一种固态脉冲形成线储能介质材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种固态脉冲形成线储能介质材料及其制备方法，其组成和配比为７０ｗｔ％－９０ｗｔ％的Ｂａ０．４Ｓｒ０．６ＴｉＯ３和１０ｗｔ％－３０ｗｔ％的纳米ＭｇＯ。本发明专利技术提供的钛酸锶钡基固态脉冲形成线储能介质材料及其制备方法可以使得钛酸锶钡的致密度提高到９８．５％以上，晶粒细化到１～２微米，介电常数保持在２６０～５００，介电损耗降低到在４～６×１０－４左右，脉冲击穿场强提高到２４～４５ｋＶ／ｍｍ，储能密度提高到０．６７～１．１４Ｊ／ｃｍ３，很好的满足了固态脉冲形成线储能介质材料的应用要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其是一种以钛酸 锶钡为基的固态脉冲形成线储能介质材料及其制备方法，属于功能陶瓷领域。
技术介绍
随着脉冲功率技术的发展，脉冲功率系统小型化、轻型化成为一个新的发展方向。 脉冲形成线作为脉冲功率系统中重要的储能部件，其储能密度的提高有着重要意义。目前 脉冲形成线主要采用变压器油或者去离子水作为储能介质，体积庞大，很难满足脉冲功率 系统小型化的要求。采用高介电常数的固态介电材料作为脉冲形成线的储能介质可以有效 地减小脉冲形成线的体积。BaxSivxTiO3铁电陶瓷由于具有高的介电常数和较低的介电损 耗，成为固态脉冲形成线储能介质最有希望的候选材料之一。然而其相对较低的击穿场强 ( 10kV/mm)限制了它的应用。因此，提供一种具有高的击穿场强，高的介电常数以及低的介电损耗的储能陶瓷 材料及其制备方法，就成为该
急需要解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种具有高的击穿场强，高的介电常数以及低的介电损 耗的钛酸锶钡基固态脉冲形成线储能介质材料。为达到上述目的，本专利技术采取如下技术方案一种固态脉冲形成线储能介质材料，其特征在于它的组成和配比为70 90wt% 的 Ba0 4Sr0 6TiO3 和 10 30wt% 的纳米 MgO0本专利技术的另一目的是提供一种上述钛酸锶钡基固态脉冲形成线储能介质材料的 制备方法。为达到上述目的，本专利技术采取如下技术方案一种固态脉冲形成线储能介质材料的制备方法，包括下述步骤(1)采用传统固相反应法合成Biia4SrO. BTiO3粉；(2)按照BEia4Sra6TiO3粉为70 90wt%，纳米MgO粉为10 30wt %的配比，将 纳米MgO粉添加到步骤(1)制备的B^l4Sra6TiO3粉中，以乙醇作为分散剂，采用玛瑙磨球， 球磨Mh，在90°C烘箱中烘干，得粉体；(3)将步骤( 所得粉体经过冷等静压，压制成直径为20mm，厚度2mm的试样，将 试样在空气气氛中烧结，制得储能介质材料。一种优选的技术方案，其特征在于所述的步骤(1)采用传统固相反应法合成 Baa4Sra6TiO3粉，选取分析纯的化学试剂BaC03、SrCO3和TiO2,按Biia4Sra6TiO3配料，球磨 24h，烘干，在 1150°C煅烧 4h，得到 Ba0.4Sr0. JiO3 粉。一种优选的技术方案，其特征在于所述的纳米MgO粉的粒度为30-100nm。一种优选的技术方案，其特征在于所述的步骤(3)中，所述的冷等静压的压制压力为 200Mpa。一种优选的技术方案，其特征在于所述的步骤C3)中，所述的烧结为在1420°C下 烧结4h。本专利技术的优点是，通过在钛酸锶钡中添加一定量的纳米MgO (粒度为30-100nm)， 增加钛酸锶钡的烧结活性，使得材料的致密度提高到98. 5%以上，同时抑制钛酸锶钡晶粒 的长大，使得晶粒细化到1 2微米，介电常数保持在260 500，介电损耗降低到在4 6X 10_4左右，脉冲击穿场强提高到24 45kV/mm，储能密度提高至IJ 0. 67 1. 14J/W。很 好的满足了固态脉冲形成线储能介质材料的应用要求，非常适合制作固态脉冲形成线储能 介质。下面通过附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明，但并不意味着对本专利技术保 护范围的限制。