一种环保高压陶瓷电容器介质材料及其制备方法与流程

文档序号:11170048阅读:631来源:国知局
本发明涉及电容器材料
技术领域
,具体涉及一种环保高压陶瓷电容器介质材料及其制备方法。
背景技术
:交流高压陶瓷电容器是指应用于高电压系统的瓷介质电容器。目前它主要应用于高电压设备如避雷器、断路器等的均压部件、激光器、高压分压器和电力传输电容器等方面。目前交流高压陶瓷电容器所使用材料中往往含有大量的铅、镉元素,铅、镉元素是一种强污染物元素,具有不可降解性,对人体和环境都会造成长期持久的伤害。另一方面现有的陶瓷电容器介质材料在高压交流的场合应用时,容易由于发热而发生击穿破坏现象,而且对外加电场、温度、放置时间等的依赖性较大,产品的容量在实际使用状态下温度变化率不够稳定、介质损耗大,同时材料的介电常数较小,不能满足电子线路小型化的需求,因此研发新的陶瓷介质材料具有重要的意义。技术实现要素:针对现有技术的缺陷,本发明的目的是提供一种环保高压陶瓷电容器介质材料,该介质材料不含铅镉元素,绿色环保,材料的介电常数和耐压值都有较大提高,介质损耗较低、受温度变化影响较小,该介质材料适合于制备单片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器,同时本发明的制备方法其成本较低、原料易得、且工艺简明,具有较大的实用价值和良好的应用前景。本发明解决技术问题采用如下技术方案:本发明提供了一种环保高压陶瓷电容器介质材料,包括以下重量份的原料:钛酸钡35-45份、钛酸锶15-25份、二氧化钛5-10份、氧化铝3-6份、氧化锌2-4份、纳米碳管0.01-0.05份、二氧化锆5-8份、碳酸钙4-6份、增强粘土0.3-0.9份、稀土氧化物2-3份、辅助添加剂0.5-2份。优选地,所述环保高压陶瓷电容器介质材料包括以下重量份的原料:钛酸钡40份、钛酸锶20份、二氧化钛8份、氧化铝4.5份、氧化锌3份、纳米碳管0.03份、二氧化锆6.5份、增强粘土0.6份、稀土氧化物2.5份、辅助添加剂1.3份。优选地,所述碳酸钙为轻质碳酸钙,并在280℃下高温煅烧10分钟。优选地,所述增强粘土为铝矾土、高岭土、凹凸棒土中的一种或几种。优选地,所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨中的一种或几种。优选地,所述辅助添加剂为萘磺酸盐、氟硅酸钠按质量比1:1.5的混合物。本发明还提供了一种环保高压陶瓷电容器介质材料的制备方法,包括以下步骤:步骤一,将二氧化钛、氧化铝、氧化锌、纳米碳管、稀土氧化物、二氧化锆、适量的水混合加入湿式球磨机,球磨1.5-2.5小时,送入烘干机中烘干得到混合物a;步骤二,将步骤一制得的混合物a、钛酸钡、钛酸锶、碳酸钙、增强粘土、稀土氧化物、辅助添加剂加入高速搅拌机中,在搅拌转速300-400r/min下搅拌1-3小时,送入高温烧结炉中,在惰性气体保护下,将温度升至950-980℃下烧结1-3小时,自然冷却得到烧结混合物b;步骤三,将步骤二制得的混合料b、适量的水混合加入湿式球磨机中,球磨至直到粒度小于1μm后,利用喷雾干燥器进行喷雾造粒,再送到成型机在25-35mpa下压制成型,将成型坯体再送入高温烧结炉中,在惰性气体保护下,将温度升至1260-1280℃下烧结2-4小时,以8-12℃/min的降温速率,将温度降至800-830℃,保温1-2小时,自然冷却,得到发明的环保高压陶瓷电容器介质材料。