[发明专利]一种钛酸锶钡基玻璃陶瓷储能材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电介质储能材料领域，具体涉及一种采用微波热处理制备高储能密度的钛酸锶钡基玻璃陶瓷材料的制备方法。

背景技术

高储能密度、高耐压陶瓷电容器是电子设备中常见的电子元件之一，在激光、雷达、移动通讯及航空航天等领域得到广泛的应用。为了满足脉冲功率系统的小型化和高储能密度的要求，各国材料工作者正积极探索研究具有高介电常数、低接电损耗和高耐压强度的介质材料，钛酸锶钡基玻璃陶瓷材料近年来由于其优异的介电性能在该领域引起了广泛的关注。玻璃陶瓷是采用玻璃的制备方法将氧化物熔融成玻璃态，然后再在一定温度下热处理使玻璃析晶，进而得到玻璃和陶瓷的复合体。和传统钛酸锶钡材料相比，钛酸锶钡基玻璃陶瓷具有一些明显的优势，如能够使得很微小的钛酸锶钡晶粒均匀分布在能耐高压的玻璃基体里，且样品非常致密。

在对该材料的掺杂改性研究中，Gorzkowski等报道了不同的添加剂，如BaF₂、P₂O₅、B₂O₃等的掺杂会改善玻璃陶瓷的介电性能（Gorzkowski,E.P.,et al.,Effect of additives on the crystallization kinetics of barium strontium titanate glass-ceramics.Journal of the American Ceramic Society，2008.91(4):p.1065-1069.）。Yong Zhang等研究了BST基玻璃陶瓷的烧结温度对储能密度的影响，并得出界面极化是限制耐压强度的主要因素（Zhang,Y.,et al.,Sintering Temperature Dependence of Energy-Storage Properties in(Ba，Sr)TiO3 Glass-Ceramics.Journal of the American Ceramic Society，2011.94(6):p.1805-1810.）。Xiangrong Wang等研究了添加玻璃对BST陶瓷耐压强度及储能性能的影响（Wang,X.,et al.,Glass additive in barium titanate ceramics and it sinfluence on electrical breakdown strength in relation with energy storage properties.Journal of the European Ceramic Society，2012.32(3):p.559-567）。Oda等研究了BST-Al₂O₃-SiO₂系玻璃陶瓷的介电性能，指出铝离子作为受体杂质会导致接电损耗的增加。各方面因素限制了获得高储能密度的介质存储材料（Oda,K.,et al.,Preparation and dielectric properties of(Ba，Sr)TiO3-Al2O3-SiO2 glass-ceramics.Memoirs of the School of Enigineering,Okayama University，Japan,1983,17(1):p.97-105.）。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种高储能密度的钛酸锶钡基玻璃陶瓷储能材料的制备方法，包括以下步骤：

1）以BaCO₃、SrCO₃、TiO₂、SiO₂、Al₂O₃为原料，按(Ba_xSr_1-x)TiO₃-aAl₂O₃-bSiO₂配料（通式中的下标表示原子数，a、b分别表示Al₂O₃和SiO₂的摩尔份数），其中x=0.4~0.6、(a+b)/(2+a+b)=0.3~0.35、a/b=0.5~1.0，经球磨混料后烘干，高温熔化；

2）将步骤1所得的高温熔体浇注至金属模具中，去应力退火，然后经切割获得厚度为0.5～1.0mm的玻璃薄片；

3）将步骤2制得的玻璃薄片进行受控析晶，得到玻璃陶瓷；