CN112919903B - 高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料及其制备方法，属于电能储存材料领域。采用固相合成方法，以弛豫铁电体材料Sr0.7Bi0.2TiO3为基础，在钙钛矿结构的B位掺入一定摩尔比的Nb与Ni异价元素增加其电荷无序性，得到一种新型的复合陶瓷，其化学式是(1‑x)Sr0.7Bi0.2TiO3‑xBi(Ni2/3Nb1/3)O3，其中0≤x≤0.15。本发明获得的储能陶瓷材料，其主要性能参数可恢复储能密度Wrec达到了4.19‑5.98J/cm3，储能效率η高达92.6‑98.6％。本发明工艺流程简单，适合工业化生产，同时符合当前无铅环保的要求。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料与器件技术领域，具体涉及高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
目前，主要的电储能装置有电池、电介质电容器和电化学电容器等。这些储能设备在能量密度和功率密度上有明显的不同，这是由于它们的储能机制和充放电过程不同引起的。和其他的储能设备相比而言，介电电容器可以在一个极短的时间周期内(纳秒到微秒级别)将电能释放出来并产生巨大的脉冲电流或者电压，这也使得电介质电容器在脉冲功率电子***中有着巨大的应用潜力。而且，与电化学电容器和电池不同，电介质电容器在充放电过程中不涉及化学反应，这使得介电电容器具有良好的热稳定性和化学稳定性并可以在高压环境下运行(几百到几千伏特)较长的时间。
电介质电容器中的介电陶瓷储能材料因为具有高功率密度、成本低、优异的热稳定性等特性，广泛应用于商业、消费、医疗和军事等高功率***。目前用于陶瓷电容器的材料大多是铅基陶瓷，虽然储能密度较高，但这些体系中含有大量的铅元素，这对人体健康和环境都有着极大的危害，发展无铅材料取代含铅体系材料已是必然趋势。但是就目前而言，无铅介电陶瓷电容器的局限在于储能密度较低，无法与铅基陶瓷电容器的储能性能相比，这使其难以达到器件小型化、多功能及集成化的发展要求，从而限制了它在便携式电子设备中的应用。如能有效提高无铅介电陶瓷电容器的储能密度，那么其在储能领域的应用将更为广阔。
钛酸锶铋陶瓷继承了钛酸锶的纤细电滞回线，并且使用Bi元素代替传统Pb元素来实现增强极化作用减少对环境的伤害，特别是，钛酸锶铋陶瓷的介电性能可以通过调节铋和锶的比例来改变，以满足不同实际应用，被认为具有巨大的储能应用潜力。但是钛酸锶铋陶瓷由于在烧结过程中存在少量的Bi元素挥发现象，从而会产生一些氧空位而导致较低的击穿强度，影响其储能密度，这也限制了钛酸锶铋陶瓷在高储能密度电容器中的应用。目前大多数钛酸锶铋基陶瓷的储能密度仍然较低(<4J/cm3)，相对于传统铅基陶瓷材料还有一定差距。
发明内容
针对上述技术不足，本发明的目的是提供一种高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料及其制备方法，采用固相合成方法，以弛豫铁电体材料Sr0.7Bi0.2TiO3为基础，在钙钛矿结构的B位掺入一定摩尔比的Nb与Ni异价元素增加其电荷无序性，得到一种新型的复合陶瓷，其化学式是(1-x)Sr0.7Bi0.2TiO3-xBi(Ni2/3Nb1/3)O3，B位引入诱导形成极性纳米微区，获得低的剩余极化强度产生纤细的电滞回线；进一步的通过两步烧结方法减小其晶粒尺寸，提高其致密性，进而提高其击穿强度，不但拓展了掺杂改性的研究方向，优化了烧结工艺，而且制备出了一种有应用潜力的无铅储能陶瓷。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
一种高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料化学组成为(1-x)Sr0.7Bi0.2TiO3-xBi(Ni2/3Nb1/3)O3，其中0≤x≤0.15。
作为优选的技术方案，x＝0.12。这主要是由于该组分陶瓷具有较大的激活能，从而有着较大的电阻率，有助于提高击穿强度。同时，该组分的介电损耗在室温下非常小，这有助于提高陶瓷的储能效率。
所述的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料，使用固相反应法制备得到相应的储能陶瓷，具体采用以下步骤：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3粉体、SrCO3粉体、TiO2粉体、NiO粉体和Nb2O5粉体为原料，按照通式(1-x)Sr0.7Bi0.2TiO3-xBi(Ni2/3Nb1/3)O3称取原料，x＝0-0.15，并加入与粉体等质量的无水乙醇，通过一次球磨工艺混合均匀，使粉体混合均匀形成浆料；
(2)将上述浆料置于90℃下的恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；
(3)将粉料置于模具中预压成料块，将料块在密闭条件下于900-1000℃下预烧，保温时间2-4h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)将预合成的陶瓷料块在研钵中碾碎研磨后得到陶瓷粉体，向得到的粉体中加入等质量的无水乙醇，进行二次球磨；
(5)将得到的浆料在90℃下烘干，经造粒、过筛、模压成型得到陶瓷生胚；
(6)将陶瓷坯体在600-650℃下进行排胶处理5-10h，将排胶后的陶瓷坯体进行烧结，烧结温度为1125-1150℃，升温速率2-4℃/min，保温时间2-6h，冷却到室温后得到高效电容器用钛酸锶铋无铅陶瓷材料。
进一步的，一次球磨及二次球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为250-330r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为12-24h。
