一种高介电常数脉冲功率型陶瓷电容器及其用介质材料、制备方法与流程

本发明属于陶瓷电容器制备领域，具体涉及一种高介电常数脉冲功率型陶瓷电容器及其用介质材料、制备方法。

背景技术：

1、储能陶瓷材料最重要的应用是作为储能陶瓷电容器的电介质材料。陶瓷电容器作为使用最广泛的无源电子元器件之一，与其他类型的电容器相比，具有比容量大，耐湿热性能好，介电损耗小，串联等效电阻小，容温系数可选择范围广等优点。近年来随着智能手机、平板电脑、3d电视等消费品市场的增长，陶瓷电容器的需求量在逐年增大。随着电子工业的发展，探索高性能的电子储能器件已成为近年来的研究热点目前的电子储能装置包括介电电容器、电化学超级电容器、燃料电池和锂电池。介质电容器具有快速充放电能力，使其成为先进脉冲功率应用的绝佳候选者。

2、“脉冲”通常指在较短时间间隔宽度内像脉搏似的起伏电冲击，“功率”是指单位时间内的能量(j/s)，“脉冲功率”是指以脉冲形式出现的功率(单位是时间能量)。脉冲储能介质材料就是将能量高密度的储存起来，然后以脉冲的短暂时间间隔快速释放而产生高功率的电冲击。脉冲功率设备中的核心部分是介质材料组成的脉冲储能元件，脉冲储能介质材料的性能将直接影响脉冲功率系统的输出特性。脉冲功率系统不断发展，现今，各个领域中都存在它的身影。例如，在新概念武器中就存在脉冲功率系统的身影，并且是其不可或缺的部分。脉冲功率电容器也在大型激光装置中占有重要的地位。

3、srtio3-bi0.5na0.5tio3作为一种新型的高储能驰豫铁电材料，在储能应用领域是研究的典型。由于该体系具有较高的剩余极化这一缺点，需要通过合理的改性掺杂来改善其储能特性是目前亟需解决的关键所在。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种高介电常数脉冲功率型陶瓷电容器及其用介质材料、制备方法。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种高介电常数脉冲功率型陶瓷电容器用介质材料，以100摩尔份的srtio3为基材，添加有如下摩尔份的成分：5～20份的bixna2-3xtio3、1～3份的四方乌青铜结构相sr5scti3m7o30、0.5～1份的钙钛矿相(ba1-1.5ysmy)tio3、1～3份的zncu(b2o5)、0.5～2份的mnco3、0.5～2份的mgo、0.5～2份的zn2sio4；其中，m＝ta，nb，v，0.4＜x＜0.5，0＜y＜0.08。

4、进一步的，所述bixna2-3xtio3为bi0.5na0.5tio3。

5、进一步的，所述(ba1-1.5ysmy)tio3为(ba0.94sm0.04)tio3。

6、一种高介电常数脉冲功率型陶瓷电容器用介质材料的制备方法，包括以下步骤：

7、步骤一，熔盐法制备srtio3；

8、步骤二，固相法分别制备bixna2-3xtio3、钙钛矿相(ba1-1.5ysmy)tio3、zncu(b2o5)；

9、步骤三，固相法制备四方乌青铜结构相sr5scti3m7o30：按摩尔比5：0.5：3：3.5分别称量srco3、sc2o3、tio2、m2o5，加入适量的去离子水和氧化锆珠混合球磨4～8h，烘干后粉料移入在1100～1200℃的温度下煅烧1～3h，自然冷却到室温，即得到四方乌青铜结构相sr5scti3m7o30；

10、步骤四，将步骤一至步骤三制备的srtio3、bixna2-3xtio3、四方乌青铜结构相sr5scti3m7o30、钙钛矿相(ba1-1.5ysmy)tio3、zncu(b2o5)、mnco3、mgo、zn2sio4，加入去离子水及氧化锆珠，球磨4～6h后烘干破碎，得到所述高介电常数脉冲功率型陶瓷电容器用介质材料。

