专利摘要

本发明公开了一种高耐压、高储能密度与储能效率的复相陶瓷介电材料，成分以通式(1-x)(Bi0.49Na0.42)Ba0.06TiO3-x(35BaO-15ZnO-10Al2O3-20B2O3-20SiO2)来表示，其中x表示摩尔分数，0.01≤x≤0.5。本发明在反铁电相中添加玻璃粉，采用两歩烧结，通过玻璃相填充孔洞，获得微观结构均匀致密复相陶瓷。本发明的复相度陶瓷具有优异的储能密度、储能效率及高耐压性，储能密度可达1.86J/cm3，储能效率可达80%、耐压可达223kV/cm，损耗低，在脉冲电源领域应用前景好。

权利要求

1.一种高耐压、高储能密度与储能效率的复相陶瓷介电材料，其特征是：组成通式为：(1-x)(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃-x(35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃-20SiO₂)，

其中x表示摩尔分数，0.01≤x≤0.5。

2.如权利要求1所述的复相陶瓷介电材料的制备方法，其特征是：主要包含以下步骤：

(1) 将原料按照化学式35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃-20SiO₂进行配料，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后于1150°C保温2小时形成熔融玻璃液，然后快速将熔料倒入载有纯净水的托盘中，过滤磨细过300目筛，获得玻璃粉末；

 (2) 将原料按照化学式(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃ 进行配料，以无水乙醇为介质球磨12小时，干燥后于860°C预烧2小时合成粉末；

 (3)将步骤(1)与(2)的预烧粉末按照化学式(1-x)(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃ -x(35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃-20SiO₂)配料，其中x表示摩尔分数，0.01≤x≤0.5，以无水乙醇为介质高能球磨12小时，干燥后获得粉末；

(4)将步骤(3)获得的粉末加入3%(重量百分比)浓度的PVA溶液造粒，压制成型圆片，然后在600°C保温2小时排除PVA；

 (5) 将步骤(4)获得的成型圆片采用两歩烧结法，第一步升温到烧结温度1050-1120°C，不保温，第二步快速降温到900-1050°C，保温时间6小时；

(6) 样品加工成两面光滑、厚度约0.3mm的薄片，披银电极即成。

说明书

技术领域

本发明涉及介电储能陶瓷材料，具体是一种高储能密度复相介电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

高储能密度储能电容器广泛应用于现代电子能源系统，如混合动力汽车、新能源电力系统、微型电子设备领域。陶瓷电介质具有介电常数高、老化速度慢、机械强度高、损耗低、介电可调且温度适应性好和可以在复杂环境下使用等优点，是制备高功率大密度电容器的理想材料，但也存在着介电击穿强度较低而导致的储能密度较低的缺点，难以满足新技术进一步发展的需求。

陶瓷电介质击穿强度较低主要来源于陶瓷致密性及内部的孔洞，在施加高场是成为薄弱环节容易击穿。无气孔的玻璃能够消除电场局域集中，击穿强度大幅提高。因此，在陶瓷基体中添加适量的玻璃相，可以优化微观结构，减小气孔率、气孔尺寸、晶粒尺寸，得到均一致密的晶粒结构，最大限度的提高击穿强度。同时可以改善介电常数温度稳定性、介电损耗、饱和极化、剩余极化等相关性能，优化储能特性。目前在铅基陶瓷与钛酸钡基陶瓷中添加玻璃相的报导较多，也获得较好的储能特性。

迄今为止，在非化学计量钛酸铋钠基反铁电陶瓷中添加玻璃组成制备复相陶瓷材料，以获得优良的储能性能还未见报道。

发明内容

本发明目的是要提供一种具有高耐压、高储能密度与储能效率的绿色环保复相陶瓷材料及其制备方法。这种复相陶瓷材料具有优异的储能密度及储能效率，储能密度可达1.86 J/cm³，储能效率可达80%，耐压好、损耗低、实用性好。

实现本发明目的的技术方案是：

一种高耐压、高储能密度与储能效率的复相陶瓷介电材料，其配方为：

 (1-x)(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃-x(35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃-20SiO₂)

其中x表示摩尔分数，0.01≤x≤0.5。

本发明高储能密度与储能效率的复相陶瓷介电材料的制备方法，包括如下步骤：

(1) 将原料按照化学式35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃-20SiO₂进行配料，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后于1150°C保温2小时形成熔融玻璃液，然后快速将熔料倒入载有纯净水的托盘中，过滤磨细过300目筛，获得玻璃粉末。

