一种透明介质储能陶瓷材料及制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种铌酸钠

【技术实现步骤摘要】
一种透明介质储能陶瓷材料及制备方法与应用


[0001]本专利技术属于陶瓷材料
，具体涉及一种铌酸钠
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铌镁酸铋
‑
铌镁酸钡
‑
钛酸锶透明介质储能陶瓷材料及制备方法与应用。

技术介绍

[0002]电介质电容器作为极其关键的电子元器件，在脉冲功率系统、电动汽车、航空航天、防御技术等领域有着广泛的应用。近年来，随着电子元器件小型化、轻量化、安全化以及应用领域多元化的发展，无机电子信息材料向着高效能、高可靠、智能化和功能集成化的方向迈进，进而对新材料的设计和制备技术的创新提出了更高的要求，在同一种介质材料中实现多个功能响应，成为新型智能化材料的研究热点之一。
[0003]铌酸钠陶瓷作为电介质电容器材料的一个重要体系，因其宽的带隙(大击穿电场)、无挥发性K元素(易制备)和低的体积密度(轻量化)被认为是最具商业应用潜力的材料，引起了广大科技工作者和企业的广泛关注。目前关于铌酸钠基陶瓷的研究，广大科研人员主要集中在储能性能的提升和优化方面，一方面通过A/B位离子掺杂、两相以及多相组元固溶构造局部随机场，破坏铁电长程有序，增强其弛豫特性，以此获得大的ΔP(Pmax
‑
Pr)；另一方面则通过制备工艺的优化获得分布均匀、尺寸细小的晶粒，从而提高材料的击穿场强(Eb)，实现提高材料储能特性。
[0004]考虑到材料高智能化、高集成化的发展以及透明脉冲电容器的开发和应用，将储能性能和光学透明度结合的新材料设计和制备顺应当前材料设计理念，尤其对新一代透明脉冲电容器的开发有着极其重要的作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种铌酸钠
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铌镁酸铋
‑
铌镁酸钡
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钛酸锶透明介质储能陶瓷材料及制备方法与应用，该制备方法简单、重复性好、成品率高，具有优异的储能性能和一定的透光率。实用性强，易于常规化批量生产，且能兼顾储能性能和光学性能，是一种性能优良的无铅透明储能陶瓷，有望用于透明脉冲电容器等方面。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种铌酸钠
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铌镁酸铋
‑
铌镁酸钡
‑
钛酸锶透明介质储能陶瓷材料，所述透明介质储能陶瓷材料的组成式为：0.95[0.90NaNbO3‑
0.10((1
‑
x)Bi(Mg
2/3
Nb
1/3
)O3‑
xBa(Mg
1/3
Nb
2/3
)O3)]‑
0.05SrTiO3，式中x为摩尔百分比，0.10≤x≤0.25。
[0007]本专利技术还提供了制备上述的铌酸钠
‑
铌镁酸铋
‑
铌镁酸钡
‑
钛酸锶透明介质储能陶瓷材料的方法，该方法为：
[0008]S1、烘料：分别将Na2CO3原料、Bi2O3原料、BaCO3原料和SrCO3原料分别在温度为300℃的条进行烘干6h；
[0009]将Nb2O5原料、TiO2原料和MgO原料分别在温度为900℃的条进行烘干4h；
[0010]所述Na2CO3原料的纯度为99.8％，所述Bi2O3原料的纯度为99.8％，所述BaCO3原料的纯度为99％，所述SrCO3原料的纯度为99％，所述Nb2O5的纯度为99.5％，所述MgO原料的纯度为98.5％；
[0011]S2、配料：将S1中烘干后的Na2CO3原料、Bi2O3原料、BaCO3原料、SrCO3原料、Nb2O5原料、TiO2原料和MgO原料按照0.95[0.90 NaNbO3‑
0.10((1
‑
x)Bi(Mg
2/3
Nb
1/3
)O3‑
x Ba(Mg
1/3
Nb
2/3
)O3)]‑
0.05SrTiO3的化学计量比分别称取、混合均匀后，得到预混料，加入玛瑙球和无水乙醇，球磨6h～10h，分离玛瑙球后，在温度为80℃～100℃下干燥12h～24h，研磨后过120目筛，得到原料混合物；
[0012]S3、预烧：将S2中得到的原料混合物在温度为850℃～950℃的条件下预烧2h～4h，自然冷却至室温，研磨后，得到预烧粉；
[0013]S4、二次球磨：向S3中得到的预烧粉中加入玛瑙球和无水乙醇，球磨6h～10h，分离玛瑙球后，在温度为80℃～100℃下干燥12h～24h，研磨后过180目筛，得到磨球后的预烧粉；
[0014]S5、压片:向S4中得到的磨球后的预烧粉中加入质量分数为6％聚乙烯醇水溶液，造粒后过40目筛，得到球状粉粒物质，在压力为150MPa～200MPa的单向压力条件下保压20s～60s，得到圆片状陶瓷坯体；
[0015]S6、烧结：将S5中得到的圆片状陶瓷坯体进行烧结，得到烧结后的陶瓷坯体；烧结的条件为：先以3℃/min的升温速率从室温升温至550℃，保温3h后，再以3℃/min～5℃/min的升温速率升温至1230℃～1300℃，烧结2h～4h，然后以5℃/min的降温速率冷却至室温；