11、进一步的，步骤一具体包括：按摩尔比1：1：(2～4)：(2～4)分别称量srco3、tio2、nacl、kcl，加入无水乙醇和氧化锆珠混合球磨4～8h，烘干后粉料在800～900℃的温度下煅烧1h，自然冷却至室温；煅烧后的产物经过去离子水超声清洗，经多次洗涤、过滤，直至无cl-被检测出；清洗后干燥，即得到srtio3。

12、进一步的，步骤二中，bixna2-3xtio3的制备方法具体如下：按摩尔比x：(2-3x)：2分别称量bi2o3、na2co3、tio2，加入去离子水和氧化锆珠混合球磨3～6h，烘干后粉料在700～900℃的温度下煅烧1～3h，自然冷却到室温，即得到bixna2-3xtio3。

13、进一步的，步骤二中，钙钛矿相(ba1-1.5ysmy)tio3的制备方法具体如下：按摩尔比1-1.5y：y：1分别称量baco3、sm2o3、tio2，加入适量的去离子水和氧化锆珠混合球磨4～8h，烘干后粉料移入在1100～1300℃的温度下煅烧1～3h，自然冷却到室温，即得到钙钛矿相(ba1-1.5ysmy)tio3。

14、进一步的，步骤二中，zncu(b2o5)的制备方法具体如下：按摩尔比1：1：1分别称量zno、cuo、b2o3，加入适量的去离子水和氧化锆珠混合球磨4～8h，烘干后粉料移入在600～800℃的温度下煅烧1～3h，自然冷却到室温，即得到zncu(b2o5)。

15、一种高介电常数脉冲功率型陶瓷电容器，采用以上所述的介质材料制备而成。

16、一种高介电常数脉冲功率型陶瓷电容器的制备方法，包括以下步骤：将所述介质材料经过mlcc工序，以70ag-30pd为内电极，在空气气氛中烧结，温度为1000～1200℃，保温2～5h，制得脉冲功率型陶瓷电容器。

17、由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、第一，本发明提出的脉冲功率型陶瓷电容器用介质材料，在主基料srtio3的基础上掺杂bixna2-3xtio3、四方乌青铜结构相sr5scti3m7o30以及钙钛矿相(ba1-1.5ysmy)tio3，并通过掺杂mn/mg元素来降低陶瓷材料的介电损耗，助烧剂选择zncu(b2o5)，降低烧温，使制得的介质材料致密度高、介电常数大、介电损耗低，优异的偏压特性能，适合用作脉冲功率型陶瓷电容器；

19、第二，本发明通过添加钙钛矿结构的(ba1-1.5ysmy)tio3，可与钙钛矿结构的srtio3，bi0.5na0.5tio3完全固溶，形成单一钙钛矿结构，无其他杂相影响；钙钛矿结构的巩固，能进一步提高srtio3-bi0.5na0.5tio3体系的储能密度；

20、第三，本发明通过四方乌青铜结构相sr5scti3m7o30(m＝ta，nb，v)的掺杂，可起到细化晶粒，抑制晶粒生长的作用，sc3+/ta5+的引入会影响a/b位的结构无序现象，提高了细晶的作用；细晶效应可提高晶界密度，进一步增加陶瓷的绝缘性能，从而提高击穿电场强度，提高材料的储能密度；少量四方乌青铜异质结构相掺杂，能有效增强bnt-st陶瓷的弛豫行为，抑制残余极化；可通过局部电场有效地诱导pnrs，同时保持在地电场下的pmax，以此来保证材料的高储能密度；

21、第四，zncu(b2o5)的引入，cuo-b2o3助烧剂在1000℃以下发生共晶反应，能有效降低烧结温度，促进致密化；并且cu2+的加入，有利于晶粒尺寸的减小，尺寸越小，微观结构越均匀，击穿强度得到提高。