CN105742056A - 一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其制备方法是以分析纯SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照设定的玻璃组成配料，配合料经湿法球磨混匀、烘干，然后在1300?1350℃熔化保温30 min熔化成均匀的玻璃液，再经成型、退火得到无气孔的基础玻璃，然后基础玻璃在一定温度下热处理得到微晶玻璃电介质材料。由该方法制备微晶玻璃材料的介电常数38?144可调，直流击穿强度730?1650kV/cm可调，储能密度最高达9.1 J/cm3，可用于各种高储能密度及超高压电容器的制造。
Description
技术领域
本发明涉及储能介质材料，特别是一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法。
背景技术
储能介质材料可把较小功率的能量以较长时间输入到储存能量的设备中，将能量进行压缩与转换后，在极短的时间（最短可为纳秒）以极高的功率向负载释放。储能介质材料是高储能密度电容器的关键材料。目前，高储能密度电容器在脉冲功率系统（如全电动推进舰艇、电热电磁轨道炮武器、受控激光核聚变）、油气深井勘探、混合动力汽车用大功率模块化逆变器/变换器平台、植入人体医疗器件的供能供电等国防重大军事科研、现代工业和民用、医疗领域等都有着极为重要的应用。
储能电介质材料比较常见的有陶瓷、聚合物及通过不同材料复合而成的复合材料等。陶瓷材料的介电常数高，但其击穿强度低；聚合物材料有较高的击穿强度，但其介电常数普遍较低。正是由于上述缺点的存在，使得它们的储能密度提升空间较小，大大限制了该两种材料在储能领域的发展。而复合材料具有介电常数大和击穿场强高的优点，在提高储能特性方面有很大的发展潜力，因此得到了众多研究者的关注。微晶玻璃属于复合材料的一种，研究发现微晶玻璃在储能密度方面的理论数值要比常规的电介质高出一个数量级，可见微晶玻璃在储能领域具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。
微晶玻璃是通过将一定组分的粉体熔制成玻璃后再进行可控热处理，使晶体从玻璃基体中析出，从而得到兼具陶瓷相与玻璃相共存的复合材料。其优点是通过调整组分及热处理工艺可方便调控介电性能。目前关于微晶玻璃介质材料的研究已有许多，但储能密度还有待提高。因此有必要探索一种满足应用需求而又环保的高储能微晶玻璃介质材料。
发明内容
本发明提供一种高储能的无铅硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法。该方法所制备的材料具有高击穿场强、高介电常数及高的储能密度，从而解决了目前微晶玻璃电介质材料储能密度不高的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料，其组成化学式为：14.4SrO-17.6BaO-32Nb2O5-(36-x)B2O3-xP2O5-yZnO-zSm2O3，式中P2O5为玻璃的组成，其中，摩尔百分数x=3-10，此时y=z=0。当玻璃组成中不含有P2O5时，此时Sm2O3和ZnO均作为玻璃的外加组分，其摩尔百分数为：y=0.5，z=0.5-2。
上述高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料的制备方法，通过用P2O5替代部分B2O3作为玻璃的基础成分，或向基础玻璃体系外加组分ZnO和Sm2O3，利用高温熔融和后续热处理可控析晶方法，制备微晶玻璃材料，具体步骤如下：
(1) 以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%)Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -(36-x) B2O3-xP2O5-zSm2O3-yZnO的比例配料。其中P2O5为玻璃的组成，其摩尔百分x=3-10。而Sm2O3和ZnO为玻璃的外加组分，其摩尔百分数分别为：y=0.5，z=0.5-2.0，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1300-1350℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
(2) 将步骤（1）的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
(3) 将步骤（2）制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在800-900 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
(4) 将步骤（3）获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05-1mm的薄片；
(5) 将步骤（4）得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
所述磨球为氧化钇稳定氧化锆球，球磨介质为无水乙醇或去离子水。
所述成型用金属模具材质为铜，形状为矩形或圆形。
所述的中温银浆料的来源为市售。
本发明的优点是，通过调节玻璃基础成分和外加组分ZnO和Sm2O3的含量，获得了一种高储能密度的微晶玻璃电介质材料。所得微晶玻璃材料的介电常数为38-144可调，直流击穿强度730-1650kV/cm可调，最高储能密度达9.1J/cm3，可用于各种高储能密度及超高压电容器的制备；同时玻璃组成中无铅，熔制温度较低，达到了节能环保的目的。
附图说明
图1是实施例1、5、8和11中所制备的微晶玻璃样品的XRD图谱。
图2是实施例5中所制备微晶玻璃样品的SEM照片。
图3是实施例1、2、3和4中所制备的微晶玻璃样品的介电击穿强度的韦伯分布图。
具体实施方式
本发明制备硼磷酸盐微晶玻璃介质材料的方法可以通过下列非限定性实施例得到更加清楚的描述。
实施例1
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有P2O5，x=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -36B2O3 -yZnO-zSm2O3的比例配料，其中Sm2O3和ZnO为玻璃的外加组分，其摩尔百分数分别为：y=0.5，z=0.5，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1350℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在850 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为143.8，介电损耗为0.013，击穿场强为1132KV/cm，储能密度为8.15 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例2
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有P2O5，x=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -36B2O3 -yZnO-zSm2O3的比例配料，其中Sm2O3和ZnO为玻璃的外加组分，其摩尔百分数分别为：y=0.5，z=1.0，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1350℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在850 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为132，介电损耗为0.0132,击穿场强为1079KV/cm，储能密度为6.8 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例3
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有P2O5，x=0。1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -36B2O3-yZnO-zSm2O3的比例配料，其中Sm2O3和ZnO为玻璃的外加组分，其摩尔百分数分别为：y=0.5，z=1.5，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1350℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在850 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为120，介电损耗为0.0112,击穿场强为929kV/cm，储能密度为4.6 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例4