进一步的，预烧温度优选为900-1000℃，保温时间优选为2-4小时。
进一步的，在造粒时使用浓度为8％的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂掺入粉料中，掺入的粘结剂的质量是粉料质量的5-10％，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5-5％，将粉料在研钵中混合均匀后置于模具中，压制成粉块。
进一步的，过筛时使用80目和140目筛子过筛，取80目和140目筛子中间层的粉料。
进一步的，模压成型时的压强控制在200MPa。
进一步的，普通烧结时升温速率控制在2-4℃/min，保温时间控制在为2-6h。
进一步的，步骤六中的将排胶后的陶瓷坯体进行烧结替换为两步烧结方法，具体为：以3-4℃/min的升温速度升温至950-1000℃，之后迅速以8-10℃/min的升温速度升温至1100-1150℃，不保温迅速降温至1025-1050℃，最终在1025-1050℃时进行10-40h的保温。
相比于现有的技术，本发明制备的(1-x)Sr0.7Bi0.2TiO3-xBi(Ni2/3Nb1/3)O3陶瓷通过在钛酸锶铋陶瓷中掺杂Ni与Nb元素，以提高储能特性，其设计原理在于：引入B位异价阳离子大幅度提升了陶瓷的电阻率，进而增强了钛酸锶铋陶瓷的击穿电场，另一方面B位阳离子打破偶极子长程有序，引入局部随机电场，降低了剩余极化强度的同时保持了较大的极化强度。进一步的通过优化两步烧结工艺，减小晶粒尺寸，进一步提升了储能陶瓷的击穿场强。
本发明相比较现有的技术和储能材料具有以下的有益效果：
(1)本发明提供的储能介质陶瓷材料实现了高储能密度高效率，可释放出能量密度为4.19-5.98J/cm3，效率在92.6-98.6％；
(2)本发明提供的储能介质陶瓷材料具有良好的温度和频率稳定性，在不同温度和频率下可释放能量密度超过3J/cm3，在25-140℃温度范围内，储能密度变化率小于9％，在1-200Hz频率范围内，储能密度变化率小于7％；
(3)本发明提供的储能介质陶瓷材料具有优异的充放电行为，具有高的放电功率密度215.94MW/cm3和超短的放电时间(<50ns)，有望应用于高功率脉冲介电储能器件。
(4)本发明所述的制备工艺简单、制备成本低、重复性好，适合大批量产业化生产，有望在在高功率微波武器、激光武器、电磁发射器、混合动力电动车等脉冲功率体系中得到广泛应用。
附图说明
图1为实施例5制得的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷的扫描电镜照片；
图2为实施例3制得的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷的介电常数和介电损耗随温度变化曲线；
图3为实施例5制得的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷的电滞回线；
图4为实施例5制得的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷的储能特性随电场变化曲线；
图5为实施例5制得的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷的储能特性随温度变化曲线；
图6为实施例5制得的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷的储能特性随频率变化曲线；
图7为实施例3制得的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷的放电电流峰值(Imax),放电电流密度(Imax/S)和放电功率密度(PD)随电场强度变化曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步了解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷化学组成为(1-x)Sr0.7Bi0.2TiO3-xBi(Ni2/3Nb1/3)O3，其中x＝0，具体采用以下步骤：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3粉体、SrCO3粉体、TiO2粉体为原料，按照化学式Sr0.7Bi0.2TiO3称取原料，并加入与粉体等质量的无水乙醇，通过一次球磨工艺混合均匀，使粉体混合均匀形成浆料。其中一次球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为250r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为12h。
(2)将上述浆料置于90℃下的恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；
(3)将粉料置于模具中预压成料块，将料块在密闭条件下于900℃下预烧，保温时间2h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)将预合成的陶瓷料块在研钵中碾碎研磨后得到陶瓷粉体，向得到的粉体中加入等质量的无水乙醇，进行二次球磨，该过程中依然采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为250r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为12h。
(5)将得到的浆料在90℃下烘干，加入8wt％的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂掺入粉料中进行造粒，在将造粒得到的粉块碾碎后，使用80目和140目筛子过筛，取80目和140目筛子中间层的粉料，在200Mpa的压强下模压成型得到陶瓷生胚。其中在造粒时，掺入的粘结剂的质量是粉料质量的5％，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5％。