优选地,所述一种环保高压陶瓷电容器介质材料的制备步骤为:步骤一,将二氧化钛、氧化铝、氧化锌、纳米碳管、稀土氧化物、二氧化锆、适量的水混合加入湿式球磨机,球磨2小时,送入烘干机中烘干得到混合物a;步骤二,将步骤一制得的混合物a、钛酸钡、钛酸锶、碳酸钙、增强粘土、稀土氧化物、辅助添加剂加入高速搅拌机中,在搅拌转速350r/min下搅拌2小时,送入高温烧结炉中,在惰性气体保护下,将温度升至960℃下烧结2小时,自然冷却得到烧结混合物b;步骤三,将步骤二制得的混合料b、适量的水混合加入湿式球磨机中,球磨至直到粒度小于1μm后,利用喷雾干燥器进行喷雾造粒,再送到成型机在30mpa下压制成型,将成型坯体再送入高温烧结炉中,在惰性气体保护下,将温度升至1270℃下烧结3小时时,以10℃/min的降温速率,将温度降至820℃,保温1.5小时,自然冷却,得到发明的环保高压陶瓷电容器介质材料。与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:(1)本发明的一种环保高压陶瓷电容器介质材料通过添加煅烧后的碳酸钙和增强粘土以及氧化铝和氧化锌,有效改善了陶瓷电容器介质材料的温度特性,使其晶粒尺寸均匀,大大提高了材料的温度稳定性。(2)本发明的一种环保高压陶瓷电容器介质材料组分中不含铅、镉元素,对环境无污染,环保效果较好。(3)本发明的一种环保高压陶瓷电容器介质材料添加的稀土氧化物能大大减少材料的碎裂性,提高材料的力学性能。(4)本发明的一种环保高压陶瓷电容器介质材料通过合理的配方和多次烧结的工艺,使得制备的介质材料的介电常数和耐压值都有较大提高,介质损耗较低、受温度变化影响较小,该介质材料适合于制备单片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器。(4)本发明的一种环保高压陶瓷电容器介质材料的的制备方法,其原料来源广泛、生产成本低廉、工艺简明,具有较高的实用价值和广泛的应用前景。具体实施方式下面结合具体实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。实施例1.本实施例的一种环保高压陶瓷电容器介质材料,包括以下重量份的原料:钛酸钡35份、钛酸锶15份、二氧化钛5份、氧化铝3份、氧化锌2份、纳米碳管0.01份、二氧化锆5份、碳酸钙4份、增强粘土0.3份、稀土氧化物2份、辅助添加剂0.5份。本实施例中碳酸钙为轻质碳酸钙,并在280℃下高温煅烧10分钟。本实施例中增强粘土凹凸棒土。本实施例中稀土氧化物为氧化镧。本实施例中辅助添加剂为萘磺酸盐、氟硅酸钠按质量比1:1.5的混合物。本实施例的一种环保高压陶瓷电容器介质材料的制备方法,包括以下步骤:步骤一,将二氧化钛、氧化铝、氧化锌、纳米碳管、稀土氧化物、二氧化锆、适量的水混合加入湿式球磨机,球磨1.5小时,送入烘干机中烘干得到混合物a;步骤二,将步骤一制得的混合物a、钛酸钡、钛酸锶、碳酸钙、增强粘土、稀土氧化物、辅助添加剂加入高速搅拌机中,在搅拌转速300r/min下搅拌1小时,送入高温烧结炉中,在惰性气体保护下,将温度升至950℃下烧结3小时,自然冷却得到烧结混合物b;步骤三,将步骤二制得的混合料b、适量的水混合加入湿式球磨机中,球磨至直到粒度小于1μm后,利用喷雾干燥器进行喷雾造粒,再送到成型机在25mpa下压制成型,将成型坯体再送入高温烧结炉中,在惰性气体保护下,将温度升至1260℃下烧结4小时,以8℃/min的降温速率,将温度降至800℃,保温2小时,自然冷却,得到发明的环保高压陶瓷电容器介质材料。实施例2.本实施例的一种环保高压陶瓷电容器介质材料,包括以下重量份的原料:钛酸钡45份、钛酸锶25份、二氧化钛10份、氧化铝6份、氧化锌4份、纳米碳管0.05份、二氧化锆8份、碳酸钙6份、增强粘土0.9份、稀土氧化物3份、辅助添加剂2份。