[发明专利]一种高介电常数高击穿场强的铌酸锶钡玻璃陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种玻璃陶瓷材料及其制备方法，特别是一种高介电常数高击穿场强的铌酸锶钡玻璃陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着信息技术和电子科学技术的飞速发展，人们对可以有效的减小高压电容器体积的具有高储能密度的介电材料需求迫切，对电子设备提出更高的使用要求，例如轻型化以及小型化，高储能材料也就应运而生。铁电玻璃陶瓷是由高介电常数的铁电相与玻璃相组成的具有铁电性能的功能材料，它集中了玻璃和陶瓷的优点，内部结晶构造比许多陶瓷材料中的晶体要细得多，且更加均与致密，几乎没有气孔，介电损耗非常小，因此利用微晶玻璃法制备的玻璃陶瓷具备玻璃态物质的高击穿强度与介电陶瓷体系的高介电常数的双重优势，成为了高储能介质材料研究的热点。

SBN玻璃陶瓷由于具备高的击穿场强而被用作高储能材料。目前玻璃基体大多为SiO₂，其使熔融温度高达1500℃，H₃BO₃的加入可以使熔融温度大幅度降低。CaO在高温时降低玻璃的黏性，促使玻璃的融化和澄清，使玻璃的结晶倾向增大。因此，选择CaO-SiO₂-B₂O₃（CBS）体系作为玻璃基体。玻璃的加入减小了材料的孔隙率，增大了材料的击穿场强，但是也降低了结晶倾向，相对较低的结晶倾向会限制了作为储能材料的应用。因此，为了提高玻璃陶瓷的结晶倾向，引入有效的成核剂去提高SBN玻璃陶瓷的结晶度是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高介电常数高击穿场强的铌酸锶钡玻璃陶瓷材料及其制备方法，该方法实验操作简单、原料高度均匀反应，且制得的铌酸锶钡玻璃陶瓷材料具有击穿场强高、介电常数高，且铌酸锶钡玻璃陶瓷材料孔隙率小。

为实现上述目的，本发明铌酸锶钡玻璃陶瓷材料，包括摩尔比为12:12:24:2x:2x:3x:3的SrO、BaO、Nb₂O₅、CaO、SiO₂、B₂O₃以及BaF₂，且x=5～8。

一种高介电常数高击穿场强的铌酸锶钡玻璃陶瓷材料是由摩尔比为12:12:24:2x:2x:6x:3的SrCO₃，BaCO₃，Nb₂O₅，CaCO₃，SiO₂，H₃BO₃以及BaF₂经熔融、成型、退火及晶化处理制得的。

一种高介电常数高击穿场强的铌酸锶钡玻璃陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

1）将SrCO₃，BaCO₃，Nb₂O₅，CaCO₃，SiO₂，H₃BO₃以及BaF₂按照12SrO-12BaO-24Nb₂O₃-2xCaO-2xSiO₂-3xB₂O₃-3BaF₂摩尔比混合均匀，得到混合物；其中，x=5～8；

2）将坩埚随炉加热至1100℃，开始加入混合物，然后继续加热至1300-1400℃，在1300-1400℃下保温使混合物熔融均匀，得到混合熔融料；将混合熔融料在模具上成型，再放入炉中于600-800℃下退火，得到退火后玻璃；

3）退火后玻璃在其晶化温度下保温进行晶化处理，得到铌酸锶钡玻璃陶瓷材料。

所述的步骤1）中x=5、6、7或8。

所述的步骤3）中的晶化温度是将退火后玻璃经DTA差热分析测试确定的。

当x=5时，退火后玻璃的晶化温度为1035℃；当x=6时，退火后玻璃的晶化温度为973℃；当x=7时，退火后玻璃的晶化温度为935℃；当x=8时，退火后玻璃的晶化温度为875℃。

所述的步骤3）中晶化处理时间为3-6h。

所述的步骤2）中的退火时间为4-7h。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：