[发明专利]钛酸钡基高储能密度电子陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及钛酸钡基高储能密度电子陶瓷及其制备方法，步骤包括：将Sr²+,Bi³⁺,Mg²⁺,Nb⁵⁺离子掺杂进入钛酸钡陶瓷中，形成(1‑x)Ba_(1‑y)Sr_yTiO₃‑xBi(Mg_2/3Nb_1/3)0₃的化学组成，使其处于交叉区域内；对步骤一得到的配方组分进行化学比例的计算，称量高纯的BaCO₃、SrCO₃、Bi₂O₃、MgO、TiO₂及Nb₂O₅粉末，经球磨烘干、预烧结、压片、烧结，制得钛酸钡基高储能密度电子陶瓷。本发明在组分设计过程中引入电畴工程以及朗道自由能计算等，巧妙的找出交叉区域，固相法制备得到的陶瓷能量存储性能较现有产品有大幅提升，工艺流程简单，制备的样品晶粒大小均匀，化学均匀性以及电学均匀性高，展现出高的能量存储密度和效率。

技术领域

本发明涉及电子元器件领域，具体涉及一种钛酸钡基高储能密度电子陶瓷及其制备方法。

背景技术

脉冲功率电容器具有功率密度高、充放电速度快、抗循环老化、适用于高温高压等极端环境的优点，符合新时期能源利用的要求，在电力电子系统中起着关键作用。高储能密度陶瓷电容器可以用做新能源发电系统或混合动力汽车的逆变设备；可以供给坦克、电磁炮、电气化发射平台以及综合全电力推进舰艇等超高负载高达100kA的工作电流，形成高能脉冲的持续时间不低于10^-1s；可以用做粒子加速器的驱动元件，微波、激光、航天器等大功率发射装置等，其市场需求量大、产业化前景广阔。世界各国元器件生产企业都在电子陶瓷及其元器件的新产品、新技术、新工艺、新材料、新设备方面投入巨资进行研究开发。现代科学技术的加速发展对电子陶瓷材料提出来严峻的挑战，也为这一领域的研究和发展创造了机会。

目前从材料的化学组成入手，通过改变制备合成工艺条件实现对其性能的优化。储能电子陶瓷材料主要有铅基(Pb-)、钛酸钡基(BT-)、钛酸铋钠基(BNT-)、铁酸铋基(BF-)、铌酸钾钠基(KNN-)、铌酸银基(AN-)等。

铅基储能电子陶瓷的储能密度大(＞2J/cm³)，但储能效率较低 (＜70％)，并且含有毒重金属铅元素，危害人体健康。钛酸铋钠基的储能陶瓷受限于大的矫顽场和高的剩余极化强度，储能效率普遍低于75％，并且储能密度一般小于2J/cm³。铁酸铋由于漏导严重，击穿电压较低，因此储能密度小于1.5J/cm³。铌酸钾钠基的储能陶瓷由于烧结窗口窄，对制备条件的要求高，并且储能效率低于65％。铌酸银基的储能陶瓷原料需要氧化银，价格高，成本较高，并且制得的反铁电材料具有大的电致伸缩效应，不利于在应用在储能元件之中。而钛酸钡基储能陶瓷，原料价格低，制备条件要求不高，容易在高温下烧结出致密的陶瓷结构，并且容易获得较高的击穿电压，因此适合应用高储能密度的脉冲功率元件，具有较高的工程实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛酸钡基高储能密度电子陶瓷及其制备方法，采用固相法制备钛酸钡基的电子储能陶瓷。制得的样品储能密度以及效率高、温度稳定性好。

本发明所采用的技术方案为：

钛酸钡基高储能密度电子陶瓷的制备方法，其特征在于：

包括以下步骤：