[发明专利]一种玻璃/陶瓷纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种适用于批量生产的玻璃/陶瓷纳米复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，玻璃陶瓷复合材料引起了国内外研究人员的广泛关注。相比传统介电陶瓷，玻璃陶瓷复合材料由于玻璃相会填入陶瓷颗粒的孔隙进而提高材料的致密度，并在烧结过程中，晶界处的玻璃会抑制晶粒的生长而起到控制晶粒大小的作用，而提高材料致密度和细化晶粒会增大材料的击穿场强，同时在一定程度上改善材料的频率温度特性，相关方面的研究在脉冲功率储能陶瓷电容等领域有广泛的应用前景。

LuoJun等(LuoJun,DuJun,TangQun,MaoChangHui,Seriesmultilayerinternalelectrodesforhighenergydensityglass-ceramiccapacitors,ChineseSciBull,2009,54:2688-2693)通过固相法制备了Na₂O–PbO–Nb₂O₅–SiO₂(2:2:3:6)绝缘玻璃，其介电常数约为170，耐压高达148kV/mm，估算储能密度为17J/cc。德国肖特公司研发的无碱玻璃(AF45)，其介电常数约为6，但耐压可达1.2MV/mm，等效储能密度高达35J/cc，是目前已报道的拥有最高储能密度的绝缘玻璃。

目前，国内用作储能的陶瓷粉料主要是钛酸锶钡(BST)粉料，但此种瓷料击穿场强较低且晶粒较大，公开号为CN102531580A的发明专利中，采用液相醇盐反应法制备了纳米BST粉料，再通过溶胶凝胶制备了铝硅复合氧化物包裹BST颗粒的陶瓷材料，经测试，其击穿强度被提高到100kV/mm以上，极大地提高了材料的储能密度。

实验中，为了让玻璃均匀地包覆陶瓷颗粒，往往先采用溶胶凝胶法制备出玻璃溶胶，然后加入陶瓷介质粉料搅拌均匀，最后灼烧得到粉末体原料。溶胶凝胶法能够得到高均匀性和高纯度的粉料，但是由于成本高，不利于批量制备粉料，考虑到工业生产，机械球磨法仍然是首要选择，机械球磨法是一种利用球磨机滚动，硬球不断碰撞粉碎原料以降低其粒径的方法。但是机械球磨法得到的粉末粒度极限只能到2μm左右，而纳米陶瓷介质的颗粒直径相对较小(<100nm)，两者复合得到的粉体在烧结过程中玻璃氧化物不能良好地包覆陶瓷颗粒，降低了材料组分的均匀性进而恶化材料的性能。

发明内容

本发明的目的是寻找一种适用于批量生产的玻璃/陶瓷纳米复合材料的制备方法。本发明方法制备得到的复合材料中玻璃能均匀地包覆陶瓷颗粒，且复合材料损耗低，击穿场强高，可用作高压高储能密度电容器；制备方法简单，无污染。

本发明的技术方案如下：

一种玻璃/陶瓷纳米复合材料的制备方法，其特征在于，玻璃粉体与纳米陶瓷介质粉料混合球磨并烘干后，再经过至少一次“预烧，球磨”过程，以实现玻璃均匀包覆纳米陶瓷介质粉料，提高复合材料的击穿场强；其中，所述预烧的温度高于玻璃软化点温度，且低于纳米陶瓷介质粉料烧结温度。

进一步地，所述预烧温度与玻璃软化点温度的差值小于与纳米陶瓷介质粉料烧结温度的差值。

进一步地，所述“预烧，球磨”过程为1～8次。

优选地，所述“预烧，球磨”过程为2～5次。

一种玻璃/陶瓷纳米复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：采用熔炼法制备玻璃原料，粉碎，球磨，得到玻璃粉体；

步骤2：将纳米陶瓷介质粉料与步骤1得到的玻璃粉体混合球磨，烘干；

步骤3：经过至少一次“预烧，球磨”过程，得到玻璃均匀包覆纳米陶瓷介质粉料的复合材料；所述“预烧，球磨”过程为：将上步得到的粉料预烧，预烧的温度为高于玻璃软化点温度，且低于纳米陶瓷介质粉料烧结温度，得到预烧后的粉料，然后再次球磨，烘干。

进一步地，步骤3所述预烧温度与玻璃软化点温度的差值小于与纳米陶瓷介质粉料烧结温度的差值。

进一步地，步骤3所述“预烧，球磨”过程为1～8次。

优选地，步骤3所述“预烧，球磨”过程为2～5次。

一种玻璃/陶瓷纳米复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：按比例称取玻璃前驱物，混合球磨18～36h，烘干，然后装入坩埚内，采用熔炼法在玻璃达到澄清温度时高温淬火，得到玻璃原料，粉碎，球磨，得到玻璃粉体；

步骤2：将纳米陶瓷介质粉料(<100nm)和步骤1得到的玻璃粉体(>2μm)混合，球磨18～36h，烘干；