(6)将陶瓷坯体置于坩埚中盖上盖子并留有缝隙，在600℃下进行排胶处理5h，然后在排胶后的陶瓷坯体上倒置坩埚进行密闭烧结，烧结温度为1125℃，升温速率2℃/min，保温时间2h，冷却到室温后得到高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷。
经测试，该陶瓷在350kV/cm电场下充电能量密度(总能量密度，W)达到4.52J/cm3，可用储能密度(可利用储能密度，Wrec)达到4.43J/cm3，储能效率(η)达到96.9％。
实施例2
一种高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷化学组成为(1-x)Sr0.7Bi0.2TiO3-xBi(Ni2/3Nb1/3)O3，其中x＝0.05，具体采用以下步骤：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3粉体、SrCO3粉体、TiO2粉体、NiO粉体和Nb2O5粉体为原料，按照化学式0.95Sr0.7Bi0.2TiO3-0.05Bi(Ni2/3Nb1/3)O3称取原料，并加入与粉体等质量的无水乙醇，通过一次球磨工艺混合均匀，使粉体混合均匀形成浆料。其中一次球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为290r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为18h。
(2)将上述浆料置于90℃下的恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；
(3)将粉料置于模具中预压成料块，将料块在密闭条件下于960℃下预烧，保温时间3h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)将预合成的陶瓷料块在研钵中碾碎研磨后得到陶瓷粉体，向得到的粉体中加入等质量的无水乙醇，进行二次球磨，该过程中依然采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为280r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为17h。
(5)将得到的浆料在90℃下烘干，加入8wt％的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂掺入粉料中进行造粒，在将造粒得到的粉块碾碎后，使用80目和140目筛子过筛，取80目和140目筛子中间层的粉料，在200Mpa的压强下模压成型得到陶瓷生胚。其中在造粒时，掺入的粘结剂的质量是粉料质量的7％，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的4％。
(6)将陶瓷坯体置于坩埚中盖上盖子并留有缝隙，在620℃下进行排胶处理7h，然后在排胶后的陶瓷坯体上倒置坩埚进行密闭烧结，烧结温度为1130℃，升温速率3℃/min，保温时间4h，冷却到室温后得到高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷。
经测试，该陶瓷在370kV/cm电场下充电能量密度(总能量密度，W)达到4.83J/cm3，可用储能密度(可利用储能密度，Wrec)达到4.61J/cm3，储能效率(η)达到95.3％。
实施例3
一种高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷化学组成为(1-x)Sr0.7Bi0.2TiO3-xBi(Ni2/3Nb1/3)O3，其中x＝0.12，具体采用以下步骤：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3粉体、SrCO3粉体、TiO2粉体、NiO粉体和Nb2O5粉体为原料，按照化学式0.88Sr0.7Bi0.2TiO3-0.12Bi(Ni2/3Nb1/3)O3称取原料，并加入与粉体等质量的无水乙醇，通过一次球磨工艺混合均匀，使粉体混合均匀形成浆料。其中一次球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为330r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为24h。
(2)将上述浆料置于90℃下的恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；
(3)将粉料置于模具中预压成料块，将料块在密闭条件下于1000℃下预烧，保温时间4h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)将预合成的陶瓷料块在研钵中碾碎研磨后得到陶瓷粉体，向得到的粉体中加入等质量的无水乙醇，进行二次球磨，该过程中依然采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为330r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为24h。
(5)将得到的浆料在90℃下烘干，加入8wt％的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂掺入粉料中进行造粒，在将造粒得到的粉块碾碎后，使用80目和140目筛子过筛，取80目和140目筛子中间层的粉料，在200Mpa的压强下模压成型得到陶瓷生胚。其中在造粒时，掺入的粘结剂的质量是粉料质量的10％，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的5％。
