CN101445367A - 交流高压陶瓷电容器介质材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压交流陶瓷电容器介质材料，其组成和含量以摩尔百分比配方为：SrCO3为30～40％，TiO2为45～55％，Pb3O4为4～10％，Bi2O3为2～5％，MO为0～3％，Re(OH)3为0～3％，上述各组分的摩尔含量总和为100％；Re选取钇、铈、镧、铌或镝，M选取镁、钙或锆。本发明还公开了该种介质材料的制备方法，按照上述配方称量好各组分，以去离子水为介质放入搅拌磨中球磨，干燥得到混合粉料；在900℃～1150℃的温度范围内烧结，自然冷却，得到烧结粉料；以去离子水为介质，在搅拌磨中球磨，干燥造粒，干压成型为圆片坯体并再次烧结即得。本发明的介质材料具有较高介电常数及较低介质损耗，耐交流高压强度大，温度稳定性好；制备方法简单，烧结温度较低，节能效果显著。
Description
技术领域
本发明属于电容器材料制备技术领域，涉及一种交流高压陶瓷电容器介质材料，本发明还涉及该种交流高压陶瓷电容器介质材料的制备方法。
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的介质通常为BaTiO3或SrTiO3为基介质材料。作为瓷介电容器用的介质陶瓷，目前应用于交流高压的BaTiO3系陶瓷电容器介质材料是以BaTiO3为基料，适当添加镁、铅、铋、锰及其它元素为改性剂，烧结温度在1300℃以上，额定条件下介电常数ε＝2000～3000，tgδ＝1～7％，交流抗电强度为3MV/m，并且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。而SrTiO3系陶瓷介质材料比BaTiO3系陶瓷介质材料具有有效储能密度大、输入电压引起的体积变化小、ΔC/C的电压相关性小和介质损耗低以及抗电强度高等优点，因此研发新的SrTiO3系陶瓷介质材料具有更重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压交流陶瓷电容器介质材料，解决了现有技术中存在的耐受电压强度、介电常数偏低；温度变化率不够稳定、介质损耗大、烧结温度较高的问题。
本发明的另一目的是提供上述高压交流陶瓷电容器介质材料的制备方法，得到具有高介电常数、温度稳定、耐交流高电压的交流高压陶瓷电容器介质材料。
本发明所采用的技术方案是，一种高压交流陶瓷电容器介质材料，由以下组分组成，并且各组分摩尔百分比含量为：SrCO3为30～40％，TiO2为45～55％，Pb3O4为4～10％，Bi2O3为2～5％，MO为0～3％，Re(OH)3为0～3％，上述各组分的摩尔含量总和为100％；所述M选取镁、钙或锆，所述Re选取钇、铈、镧、铌或镝中的1～2种。
本发明所采用的另一技术方案是，一种上述的高压交流陶瓷电容器介质材料的制备方法，该方法按照以下步骤实施：
步骤1、配料：将SrCO3、TiO2、Pb3O4、Bi2O3、MO、Re(OH)3预处理，按照以下摩尔百分比配方称量：SrCO3为30～40％，TiO2为45～55％，Pb3O4为4～10％，Bi2O3为2～5％，MO为0～3％，Re(OH)3为0～3％，上述各组分的摩尔含量总和为100％；
步骤2、混合粉料：将步骤1称量好的各组分以去离子水为介质在搅拌磨中球磨7～8小时，使其粒度小于1μm后，利用喷雾干燥器进行喷雾干燥得到混合粉料；
步骤3、粉料烧结：将步骤2所得混合粉料在900℃～1150℃的温度范围内，烧结60～300分钟，自然冷却，得到烧结粉料；
步骤4、粉料成型：将步骤3所得烧结粉料以去离子水为介质，在搅拌磨中球磨5～6小时，直到粒度小于1μm后，再次利用喷雾干燥器进行喷雾造粒，干压成型为圆片坯体；
步骤5、将圆片坯体径向紧密排列放置承烧板上在1200℃±20℃烧结160～200分钟，即得交流高压陶瓷电容器介质材料。
本发明的高压交流陶瓷电容器介质材料，在额定条件下具有较高介电常数及较低介质损耗，耐交流高压强度大，温度稳定性好；本发明的制备方法，烧结温度较低，节能效果显著，步骤简单，容易实施，生产成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的高压交流陶瓷电容器介质材料，由以下组分组成，并且各组分的摩尔百分比含量为：SrCO3为30～40％，TiO2为45～55％，Pb3O4为4～10％，Bi2O3为2～5％，MO为0～3％，Re(OH)3为0～3％，上述各组分的总摩尔含量为100％，
其中Re选取钇Y、铈Ce、镧La、铌Nb或镝Dy中的1～2种；M选取镁Mg、钙Ca或锆Zr。
本发明还提出了上述的高压交流陶瓷电容器介质材料的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1、配料：将SrCO3、TiO2、Pb3O4、Bi2O3、MO、Re(OH)3预处理，按照以下摩尔百分比配方称量：SrCO3为30～40％，TiO2为45～55％，Pb3O4为4～10％，Bi2O3为2～5％，MO为0～3％，Re(OH)3为0～3％，上述各组分的摩尔含量总和为100％；
步骤2、混合粉料：将步骤1称量好的各组分以去离子水为介质在搅拌磨中球磨7～8小时，使其粒度小于1μm后，利用喷雾干燥器进行喷雾干燥得到混合粉料；
步骤3、粉料烧结：将步骤2所得混合粉料在900℃～1150℃的温度范围内，烧结60～300分钟，自然冷却，得到烧结粉料；
步骤4、粉料成型：将步骤3所得烧结粉料以去离子水为介质，在搅拌磨中球磨5～6小时，直到粒度小于1μm后，再次利用喷雾干燥器进行喷雾造粒，干压成型为圆片坯体；
步骤5、将圆片坯体径向紧密排列放置在承烧板上，在1200℃±20℃烧结160～200分钟，即得交流高压陶瓷电容器介质材料。
实施例
表1给出了本发明介质材料的9个实施例的配方，实施例1～9具有2B4组的性能。
表1 各个实施例的组份与含量比较表
