特性，研究人员近年来就如何降低其P_r并提升E_c，从而获得储能密度的提升方面做了很多有意义的工作。

然而，现有技术大多数无铅储能电介质陶瓷材料的击穿强度仍然不够高、剩余极化强度较大，导致储能密度和储能效率较低，难以满足新技术进一步发展的需求。即使储能特性有所改善，但所使用的为纳米原料(粒径均小于100nm)，生产成本极高，针对大规模工业化生产很难实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高介电常数、高电击穿强度、高功率密度储能的钛酸锶钡-钛酸铋钠基微晶玻璃复合陶瓷材料，以满足新技术进一步发展的需求。本发明的另一目的在于提供上述高储能密度钛酸锶钡-钛酸铋钠基微晶玻璃复合陶瓷材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：