[发明专利]一种高耐电强度的线性介质陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高耐电强度的线性介质陶瓷及其制备方法，所述线性介质陶瓷的化学组成按照折算为氧化物的方式包括aCaO‑bMgO‑cAl₂O₃‑dSiO₂‑eTiO‑xMO，其中a、b、c、d、e、x为质量百分比，0.03≤a≤0.12，0.02≤b≤0.10，0.25≤c≤0.40，0.05≤d≤0.25，0.40≤e≤0.60且满足a+b+c+d+e=1，0＜x≤0.025；所述金属氧化物MO为MnO₂、CeO₂、Nb₂O₅、La₂O₃、Ni₂O₃和ZrO₂中的至少一种。本发明采用传统固相法制备工艺，简单且烧结温度低，适合工业化大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种高耐电强度的线性介质陶瓷及其制备方法，特别涉及一种CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-TiO₂-MO介质陶瓷及其制备方法，属于电子陶瓷材料技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展和应用环境的需求，脉冲功率装置向紧凑型、小型化方向发展。脉冲形成线是脉冲功率系统的重要组成部分，传统上选用变压器油和去离子水作为传输介质，但存在装置体积庞大，可靠性不高，环境适应能力不强等问题。1994年，E.L.Neau第一次提出了固态重复频率脉冲技术的概念，若采用固态材料代替液体可显著减小脉冲形成线的物理长度，极大地降低对辅助系统的要求和维护成本，可提高设备的机动化能力，使装置机载、星载成为可能。这项技术在军事(强脉冲激光、高功率微波、电磁脉冲武器等)、科学研究(粒子束惯性约束聚变、电子束加速器、强X射线技术等)、工业(化学工业、石油工业等)，以及生物医学和环境保护等诸多领域显示出十分诱人的应用前景，因此，固态传输介质受到国际科技界的广泛关注。在实际应用中，迫切需要介质材料耐电强度高，介电常数适中，如在20～100之间，且介电常数和介电损耗的温度、频率稳定性良好。耐电强度决定了应用器件的最终加速场强和高压承受能力，良好的稳定性是保证脉冲输出波形稳定的必要条件，从而确保脉冲系统的正常运行。

固态介质通常可分为有机物、玻璃陶瓷和陶瓷三种。有机物通常具有非常高的耐电强度(≥100kV/mm)，但是其介电常数非常小(3～5)，并且介电损耗很大，介电性能随温度和频率变化明显。玻璃陶瓷虽然耐电强度和介电常数相对较高，但是存在介电性能和力学性能稳定性差、界面极化导致实际储能密度偏低等问题。陶瓷通常具有较合适的介电常数，但耐电强度相对较低，如典型的TiO₂陶瓷，常温下介电常数90，但其耐电强度只有25kV/mm，满足不了实际应用的需要。因此研发兼具高耐电强度、适中介电常数、低介电损耗且介电性能随温度和频率稳定性好的介质陶瓷体系将具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

授权公告号为CN103664162B的专利公布了一种具有高耐电强度介质陶瓷体系，采用传统固相法，其陶瓷的耐电强度可达53kV/mm，是电学性能优异的陶瓷体系。但实际应用发展需求具有更高的耐电强度的陶瓷材料，高的耐电强度不仅决定了应用器件的最终加速场强和高压承受能力，还决定了器件工作的稳定性和使用寿命。

发明内容

本发明针对应用发展的需求，其目的在于提供一种高电压下可靠使用的介质陶瓷材料及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种具有高耐电强度的线性介质陶瓷，所述线性介质陶瓷的化学组成按照折算为氧化物的方式包括aCaO-bMgO-cAl₂O₃-dSiO₂-eTiO-xMO，其中a、b、c、d、e、x为质量百分比，0.03≤a≤0.12，0.02≤b≤0.10，0.25≤c≤0.40，0.05≤d≤0.25，0.40≤e≤0.60且满足a+b+c+d+e＝1，0＜x≤0.025；