[发明专利]一种高储能密度钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储能电容器用介质材料技术领域，尤其涉及一种高储能密 度复相电介质陶瓷的制备方法。

背景技术

电介质电容器以其超高的功率密度，极其适合应用于功率波动快速且 不稳定的领域,其储能方式是将电能以电容器对极板间的富集电荷电势场 的形式储存。与传统的燃料电池、锂电池相比，电介质储能电容器的特点 是响应速度快、功率密度高、使用寿命长、全固态安全结构、使用温度范 围广等，在大功率和脉冲功率器件中有着非常广泛的应用。探索具有高介 电常数、高介电击穿场强和低介电损耗的介电材料作为储能电容器用介质 材料，是提高储能密度、实现器件小型化的关键。在储能方面，较低的介 电损耗、较高的介电常数和击穿场强，使得钛酸锶钡陶瓷在储能领域受到 广泛关注。但较低的击穿场强制约了其性能，可以通过复合第二相来实现 对钛酸锶钡介质材料的改性。

申请号为201310681668.2的中国专利公开了一种高储能密度钛酸锶钡 陶瓷的制备方法，其步骤如下：(1)将原料BaCO₃，SrCO₃和TiO₂按 Ba_1-xSr_xTiO₃化学式配料，研磨后烘干，过筛；(2)将步骤(1)制得的粉 料于1100～1250℃煅烧1～5小时后，过筛；(3)将步骤(2)制得的粉 料装入模具，利用放电等离子烧结系统在真空环境中900～1050℃进行烧 结，制得陶瓷烧结体；(4)空气气氛下，将所述的陶瓷烧结体于800～1100℃ 热处理1～5小时，制得所述钛酸锶钡陶瓷。该方法制备的纯Ba_0.4Sr_0.6TiO₃陶瓷最高储能密度可达到1.20J/cm³。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高储能密度钛酸锶 钡-氧化锌复相陶瓷及其制备方法，制备的复相陶瓷在室温下储能密度可 达到1.55J/cm³。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高储能密度钛酸锶 钡-氧化锌复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原料BaCO₃，SrCO₃和TiO₂按Ba_0.4Sr_0.6TiO₃化学式配料，研 磨至粒径为100nm～500nm后烘干，过筛；

(2)将步骤(1)制得的粉料1150℃煅烧3小时后，过筛，制得 Ba_0.4Sr_0.6TiO₃粉料；

(3)将步骤(2)制得的Ba_0.4Sr_0.6TiO₃粉料与ZnO粉末按质量比(100-x)： x进行配料，研磨后烘干，过筛，制得陶瓷粉料；

(4)将步骤(3)制得的陶瓷粉料装入模具，利用放电等离子烧结系 统在真空环境中1000℃进行烧结，制得陶瓷烧结体；

(5)空气气氛下，将步骤(4)制得的陶瓷烧结体1000℃热处理3 小时，制得所述高储能密度钛酸锶钡-氧化锌复相陶瓷。

进一步地，步骤(1)、(3)中，研磨的方法为：将原料放入球磨罐， 加入氧化锆球和去离子水进行球磨。

进一步地，步骤(3)中，Ba_0.4Sr_0.6TiO₃粉料与氧化锌粉末的质量比 (100-x)：x，x＝0.5～3.0。

进一步地，步骤(3)中，Ba_0.4Sr_0.6TiO₃粉料与氧化锌粉末的质量比 (100-x)：x，x＝0.5、1.0或3.0。

本发明通过采用放电等离子烧结方法，提高复相陶瓷的介电击穿强度， 通过添加氧化锌来提高复相陶瓷的介电常数，从而提高复相陶瓷的储能密 度。

在制备前，原料需要研磨至一定的细度，研磨时，可将原料放入球磨 罐，加入氧化锆球和去离子水中进行球磨。