本实施例中碳酸钙为轻质碳酸钙,并在280℃下高温煅烧10分钟。本实施例中增强粘土为高岭土。本实施例中稀土氧化物为氧化铈。本实施例中辅助添加剂为萘磺酸盐、氟硅酸钠按质量比1:1.5的混合物。本实施例的一种环保高压陶瓷电容器介质材料的制备方法,包括以下步骤:步骤一,将二氧化钛、氧化铝、氧化锌、纳米碳管、稀土氧化物、二氧化锆、适量的水混合加入湿式球磨机,球磨2.5小时,送入烘干机中烘干得到混合物a;步骤二,将步骤一制得的混合物a、钛酸钡、钛酸锶、碳酸钙、增强粘土、稀土氧化物、辅助添加剂加入高速搅拌机中,在搅拌转速400r/min下搅拌3小时,送入高温烧结炉中,在惰性气体保护下,将温度升至980℃下烧结1小时,自然冷却得到烧结混合物b;步骤三,将步骤二制得的混合料b、适量的水混合加入湿式球磨机中,球磨至直到粒度小于1μm后,利用喷雾干燥器进行喷雾造粒,再送到成型机在35mpa下压制成型,将成型坯体再送入高温烧结炉中,在惰性气体保护下,将温度升至1280℃下烧结2小时,以12℃/min的降温速率,将温度降至830℃,保温1小时,自然冷却,得到发明的环保高压陶瓷电容器介质材料。实施例3.本实施例的一种环保高压陶瓷电容器介质材料,包括以下重量份的原料:钛酸钡40份、钛酸锶20份、二氧化钛8份、氧化铝4.5份、氧化锌3份、纳米碳管0.03份、二氧化锆6.5份、增强粘土0.6份、稀土氧化物2.5份、辅助添加剂1.3份。本实施例中碳酸钙为轻质碳酸钙,并在280℃下高温煅烧10分钟。本实施例中增强粘土为铝矾土。本实施例中稀土氧化物为氧化镨。本实施例中辅助添加剂为萘磺酸盐、氟硅酸钠按质量比1:1.5的混合物。本实施例的一种环保高压陶瓷电容器介质材料的制备方法,包括以下步骤:步骤一,将二氧化钛、氧化铝、氧化锌、纳米碳管、稀土氧化物、二氧化锆、适量的水混合加入湿式球磨机,球磨2小时,送入烘干机中烘干得到混合物a;步骤二,将步骤一制得的混合物a、钛酸钡、钛酸锶、碳酸钙、增强粘土、稀土氧化物、辅助添加剂加入高速搅拌机中,在搅拌转速350r/min下搅拌2小时,送入高温烧结炉中,在惰性气体保护下,将温度升至960℃下烧结2小时,自然冷却得到烧结混合物b;步骤三,将步骤二制得的混合料b、适量的水混合加入湿式球磨机中,球磨至直到粒度小于1μm后,利用喷雾干燥器进行喷雾造粒,再送到成型机在30mpa下压制成型,将成型坯体再送入高温烧结炉中,在惰性气体保护下,将温度升至1270℃下烧结3小时时,以10℃/min的降温速率,将温度降至820℃,保温1.5小时,自然冷却,得到发明的环保高压陶瓷电容器介质材料。以上各实施例制备的环保高压陶瓷电容器介质材料的性能测试结果如下:测试项目实施例1实施例2实施例3对比例介电常数5420523553704200耐压强度kv/mm17.918.517.511.8介质损耗17.5×10-419.5×10-418.7×10-438.2×10-4本发明的一种环保高压陶瓷电容器介质材料不含铅镉元素,绿色环保,材料的介电常数和耐压值都有较大提高,介质损耗较低、受温度变化影响较小,该介质材料适合于制备单片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器,同时本发明的制备方法其成本较低、原料易得、且工艺简明,具有较大的实用价值和良好的应用前景。对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页12
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