(6)将陶瓷坯体置于坩埚中盖上盖子并留有缝隙，在650℃下进行排胶处理10h，然后在排胶后的陶瓷坯体上倒置坩埚进行密闭烧结，烧结温度为1150℃，升温速率4℃/min，保温时间6h，冷却到室温后得到高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷。
经测试，该陶瓷在480kV/cm电场下充电能量密度(总能量密度，W)达到5.24J/cm3，可用储能密度(可利用储能密度，Wrec)达到5.09J/cm3，储能效率(η)达到97.1％。该实施例的介电测试如图2所示，介电常数随频率变化不明显，介电损耗很小。如图7所示，为该实施例充放电测试中的最大电流，电流密度、功率密度的关系图，可以看出，该陶瓷材料可以获得较高的电流密度1199.68A/cm2，同时还拥有较高的功率密度215.94MW/cm3。
实施例4
一种高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷化学组成为(1-x)Sr0.7Bi0.2TiO3-xBi(Ni2/3Nb1/3)O3，其中x＝0.15，具体采用以下步骤：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3粉体、SrCO3粉体、TiO2粉体、NiO粉体和Nb2O5粉体为原料，按照化学式0.85Sr0.7Bi0.2TiO3-0.15Bi(Ni2/3Nb1/3)O3称取原料，并加入与粉体等质量的无水乙醇，通过一次球磨工艺混合均匀，使粉体混合均匀形成浆料。其中一次球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为330r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为20h。
(2)将上述浆料置于90℃下的恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；
(3)将粉料置于模具中预压成料块，将料块在密闭条件下于960℃下预烧，保温时间4h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)将预合成的陶瓷料块在研钵中碾碎研磨后得到陶瓷粉体，向得到的粉体中加入等质量的无水乙醇，进行二次球磨，该过程中依然采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为330r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为24h。
(5)将得到的浆料在90℃下烘干，加入8wt％的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂掺入粉料中进行造粒，在将造粒得到的粉块碾碎后，使用80目和140目筛子过筛，取80目和140目筛子中间层的粉料，在200Mpa的压强下模压成型得到陶瓷生胚。其中在造粒时，掺入的粘结剂的质量是粉料质量的5-10％，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5-5％。
(6)将陶瓷坯体置于坩埚中盖上盖子并留有缝隙，在600℃下进行排胶处理7h，然后在排胶后的陶瓷坯体上倒置坩埚进行密闭烧结，烧结温度为1125℃，升温速率3℃/min，保温时间4h，冷却到室温后得到高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷。
经测试，该陶瓷在400kV/cm电场下充电能量密度(总能量密度，W)达到4.52J/cm3，可用储能密度(可利用储能密度，Wrec)达到4.19J/cm3，储能效率(η)达到92.6％。
实施例5
一种高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷化学组成为(1-x)Sr0.7Bi0.2TiO3-xBi(Ni2/3Nb1/3)O3，其中x＝0.12，使用两步烧结方法，具体采用以下步骤：
(1)选取纯度大于98％的Bi2O3粉体、SrCO3粉体、TiO2粉体、NiO粉体和Nb2O5粉体为原料，按照化学式0.88Sr0.7Bi0.2TiO3-0.12Bi(Ni2/3Nb1/3)O3称取原料，并加入与粉体等质量的无水乙醇，通过一次球磨工艺混合均匀，使粉体混合均匀形成浆料。其中一次球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为330r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为12h。
(2)将上述浆料置于90℃下的恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；
(3)将粉料置于模具中预压成料块，将料块在密闭条件下于900℃下预烧，保温时间4h，得到预合成的陶瓷粉体；
(4)将预合成的陶瓷料块在研钵中碾碎研磨后得到陶瓷粉体，向得到的粉体中加入等质量的无水乙醇，进行二次球磨，该过程中依然采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为330r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为12h。
(5)将得到的浆料在90℃下烘干，加入8wt％的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂掺入粉料中进行造粒，在将造粒得到的粉块碾碎后，使用80目和140目筛子过筛，取80目和140目筛子中间层的粉料，在200Mpa的压强下模压成型得到陶瓷生胚。其中在造粒时，掺入的粘结剂的质量是粉料质量的5％，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的3％。
