[发明专利]一种高电导玻璃粉及其制备方法，及基于其的钛酸钡基玻璃陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电导玻璃粉及其制备方法，及基于其的钛酸钡基玻璃陶瓷及其制备方法。该发明固相法制备0.85BaTiO₃‑0.15Bi(Mg_2/3Nb_1/3)O₃(BTBMN)在陶瓷粉体，熔融法在900℃～1000℃制备低熔点高电导玻璃B₂O₃‑Na₂B₄O₇‑Na₂SiO₃(BNN)玻璃，高温取出淬火制得玻璃，固相法制备BTBMN‑x BNN(BG)玻璃陶瓷，其中x表示BNN玻璃的质量分数，且1％≤x≤12％。通过调节玻璃添加量在850℃～1225℃烧结获得致密的BG玻璃陶瓷。该玻璃陶瓷的电场强度达到240kV/cm，可释放能量密度能够达到1.26J/cm³，储能效率能够达到81％，在‑61℃～275℃温度范围内满足容温变化率|ΔC/C_25℃|≤15％，介电常数温度稳定性良好，满足一般电容器工作的温度稳定性需求。本发明的玻璃陶瓷材料制备工艺简单、技术成熟，适合工业化生产，得到的玻璃陶瓷击穿强度高，温度稳定性好。

【技术领域】

本发明属于介电储能陶瓷领域，具体涉及一种高电导玻璃粉及其制备方法，及基于高电导玻璃的钛酸钡基玻璃陶瓷及其制备方法。

【背景技术】

高储能密度电介质具有高能量密度和高功率密度，可用于开发高容量电容器，在脉冲功率技术、功率电子电路、电动汽车、电网功率调节等方向有巨大的应用潜力。但是，目前现有的大多数无铅储能陶瓷介质材料存在着两大难题。一是介电材料的储能密度有待进一步提高，高储能密度可以实现器件小型化，进而节约成本。研究发现，材料的介电常数和击穿强度决定储能密度的高低，介电常数和击穿强度的提高能有效增大材料的储能密度。二是介质材料的温度稳定性有待进一步提高。当需要在一些极端温度条件下使用时，比如气温低至零下几十摄氏度的寒冷地区，又或者工作温度高达上百摄氏度的导弹发射、石油钻井和汽车发动机等环境，均对介质材料的温度稳定性提出更高的要求。所以开发同时具有高储能密度和温度稳定性良好的介质材料是储能技术发展的新要求。

陶瓷材料因为具备合适的极化强度值和宽的工作温度范围成为储能介质材料的研究热点。在众多无铅陶瓷介质材料中，钙钛矿结构的BaTiO₃基弛豫铁电体材料因为具备高的饱和极化强度值，低的剩余极化强度值和适中的击穿电场强度，获得了高的可释放储能密度和能量存储效率。但击穿电场强度的提高成为陶瓷储能介质材料的研究瓶颈。近年来，很多研究者在BaTiO₃基弛豫铁电陶瓷中添加玻璃，来提高其击穿电场强度和储能密度。在烧结过程中，晶界处的玻璃相抑制陶瓷晶粒的生长达到细化晶粒的作用，从而改善其击穿电场强度，同时又在一定程度上优化了陶瓷材料的频率稳定性和温度稳定性，使玻璃陶瓷材料的研究受到重视。但目前已报到的绝大多数玻璃添加相都是绝缘性的玻璃，且玻璃相熔融温度高达1300℃到1550℃。X.Y.Wei等人(J.Appl.Phys.113,024103(2013).)设计了一种反晶界层电容器模型，晶界是高电导玻璃，晶粒是绝缘的陶瓷，使加在晶粒上的电场强度高于晶界，通过电场调控提高玻璃陶瓷的击穿电场强度。T.Wang等人(J.AlloysCompd.617,399(2014).)在(Ba_0.4Sr_0.6)TiO₃中添加熔融温度仅有1000℃的高电导BaO-B₂O₃-SiO₂-Na₂CO₃-K₂CO₃玻璃，成功的改善了(Ba_0.4Sr_0.6)TiO₃陶瓷的击穿电场强度。