木基TiO2电介质陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种木基TiO2电介质陶瓷及其制备方法和应用，属于电介质陶瓷材料领域，木基TiO2电介质陶瓷，包括以下质量分数的原料：木炭60

【技术实现步骤摘要】
木基TiO2电介质陶瓷及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电介质陶瓷材料
，具体涉及一种木基TiO2电介质陶瓷，另外，本专利技术还涉及上述木基TiO2电介质陶瓷的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电介质陶瓷是用于制作电容器和其他介质器件的陶瓷材料，与有机介质材料相比，电介质陶瓷具有高介电常数，其温度系数可在较宽范围内调整，且介质损耗低，因此广泛用于电子工业中。
[0003]其中，电介质陶瓷在制备陶瓷电容器中应用更广泛，其原理是由于电介质陶瓷中正负电荷质点(分子、原子、离子)彼此强烈地束缚，在电场作用下，正电荷沿电场方向移动，负电荷逆电场方向移动，造成正负电荷中心不重合，从而在电介质内部形成偶极矩，产生极化。由于电介质陶瓷在电场中没有稳定传导电流通过而以感应的方式对外场做出相应的扰动，因此，应用于陶瓷电容器的电介质陶瓷需要有较大的体积电阻率、高的介电常数、以及较低的介电损耗。
[0004]但是现有生产和使用的电介质材料或电阻率较小、或介电常数较低，或介电损耗较大，难以满足制备陶瓷电容器的需求。