(2) 将原料按照化学式(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃ 进行配料，以无水乙醇为介质球磨12小时，干燥后于860°C预烧2小时合成粉末。

(3)将步骤(1)与(2)的预烧粉末按照化学式(1-x)(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06 TiO₃-x(35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃-20SiO₂)配料，其中x表示摩尔分数，0.01≤x≤0.5，以无水乙醇为介质高能球磨12小时，干燥后获得粉末；

(4) 将步骤(3)获得的粉末加入3%(重量百分比)浓度的PVA溶液造粒，压制成型圆片，然后在600°C保温2小时排除PVA。

(5) 将步骤(4)获得成型圆片采用两歩烧结法，第一步升温到烧结温度1050-1120°C，不保温，第二步快速降温到900-1050°C，保温时间6小时；

(6) 样品加工成两面光滑、厚度约0.3mm的薄片，披银电极，然后测试储能特性与电性能。

本发明通过在非化学计量比反铁电(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃成分中添加玻璃粉，结合两歩烧结，获得高致密度高耐压的复相陶瓷材料。本发明制备工艺简单、稳定，适合工业推广应用。本发明的复相陶瓷储能性能优良，储能密度可达1.86 J/cm³，储能效率可达80%，耐压性好，损耗低。

附图说明：

附图1：本发明陶瓷材料的电滞回线。

具体实施方式

通过下面给出的实施例，可以进一步清楚的了解本发明的内容，但它们不是对本发明的限定。

实施例1：

制备成分为：(1-x)(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃-x(35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃- 20SiO₂)，其中x表示摩尔分数，x=0.05的复相陶瓷材料。

制备方法包括如下步骤：

(1) 以分析纯粉末BaCO₃、ZnO、Al₂O₃、B₂O₃和SiO₂为原料，按照化学式35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃-20SiO₂进行配料，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后于1150°C保温2小时形成熔融玻璃液，然后快速将熔料倒入载有纯净水的托盘中，过滤磨细过300目筛，获得玻璃粉末。

(2) 以分析纯粉末BaCO₃、Bi₂O₃、Na₂CO₃和TiO₂为原料，将原料按照化学式(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃ 进行配料，以无水乙醇为介质球磨12小时，干燥后于860°C预烧2小时合成粉末。

(3)将步骤(1)与(2)的预烧粉末按照化学式(1-x)(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃ -x(35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃-20SiO₂)配料，其中x表示摩尔分数，x=0.05，以无水乙醇为介质高能球磨12小时，干燥后获得粉末；

(4) 将步骤(3)获得的粉末加入3%(重量百分比)浓度的PVA溶液造粒，压制成型圆片，然后在600°C保温2小时排除PVA。

(5) 将步骤(4)获得成型圆片采用两歩烧结法，第一步升温到烧结温度1120°C，不保温，第二步快速降温到1020°C，保温时间6小时；

(6) 样品加工成两面光滑、厚度约0.3mm的薄片，披银电极，然后测试储能特性与电性能。

性能如表1所示。

实施例2：

制备成分为：(1-x)(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃-x(35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃- 20SiO₂)，其中x表示摩尔分数，x=0.08的复相陶瓷材料。

制备方法同实施例1，不同的是第一步烧结温度1100°C，第二步烧结温度1010°C。

性能如表1所示。

实施例3：

制备成分为：(1-x)(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃-x(35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃- 20SiO₂)，其中x表示摩尔分数， x=0.15的复相陶瓷材料。

制备方法同实施例1，不同的是第一步烧结温度1060°C，第二步烧结温度970°C。

性能如表1所示。

实施例4：

制备成分为：(1-x)(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃-x(35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃- 20SiO₂)，其中x表示摩尔分数， x=0.28的复相陶瓷材料。

制备方法同实施例1，不同的是第一步烧结温度1050°C，第二步烧结温度920°C。

性能如表1所示。

实施例5：

制备成分为：(1-x)(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃-x(35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃- 20SiO₂)，其中x表示摩尔分数，x=0.12的复相陶瓷材料。

制备方法同实施例1。

性能如表1所示。

实施例6：

制备成分为：(1-x)(Bi_0.49Na_0.42)Ba_0.06TiO₃-x(35BaO-15ZnO-10Al₂O₃-20B₂O₃- 20SiO₂)，其中x表示摩尔分数，x=0.22的复相陶瓷材料。

制备方法同实施例4。

性能如表1所示。

表1 实施例样品的电性能

通过上面给出的实施例，可以进一步清楚的了解本发明的内容，但它们不是对本发明的限定。

一种钛酸铋钠基高储能密度复相陶瓷及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。