專利名稱：一種耐壓鈦酸鍶基儲能介質(zhì)陶瓷及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐壓鈦酸鍶基儲能介質(zhì)陶瓷及制備方法，具體是一種以CaTiSiO5摻雜改性的SrTiO3基儲能介質(zhì)陶瓷及制備方法。
背景技術(shù)：
脈沖形成技術(shù)是高壓脈沖功率研究中的重要課題，脈沖形成線是加速器性能的關(guān)鍵因素之一，常用的脈沖壓縮形成結(jié)構(gòu)有同軸結(jié)構(gòu)和平板結(jié)構(gòu)。為適應(yīng)固態(tài)脈沖形成線的發(fā)展，儲能介質(zhì)正向低阻強流、小型化的方向發(fā)展。應(yīng)用于固態(tài)脈沖形成線的儲能介質(zhì)陶瓷，應(yīng)滿足如下介電及耐壓特性的要求(1)高的相對介電常數(shù)εr；(2)低的介電損耗tgδ，一般要求在使用頻率下tgδ≤1×10-3；(3)高的擊穿強度Eb。目前，儲能介質(zhì)陶瓷的研究體系有TiO2和BaTiO3。TiO2陶瓷具有高的擊穿強度，其Eb≥35kv/mm，但TiO2陶瓷介電常數(shù)不高，εr≈110；BaTiO3陶瓷具有高的介電常數(shù)，其εr≥1000，但BaTiO3陶瓷擊穿強度偏低，Eb＝5-8kv/mm，介電損耗偏大，且存在電致伸縮現(xiàn)象。這些缺點限制了它們的應(yīng)用。SrTiO3陶瓷介電常數(shù)相對較高，εr≈250，高頻損耗小，電致伸縮小，但低頻介電損耗偏大，且擊穿強度Eb相對TiO2陶瓷仍有待提高，必須進行改善以滿足儲能介質(zhì)陶瓷介電及耐壓特性的要求。目前，尚未見到以CaTiSiO5摻雜改善SrTiO3基陶瓷介電及耐壓性能的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有高介電常數(shù)、低損耗、較高擊穿強度的儲能介質(zhì)陶瓷，同時提供一種該介質(zhì)陶瓷的制備方法。
本發(fā)明的目的是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種耐壓鈦酸鍶基儲能介質(zhì)陶瓷，其化學(xué)式為Sr(Ti0.95Zr0.05)O3+xmol％CaTiSiO5，其中0＜x≤20。
該儲能介質(zhì)陶瓷的制備步驟為第1、采用分析純的SrCO3和TiO2原料按SrTiO3化學(xué)比配料，加去離子水后研磨后烘干，在1150℃保溫4小時合成SrTiO3粉料；用分析純的SrCO3和ZrO2原料按SrZrO3化學(xué)比配料，加去離子水后研磨后烘干，在1250℃保溫6小時合成SrZrO3粉料；采用分析純的CaCO3，SiO2和TiO2為原料按CaTiSiO5化學(xué)比配料，加去離子水后研磨后烘干，在1050℃保溫2小時合成CaTiSiO5粉料；第2、取步驟1所得到的SrTiO3，SrZrO3和CaTiSiO5粉料，按Sr(Ti0.95Zr0.05)O3+xmol％CaTiSiO5，其中0＜x≤20化學(xué)比配料，加去離子水濕磨混合，空氣氣氛下烘干；第3、向步驟2所得到的烘干混合料中外加聚乙烯醇水溶液造粒，壓制成型，于高溫爐空氣氣氛中燒結(jié)，制成化學(xué)式為Sr(Ti0.95Zr0.05)O3+xmol％CaTiSiO5，其中0＜x≤20的介質(zhì)陶瓷；
其中所述的聚乙烯醇水溶液濃度為0.5wt％～2.0wt％，加入量為粉料總量的5wt％～10wt％；所述的壓制成型的壓力為100-120Mpa；所述的燒結(jié)溫度為1260-1420℃；所述的燒結(jié)時間為2-6小時。