[0016]S7、抛光：将S6中得到的烧结后的陶瓷坯体的上、下表面用600目的砂纸打磨，再用2000目的砂纸和金刚砂抛光至厚度为0.3mm～0.5mm，放入去离子水中，超声清洗干净并烘干，得到抛光后的陶瓷坯体；
[0017]S8、表面金属化：在S7中得到的抛光后的陶瓷坯体的上、下表面均匀涂覆厚度为0.01mm～0.03mm的银浆，在温度为850℃的条件下保温10min，自然冷却至室温，得到铌酸钠
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铌镁酸铋
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铌镁酸钡
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钛酸锶透明介质储能陶瓷材料。
[0018]本专利技术选用Na2CO3原料、Bi2O3原料、BaCO3、SrCO3原料、Nb2O5原料、TiO2原料、和MgO直接合成制备铌酸钠、铌镁酸铋、铌镁酸钡、钛酸锶四元固溶体系，合成的组分具有对称性较高的伪立方相结构，有效避免了入射光在相邻晶粒间的双折射现象，减少了光散射损失，提高了陶瓷材料的透光性；制备过程中两次球磨，一方面有助于初始原料混合均匀、充分反应形成均一的单相结构，另一方面细化粉体颗粒，减小陶瓷晶粒尺寸和气孔，提高其致密度，使入射光容易通过晶体的同时减少晶界的光散射，提高陶瓷的透明度。
[0019]优选地，S2中所述预混料、玛瑙球和无水乙醇的用量比为0.35g:1g：0.52mL。
[0020]优选地，S4所述预烧粉中加入玛瑙球和无水乙醇的用量比为0.30g:1g：0.40mL。
[0021]优选地，S5中所述6％聚乙烯醇水溶液和磨球后的预烧粉的质量比为(25％～35％)：1。
[0022]本专利技术还提供了上述制备的铌酸钠
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铌镁酸铋
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌酸钠
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铌镁酸铋
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铌镁酸钡
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钛酸锶透明介质储能陶瓷材料，其特征在于，所述铌酸钠
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铌镁酸铋
‑
铌镁酸钡
‑
钛酸锶透明介质储能陶瓷材料的组成式为：0.95[0.90NaNbO3‑
0.10((1
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x)Bi(Mg
2/3
Nb
1/3
)O3‑
xBa(Mg
1/3
Nb
2/3
)O3)]
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0.05SrTiO3，式中x为摩尔百分比，0.10≤x≤0.25。2.一种制备如权利要求1所述的铌酸钠
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铌镁酸铋
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铌镁酸钡
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钛酸锶透明介质储能陶瓷材料的方法，其特征在于，该方法为：S1、烘料：分别将Na2CO3原料、Bi2O3原料、BaCO3原料和SrCO3原料分别在温度为300℃的条进行烘干6h；将Nb2O5原料、TiO2原料和MgO原料分别在温度为900℃的条进行烘干4h；所述Na2CO3原料的纯度为99.8％，所述Bi2O3原料的纯度为99.8％，所述BaCO3原料的纯度为99％，所述SrCO3原料的纯度为99％，所述Nb2O5的纯度为99.5％，所述MgO原料的纯度为98.5％；S2、配料：将S1中烘干后的Na2CO3原料、Bi2O3原料、BaCO3原料、SrCO3原料、Nb2O5原料、TiO2原料和MgO原料按照0.95[0.90NaNbO3‑
0.10((1
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x)Bi(Mg
2/3
Nb
1/3
)O3‑
x Ba(Mg
1/3
Nb
2/3
)O3)]
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0.05SrTiO3的化学计量比分别称取、混合均匀后，得到预混料，加入玛瑙球和无水乙醇，球磨6h～10h，分离玛瑙球后，在温度为80℃～100℃下干燥12h～24h，研磨后过120目筛，得到原料混合物；S3、预烧：将S2中得到的原料混合物在温度为850...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卓，王子煊，张家勇，杨强斌，张丹丹，王卓，耿九光，牛艳辉，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：