(6)将陶瓷坯体置于坩埚中盖上盖子并留有缝隙，在600℃下进行排胶处理7h，然后在排胶后的陶瓷坯体上倒置坩埚进行两步烧结，烧结时以3℃/min的升温速度升温至950℃，之后迅速以8℃/min的升温速度升温至1100℃，不保温迅速降温至1025℃，最终在1025℃时进行40h的保温。冷却到室温后得到高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷。
经测试，测得的储能电介质的扫描电镜图片如图1所示，陶瓷材料致密，晶粒尺寸较小且均匀，室温下晶粒平均尺寸为0.49μm。测得的储能电介质的单极电滞回线如图3所示，电滞回线比较细长，损耗较小。如图4所示，在580kV/cm下，其有效储能密度达到5.98J/cm3，储能效率达到98.6％。如图5所示，为该实施例的储能电介质在420kV/cm下，不同温度下的可恢复储能密度、效率随温度的关系图，可以看出，该陶瓷材料可恢复储能密度变化范围为3.12-3.42J/cm3，变化率小于9％，其效率保持在96％以上。如图6所示，为该实施例的储能电介质在420kV/cm下，可恢复储能密度、效率随频率的关系图，可以看出，该陶瓷材料可恢复储能密度变化范围为3.02-3.20J/cm3，变化率小于7％，其效率保持在95％以上。
实施例6；其中步骤(1)～(5)与实施例5相同；(6)将陶瓷坯体置于坩埚中盖上盖子并留有缝隙，在600℃下进行排胶处理7h，然后在排胶后的陶瓷坯体上倒置坩埚进行两步烧结，烧结时以4℃/min的升温速度升温至1000℃，之后迅速以10℃/min的升温速度升温至1150℃，不保温迅速降温至1050℃，最终在1050℃时进行10h的保温；冷却到室温后得到高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷。
实施例7；其中步骤(1)～(5)与实施例5相同；(6)将陶瓷坯体置于坩埚中盖上盖子并留有缝隙，在650℃下进行排胶处理7h，然后在排胶后的陶瓷坯体上倒置坩埚进行两步烧结，烧结时以4℃/min的升温速度升温至980℃，之后迅速以9℃/min的升温速度升温至1130℃，不保温迅速降温至1030℃，最终在1030℃时进行30h的保温；冷却到室温后得到高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷。
Claims (7)
1.高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷的化学组成为(1-x)Sr0.7Bi0.2TiO3-xBi(Ni2/3Nb1/3)O3，其中0＜x≤0.15，使用固相反应法制备得到，具体包括以下步骤：
步骤一：选取纯度大于98％的Bi2O3粉体、SrCO3粉体、TiO2粉体、NiO粉体和Nb2O5粉体为原料，按照通式(1-x)Sr0.7Bi0.2TiO3-xBi(Ni2/3Nb1/3)O3称取原料，0＜x≤0.15，并加入与粉体等质量的无水乙醇，通过一次球磨工艺混合均匀，使粉体混合均匀形成浆料；
步骤二：将上述浆料置于90℃下的恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；
步骤三：将粉料置于模具中预压成料块，将料块在密闭条件下于900-1000℃下预烧，保温时间2-4h，得到预合成的陶瓷粉体；
步骤四：将预合成的陶瓷料块在研钵中碾碎研磨后得到陶瓷粉体，向得到的粉体中加入等质量的无水乙醇，进行二次球磨；
步骤五：将得到的浆料在90℃下烘干，经造粒、过筛、模压成型得到陶瓷生坯；
步骤六：将陶瓷生坯在600-650℃下进行排胶处理5-10h，将排胶后的陶瓷坯体进行烧结，以3-4℃/min的升温速度升温至950-1000℃，之后迅速以8-10℃/min的升温速度升温至1100-1150℃，不保温迅速降温至1025-1050℃，最终在1025-1050℃时进行10-40h的保温，冷却到室温后得到高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，x＝0.12。
3.根据权利要求1所述的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，当0＜x≤0.15，所述的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料在高于350kV/cm下释放能量密度为4.19-5.98J/cm3,高储能效率在92％以上，且其表现出良好的温度和频率稳定性，同时具有超短的放电时间40ns。
4.根据权利要求1所述的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，一次球磨及二次球磨时采用无水乙醇和ZrO2球作为球磨介质，转速为250-330r/min，每隔半个小时调整一次运转方向，球磨时间为12-24h。
5.根据权利要求1所述的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在造粒时使用质量浓度为8％的聚乙烯醇作为粘结剂掺入粉料中，掺入的粘结剂的质量是粉料质量的5-10％，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5-5％，将粉料在研钵中混合均匀后置于模具中，压制成粉块。
6.根据权利要求1所述的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，过筛时使用80目和140目筛子过筛，取80目和140目筛子中间层的粉料。
7.根据权利要求1所述的高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料的制备方法，其特征在于，模压成型时的压强控制在200MPa。
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| GR01 | Patent grant | ||
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