附图说明图1-1是纯BEia4Sra6TiO3以及添加不同MgO含量的Biia4Sra6TiO3储能介质材料扫 描电镜照片；其中(a)为纯 BEia4Sr0.6TiO3，(b)为 BST-IOM(Biia4Srci.6Ti03-10wt% MgO，以下 同)，(c)为 BST-15M，(d)为 BST-20M，(e)为 BST—25M，(f)为 BST—30M。图1-2是能谱分析图；其中，A为Biia4Sra6TiO3的能谱分析图，B为MgO的能谱分 析图。图2是纯BEia4Sra6TiO3以及添加不同MgO含量的Biia4Sra6TiO3储能介质材料的密 度曲线。图3是本专利技术的Biia4Sra 6Ti03/Mg0储能介质材料的介电常数和介电损耗随MgO添 加量的变化曲线。图4是纯BEia4Sra6TiO3以及添加不同MgO含量的Biia4Sra6TiO3储能介质材料的击 穿场强随着MgO含量的变化曲线。图5是纯BEia4Sra6TiO3以及添加不同MgO含量的Biia4Sra6TiO3储能介质材料在不 同场强下的储能密度。具体实施方式对比例1(1)首先选取分析纯的化学试剂BaC03、SrCO3和TiO2,按Biia4Sra6TiO3配料，球磨 24h，烘干，在 1150°C煅烧 4h，形成 Ba0.4Sr0. JiO3 粉。(2)将BEia4Sra6TiO3粉经过冷等静压，压制压力为200Mpa，压制成直径为20mm，厚 度2mm的试样，空气气氛中，1400°C烧结4h，制得陶瓷样品。将陶瓷样品上下表面经抛光腐蚀，通过扫描电镜(Hitachi S4800，放大倍数为业 倍)，观察其微观形貌，纯Baa4Sra6TiO3材料的晶粒粗大，平均尺寸为几十个微米，而且晶粒 尺寸不均勻，在晶粒内以及晶界处存在一些大的孔隙，如图1-1 (a)所示。将烧成的陶瓷样品经过切割和抛光制成厚度0. 2mm的样品进行击穿强度测试，经 抛光的样品上下两面被银，烧制银电极，测试其性能。测得致密度为97. 3% (如图2所示)， 介电常数和介电损耗分别为947和9X 10_4(如图3所示)，脉冲击穿场强为19kV/mm(如图4所示)，储能密度为0. 49J/cm3 (如图5所示)。实施例1(1)首先选取分析纯的化学试剂BaC03、SrCO3和TiO2，按Biia4Sra6TiO3配料，球磨 24h，烘干，在 1150°C煅烧 4h，形成 Ba0.4Sr0. JiO3 粉。(2)按照 90wt % Ba0 4Sr0 6TiO3 粉 +IOwt % 的纳米 MgO 粉(粒度为 30_100nm，平 均粒度为60nm)配比，以乙醇作为分散剂，采用玛瑙磨球，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为 6:2: 1，球磨Mh，在90°C烘箱中烘干，得粉体。(3)将步骤( 制备好的粉体经过冷等静压，压制压力为200Mpa，压制成直径为 20mm，厚度2mm的试样，空气气氛中，1420°C烧结4h，制得陶瓷样品。将陶瓷样品上下表面经抛光腐蚀，通过扫描电镜(Hitachi S4800，放大倍数为证 倍)，观察其微观形貌，如图1-1 (b)所示，添加10wt% MgO的样品的晶粒尺寸明显减小，平 均晶粒尺寸为 2 μ m。将烧成的陶瓷样品经过切割和抛光制成厚度0. 2mm的样品进行击穿强度测试，经 抛光的样品上下两面被银，烧制银电极，测试其性能。测得致密度为98. 5% (如图2所示)， 介电常数和介电损耗分别为499和5X 10_4(如图3所示)，脉冲击穿场强为MkV/mm(如图 4所示)，储能密度为0. 67J/cm3 (如图5所示)。实施例2按照85wt% BEia4Sra6TiO3 粉+15wt% 纳米 MgO 粉(粒度为 30_100nm)配比，具体 工艺路线与实施例1相同。本实施例所述组分的样品的微观形貌如图l-l(c)所示，添加 15wt%M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态脉冲形成线储能介质材料，其特征在于：它的组成和配比为７０～９０ｗｔ％的Ｂａ↓［０．４］Ｓｒ↓［０．６］ＴｉＯ↓［３］和１０～３０ｗｔ％的纳米ＭｇＯ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜军，张庆猛，王磊，罗君，唐群，章林文，谢卫平，李洪涛，王勐，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]