在具体实施各个实施例时，上述配方的各原材料采用电子级纯或分析纯，按上述表1中的组份及含量配方将颗粒度小于1μm的各组分粉料加入聚氨酯内衬的搅拌式球磨机中，以去离子水为介质混合球磨7～8小时，制成悬浮胶状混合物，经过喷雾干燥器干燥后在980℃～1150℃煅烧60～300分钟，自然冷却；在搅拌磨中以去离子水位介质并加入磷酸三丁酯为分散剂，并加入PVA溶液球磨5～6小时，喷雾造粒，进行干压成型圆片，将圆片坯体径向紧密排列放置在承烧板上，在1200℃±20℃烧结180分钟即得交流高压陶瓷电容器介质材料。再把制得的陶瓷介质材料备上银电极在800℃±20℃下进行烧制，即可测试其电性能。
表2中为上述实施例介质材料测试所得的介电性能比较表，可以看出，各个实施例的介质材料，其耐受电压强度均增强，可达7.5KV/mm；介电常数得到提高(ε可大于4000)并具有较稳定的温度变化率；介质损耗低，为4×10-4～20×10-4之间。
本发明的介质材料采用一次合成工艺，有利于简化工艺过程，减少了工艺中的配比偏失发生几率，节约生产周期；合成温度为900℃～1150℃，较现有技术中的合成温度1300℃显著降低，节约能耗降低设备技术成本；采用Re(OH)3引入Re-3离子，使Re-3离子能够与各组分均匀混合并合成。
表2 各实施例所得介质材料的介电性能比较表
| 试样编号 | 介电常数ε | 介质损耗tgδ(×10-4) | 绝缘电阻(×1010) | 温度变化率(-25℃～+85℃) | 交流耐受电压(KV/mm) |
| 1 | 4150 | 10 | >100 | +5，-9 | 7.5 |
| 2 | 4420 | 12 | >100 | +5，-9 | 7.5 |
| 3 | 4200 | 12 | >100 | +5，-9 | 7.5 |
| 4 | 3000 | 15 | >100 | +5，-9 | 7.5 |
| 5 | 2800 | 14 | >100 | +5，-9 | 7.5 |
| 6 | 2750 | 14 | >100 | +5，-9 | 7.5 |
| 7 | 2500 | 20 | >100 | +5，-9 | 7.5 |
| 8 | 2450 | 17 | >100 | +5，-9 | 7.5 |
| 9 | 2460 | 16 | >100 | +5，-9 | 7.5 |
综上所述，本发明的介质材料在额定条件下具有较高介电常数及较低介质损耗，耐交流高压强度大，温度稳定性好；本发明的制备方法，烧结温度较低，节能效果显著，步骤简单，容易实施，生产成本低。
Claims (2)
1、一种高压交流陶瓷电容器介质材料，其特征在于：由以下组分组成，并且各组分摩尔百分比含量为：SrCO3为30～40％，TiO2为45～55％，Pb3O4为4～10％，Bi2O3为2～5％，MO为0～3％，Re(OH)3为0～3％，上述各组分的摩尔含量总和为100％；所述M选取镁、钙或锆，所述Re选取钇、铈、镧、铌或镝中的1～2种。
2、一种权利要求1所述的高压交流陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤实施：
步骤1、配料：将SrCO3、TiO2、Pb3O4、Bi2O3、MO、Re(OH)3预处理，按照以下摩尔百分比配方称量：SrCO3为30～40％，TiO2为45～55％，Pb3O4为4～10％，Bi2O3为2～5％，MO为0～3％，Re(OH)3为0～3％，上述各组分的摩尔含量总和为100％；
步骤2、混合粉料：将步骤1称量好的各组分以去离子水为介质在搅拌磨中球磨7～8小时，使其粒度小于1μm后，利用喷雾干燥器进行喷雾干燥得到混合粉料；
步骤3、粉料烧结：将步骤2所得混合粉料在900℃～1150℃的温度范围内，烧结60～300分钟，自然冷却，得到烧结粉料；
步骤4、粉料成型：将步骤3所得烧结粉料以去离子水为介质，在搅拌磨中球磨5～6小时，直到粒度小于1μm后，再次利用喷雾干燥器进行喷雾造粒，干压成型为圆片坯体；
步骤5、将圆片坯体径向紧密排列放置承烧板上在1200℃±20℃烧结160～200分钟，即得交流高压陶瓷电容器介质材料。
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Owner name: XI'AN JIANXIN POWER ELECTRONIC CERAMICS CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: ZHANG TUAN Effective date: 20090904 |
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Effective date of registration: 20090904 Address after: Shaanxi city of Xi'an Province high-tech high-level maple leaf 45 room No. 302 post encoding: 710082 Applicant after: Xi'an Jianxin Power Electronic Ceramic Co., Ltd. Address before: Small village, beacon Town, Liquan County, Xianyang City, Shaanxi Province, China: 713200 Applicant before: Zhang Tuan |
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Granted publication date: 20111005 Termination date: 20171225 |
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