在Sr(Ti0.95Zr0.05)O3+xmol％CaTiSiO5，其中0＜x≤20儲能介質(zhì)陶瓷的制備中，我們的試驗結(jié)果是CaTiSiO5的摻入能顯著降低陶瓷的燒成溫度，同時顯著提高介質(zhì)陶瓷的耐壓強度。當(dāng)0＜x≤2時，燒成溫度為1350℃～1420℃，介質(zhì)陶瓷的相對介電常數(shù)和介電損耗變化不大，同時介電強度顯著增大；當(dāng)2＜x≤10時，燒成溫度為1300℃～1350℃，介質(zhì)陶瓷的相對介電常數(shù)下降明顯，且介質(zhì)陶瓷的介電損耗將顯著增加，同時介電強度又有一定程度的降低；當(dāng)10＜x≤20時，燒成溫度為1260℃～1300℃，燒結(jié)過程中有CaTiSiO5析出，介電性能下降明顯。若加入的聚乙烯醇(PVA)水溶液質(zhì)量濃度小于0.5％，樣品難以干壓成型；若加入的PVA水溶液質(zhì)量濃度大于2.0％，介質(zhì)陶瓷表面容易產(chǎn)生黑心，使其耐壓性能惡化；若保溫時間低于2小時，樣品介質(zhì)損耗會上升，若保溫時間超過6小時，其耐壓性能會下降。
本發(fā)明通過控制CaTiSiO5的摻雜量，克服了Sr(Ti0.95Zr0.05)O3陶瓷燒成溫度偏高的缺點，獲得了一種在較低溫度下燒結(jié)，具有高介電常數(shù)、低損耗、較高擊穿強度的儲能介質(zhì)陶瓷。


圖1實施例1-5制備的樣品鍍銀電極后的照片。
圖2實施例1-5制備的樣品的XRD圖譜。
圖1中樣品直徑為20mm，厚度為3mm，銀電極直徑為16mm。
具體實施例方式
實施例1-5的配方列于表1，各實施例樣品的性能列于表2。
表1
表2 測試條件顯密度應(yīng)用阿基米德排水法測定；介電常數(shù)和介質(zhì)損耗為頻率為1MHz下測定；介電強度是在以絕緣變壓器油為介質(zhì)測定的。測試溫度均為室溫。
權(quán)利要求
1.一種耐壓鈦酸鍶基儲能介質(zhì)陶瓷，其特征在于其化學(xué)式為Sr(Ti0.95Zr0.05)O3+xmol％CaTiSiO5，其中0＜x≤20。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的耐壓鈦酸鍶基儲能介質(zhì)陶瓷的方法，其特征在于制備步驟為第1、采用分析純的SrCO3和TiO2原料按SrTiO3化學(xué)比配料，加去離子水后研磨后烘干，在1150℃保溫4小時合成SrTiO3粉料；用分析純的SrCO3和ZrO2原料按SrZrO3化學(xué)比配料，加去離子水后研磨后烘干，在1250℃保溫6小時合成SrZrO3粉料；采用分析純的CaCO3，SiO2和TiO2為原料按CaTiSiO5化學(xué)比配料，加去離子水后研磨后烘干，在1050℃保溫2小時合成CaTiSiO5粉料；第2、取步驟1所得到的SrTiO3，SrZrO3和CaTiSiO5粉料，按Sr(Ti0.95Zr0.05)O3+xmol％CaTiSiO5，其中0＜x≤20化學(xué)比配料，加去離子水濕磨混合，空氣氣氛下烘干；第3、向步驟2所得到的烘干混合料中外加聚乙烯醇水溶液造粒，壓制成型，于高溫爐空氣氣氛中燒結(jié)，制成化學(xué)式為Sr(Ti0.95Zr0.05)O3+xmol％CaTiSiO5，其中0＜x≤20的介質(zhì)陶瓷；其中所述的聚乙烯醇水溶液濃度為0.5wt％～2.0wt％，加入量為粉料總量的5wt％～10wt％；所述的壓制成型的壓力為100-120Mpa；所述的燒結(jié)溫度為1260-1420℃；所述的燒結(jié)時間為2-6小時。
全文摘要
一種高耐壓儲能介質(zhì)陶瓷及制備方法。該陶瓷化學(xué)組成是Sr(Ti
文檔編號C04B35/622GK1785897SQ20051001965
公開日2006年6月14日 申請日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月24日
發(fā)明者劉韓星, 曹明賀, 沈宗洋 申請人:武漢理工大學(xué)