【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无铅储能陶瓷材料制备技术，特别涉及一种与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着脉冲功率技术的蓬勃发展，其在航空航天、石油勘探、动力车辆等多个领域的应用日益广泛。然而，高温失效成为这些领域实际应用中的一大障碍。特别是在航空航天等恶劣环境中，电子控制装置往往位于发动机附近，工作温度可高达200℃至300℃，这对电容器的耐高温性能和稳定性提出了极高的要求。
2、介电陶瓷材料因其大的功率密度和快速的充放电速率而受到广泛关注。然而，尽管具有这些优势，但在高温环境下，介电陶瓷材料的储能性能会显著下降，导致电容器失效，另外高温还可能导致材料内部发生物理和化学变化，如热胀冷缩、绝缘介质失效等，进一步影响电容器的性能，因此限制了其在实际应用中的广泛使用。
3、为了克服介电陶瓷材料在高温下的性能限制，目前已有多种方法优化介电陶瓷材料的高温储能性能，主要有离子掺杂、组分固熔和改善烧结工艺等，但依然存在诸多难题，离子掺杂通过引入特定离子来改变材料的微观结构和电学性能，然而这种方法获得的介电陶瓷材料在高温下的储能性能改进有限，且掺杂离子的选择和掺杂量的控制需要精确调控，工艺复杂且成本较高；组分固溶通过不同组分的混合来形成固溶体改善材料的综合性能，然而这种方法同样面临原料昂贵和制备工艺复杂的挑战，难以实现大规模生产；改善烧结工艺可以改善材料的致密度和微观结构，然而对于高温稳定型电容器材料，仅通过烧结工艺的优化往往难以达到理想的高温储能性能。
4、因此，现有介电陶瓷材料高
技术实现思路
1、针对航空航天、石油勘探和动力车辆等极端高温环境对电容器材料的特殊要求，现有介电陶瓷材料在极端高温下储能性能优化程度受限，无法在保证高温稳定性的基础上进一步提高电容器储能密度和效率的技术现状，本专利技术旨在于提供一种与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料及其制备方法和应用。
2、为达上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料，该钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料化学式为0.85(na0.5bi0.5)0.75sr0.25tio3-0.15ca(mg1/3ta2/3)o3-xwt％(40na2o-18cao-42sio2)，其中1.0≤x≤12.0；
4、所述钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料通过将熔融玻璃粉体40na2o-18cao-42sio2与煅烧粉体0.85(na0.5bi0.5)0.75sr0.25tio3-0.15ca(mg1/3ta2/3)o3复配烧结获得。
5、进一步地，所述3.0≤x≤9.0。
6、更进一步地，所述x＝6.0。
7、本专利技术提供一种上述与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料的制备方法，包括：
8、s1，按照比例称取na2co3、bi2o3、srco3、tio2、caco3、mgo和ta2o5，混合球磨后烘干，于800～900℃下煅烧1-3h，粉碎研磨过筛得到煅烧粉体；
9、s2，按照化学式称取na2o、cao和sio2混合球磨后烘干，于1400-1500℃熔融1-2h，退火，粉碎研磨过筛获得熔融玻璃粉体；
10、s3，将步骤s2所得熔融玻璃粉体按质量百分比1％～12％加入步骤s1所得煅烧粉体球磨混合，烘干粉碎研磨过筛，压制成生坯，于1100～1200℃烧结3-5h，获得与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料。
11、所述步骤s1，自室温以5℃/min升温至800～900℃，煅烧完成以5℃/min速率降温至500℃，后随炉冷却到室温。
12、所述步骤s2退火温度为500℃～600℃，时间为5h。
13、所述步骤s3，烧结温度为1140℃～1180℃，保温时间为4h。
14、所述步骤s1、s2、s3中球磨的料：球：水的质量为1：2：2，球磨时间为10h。
15、所述步骤3中的烧结制度为：自室温以5℃/min升温至1100℃～1200℃，烧结完成以5℃/min降温至500℃，后随炉冷却到室温。
16、本专利技术提供一种上述与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料在高温储能器件中的应用。
17、与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益结果：
18、本专利技术提供的与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料，包括熔融玻璃粉体40na2o-18cao-42sio2和煅烧粉体0.85(na0.5bi0.5)0.75sr0.25tio3-0.15ca(mg1/3ta2/3)o3，二者结合形成了一种具有优异高温储能性能的复合材料；因40na2o-18cao-42sio2玻璃低且稳定的介电常数，使得最终获得的陶瓷材料在高温环境下仍能维持稳定的储能性能；同时玻璃相能够有效地分散和阻碍电击穿路径的形成，从而提高陶瓷材料的整体耐电击穿能力；当40na2o-18cao-42sio2玻璃添加为6％时，获得的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料在30～130℃的宽温度范围内保持优异的储能稳定性，储能密度达到5.5j/cm3，储能效率高达92.0％，远超传统陶瓷材料，能够满足高脉冲电力系统的严苛需求，提高系统的稳定性和可靠性，还可在其他需要高储能密度和良好高温稳定性的领域得到应用。
19、本专利技术提供的与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料的制备方法，利用多材料混合技术简化了陶瓷材料的原料配方和制备流程，通过引入40na2o-18cao-42sio2玻璃作为液相烧结助剂，有效降低了烧结温度，促进了晶粒细化，使得陶瓷材料的结构更加致密，从而提高其机械性能和电学性能，同时显著提高击穿强度(eb)，不仅节省了能源，还减少了高温烧结过程中产生的材料缺陷；本专利技术整个制备过程中使用的材料均符合环保要求，无有害物质排放，加工方法简单、价格低廉，显著降低了生产成本，所选材料和工艺均具备大规模生产的潜力，有助于推动储能陶瓷材料的商业化进程。
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1.一种与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料，其特征在于，该钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料化学式为0.85(Na0.5Bi0.5)0.75Sr0.25TiO3-0.15Ca(Mg1/3Ta2/3)O3-x wt％(40Na2O-18CaO-42SiO2)，其中1.0≤x≤12.0；
2.根据权利要求1所述与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料，其特征在于，所述3.0≤x≤9.0。
3.根据权利要求2所述与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料，其特征在于，所述x＝6.0。
4.一种权利要求1-3任意一项所述与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1，自室温以5℃/min升温至800℃～900℃，煅烧完成以5℃/min速率降温至500℃，后随炉冷却到室温。
6.根据权利要求4所述与玻璃复合的钛酸铋钠基高温储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2退火温度为500℃～600℃，时间为5h。
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