技术实现思路

[0005]基于上述背景问题，本专利技术旨在提供一种木基TiO2电介质陶瓷，具有电阻率大、介电常数高、介电损耗小等优势，且废弃后易降解。
[0006]本专利技术的另一目的是提供上述木基TiO2电介质陶瓷的制备方法和应用。
[0007]为了实现上述目的，一方面，本专利技术实施例提供的技术方案是：
[0008]木基TiO2电介质陶瓷，包括以下质量分数的原料：
[0009]木炭60
‑
70％、二氧化钛29.5
‑
38.5％、五氧化二铌0.5
‑
1.5％。
[0010]进一步地，所述二氧化钛为金红石型结构。
[0011]本专利技术的木基TiO2电介质陶瓷的主要成分是木炭，木炭的主要成分是无定型碳，无定型碳与TiO2复合，增加了无定型碳的缺陷浓度，从而可以提高电介质陶瓷的电阻率和介电常数；另一方面，无定型碳与TiO2复合，提高了无定型碳的密度，形成了连续固溶体，减小了无定型碳乱层结构中的空位，避免产生缺位固溶体，减少弱联系离子，从而可以降低电介质陶瓷的介电损耗。
[0012]本专利技术控制木炭的添加量为60
‑
70％，二氧化钛的添加量为29.5
‑
38.5％，此添加量的木炭和二氧化钛可以达到最佳的配比，即木炭和二氧化钛在该添加量范围内，木基TiO2电介质陶瓷的电阻率和介电常数最大。
[0013]本专利技术的二氧化钛优选为金红石型结构，因为锐钛型和板钛型二氧化钛在受热过程中会产生多晶转变，导致电性能下降，从而增加介电损耗。
[0014]本专利技术的木基TiO2电介质陶瓷还添加有五氧化二铌，用来调节TiO2的电导率。
[0015]本专利技术控制五氧化二铌的添加量为0.5
‑
1.5％，当五氧化二铌的添加量小于0.5％时，制得的木基TiO2电介质陶瓷则半导体电容器介质陶瓷，即电阻率、介电常数较小。
[0016]另一方面，本专利技术实施例提供一种木基TiO2电介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0017]采用五氧化二铌掺杂的二氧化钛溶胶为前驱体浸渍剂，然后将软质木材切割成片状，并浸入所述前驱体浸渍剂中，加压以使前驱体浸渍剂注入软质木材中，最后将注有前驱体浸渍剂的软质木材炭化处理即可得到木基TiO2电介质陶瓷。
[0018]进一步地，所述前驱体浸渍剂的制备包括以下步骤：
[0019]将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，搅拌均匀得到溶液I；
[0020]在室温下将冰醋酸、乙醇、五氧化二铌加水混合，搅拌均匀得到溶液II；
[0021]在搅拌条件下，将溶液II滴加到溶液I中，滴加完毕后，水浴处理即可得到五氧化二铌掺杂的二氧化钛溶胶。
[0022]更进一步地，所述溶液I中，钛酸丁酯与无水乙醇的质量比为5
‑
6:1；所述溶液II中，冰醋酸、乙醇、五氧化二铌、水的质量比为3
‑
4:1:1:2
‑
3。
[0023]更进一步地，控制溶液II的滴加速度为20滴/min，控制水浴处理的温度为60
‑
70℃，水浴处理时间为1
‑
2h。
[0024]进一步地，加压处理时的压力为0.5
‑
1.5MPa，加压处理时间为2
‑
3h。
[0025]进一步地，炭化处理在氮气保护下进行，先加热至1600
‑
2000℃，然后保温3
‑
4h，最后随炉冷却至室温即可。
[0026]进一步地，所述软质木材为松木或杉木。
[0027]第三方面，本专利技术实施例提供上述木基TiO2电介质陶瓷在陶瓷电容器中的应用。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下效果：
[0029]1、本专利技术的木基TiO2电介质陶瓷的组分包括木炭和二氧化钛，木炭的主要成分是无定型碳，无定型碳与TiO2复合，增加了无定型碳的缺陷浓度，进而可以提高电介质陶瓷的电阻率和介电常数；另一方面，无定型碳与TiO2复合，提高了无定型碳的密度，形成了连续固溶体，减小了无定型碳乱层结构中的空位，避免产生缺位固溶体，减少弱联系离子，从而可以降低电介质陶瓷的介电损耗；因此，本专利技术的木基TiO2电介质陶瓷具有电阻率大、介电常数高、介电损耗小等优势。
[0030]2、本专利技术的木基TiO2电介质陶瓷因为添加了大量的木炭，因此具有易降解的特点，废弃后不会污染环境。
具体实施方式
[0031]为了解决现有电介质陶瓷存在的电阻率较小、介电常数较低，介电损耗较大的缺陷，本专利技术实施例提供一种木基TiO2电介质陶瓷，包括以下质量分数的原料：木炭60
‑
70％、二氧化钛29.5
‑
38.5％、五氧化二铌0.5
‑
1.5％。
[0032]本专利技术的木基TiO2电介质陶瓷的组分包括木炭和二氧化钛，木炭的主要成分是无定型碳，无定型碳与TiO2复合，增加了无定型碳的缺陷浓度，进而可以提高电介质陶瓷的电阻率和介电常数；另一方面，无定型碳与TiO2复合，提高了无定型碳的密度，形成了连续固溶体，减小了无定型碳乱层结构中的空位，避免产生缺位固溶体，减少弱联系离子，从而可
以降低电介质陶瓷的介电损耗；因此，本专利技术的木基TiO2电介质陶瓷具有电阻率大、介电常数高、介电损耗小等优势。
[0033]接下来将通过具体实施例对本专利技术进行阐述。
[0034]需要说明的是，本专利技术实施例使用的二氧化钛均为金红石型结构。
[0035]实施例1
[0036]五氧化二铌掺杂的二氧化钛溶胶前驱体浸渍剂的制备方法，包括以下步骤：
[0037](1)将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，其中，钛酸丁酯与无水乙醇的质量比为5:1，磁力恒速搅拌30min，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.木基TiO2电介质陶瓷，其特征在于，包括以下质量分数的原料：木炭60
‑
70％、二氧化钛29.5
‑
38.5％、五氧化二铌0.5
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1.5％。2.根据权利要求1所述的木基TiO2电介质陶瓷，其特征在于，所述二氧化钛为金红石型结构。3.木基TiO2电介质陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用五氧化二铌掺杂的二氧化钛溶胶为前驱体浸渍剂，然后将软质木材切割成片状，并浸入所述前驱体浸渍剂中，加压以使前驱体浸渍剂注入软质木材中，最后将注有前驱体浸渍剂的软质木材炭化处理即可得到木基TiO2电介质陶瓷。4.根据权利要求3所述的木基TiO2电介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述前驱体浸渍剂的制备包括以下步骤：将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，搅拌均匀得到溶液I；在室温下将冰醋酸、乙醇、五氧化二铌加水混合，搅拌均匀得到溶液II；在搅拌条件下，将溶液II滴加到溶液I中，滴加完毕后，水浴处理即可得到五氧化二铌掺杂的二氧化钛溶胶。5.根据权利要求4所述的木基TiO2电介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述溶液I中，钛酸丁酯与无水乙醇的...

【专利技术属性】
技术研发人员：康昆勇，朱刚，邓书端，董春雷，孙浩，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：