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有P2O5，x=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -36B2O3 -yZnO-zSm2O3的比例配料，其中Sm2O3和ZnO为玻璃的外加组分，其摩尔百分数为：y=0.5，z=2.0，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1350℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在850 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为103，介电损耗为0.0106,击穿场强为826kV/cm，储能密度为4.0 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例5
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有ZnO和Sm2O3，y=0，z=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -(36-x) B2O3-xP2O5的比例配料，其中P2O5的摩尔百分数x=5，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1300℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在850 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为79，击穿场强为1650 kV/cm，储能密度为9.1 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例6
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有ZnO和Sm2O3，y=0，z=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -(36-x) B2O3-xP2O5的比例配料，其中P2O5摩尔百分数x=5，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1300℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在800 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为56，击穿场强为1123 kV/cm，储能密度为3.2 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例7
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有ZnO和Sm2O3，y=0，z=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -(36-x) B2O3-xP2O5的比例配料，其中P2O5的摩尔百分数x=5，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1300℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在900 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为92，击穿场强为1276 kV/cm，储能密度为7.1 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例8
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有ZnO和Sm2O3，y=0，z=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -(36-x) B2O3-xP2O5的比例配料，其中P2O5摩尔百分数x=3，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1320℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在850 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为88，击穿场强为1215 kV/cm，储能密度为5.8 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例9
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有ZnO和Sm2O3，y=0，z=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -(36-x) B2O3-xP2O5的比例配料，其中P2O5摩尔百分数x=3，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1320℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在800 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为92，击穿场强为1061 kV/cm，储能密度为4.6 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例10
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有ZnO和Sm2O3，y=0，z=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -(36-x) B2O3-xP2O5的比例配料，其中P2O5摩尔百分数为x=3，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1320℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在900 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为86，击穿场强为1137 kV/cm，储能密度为4.9 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例11
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有ZnO和Sm2O3，y=0，z=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -(36-x) B2O3-xP2O5的比例配料，其中P2O5摩尔百分数x=10，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1300℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在850 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为53，击穿场强为1288 kV/cm，储能密度为3.9 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例12
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有ZnO和Sm2O3，y=0，z=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -(36-x) B2O3-xP2O5的比例配料，其中P2O5摩尔百分数x=10，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1300℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在900 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为57，击穿场强为1047 kV/cm，储能密度为2.8 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
实施例13
一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料及其制备方法，其组成中没有ZnO和Sm2O3，y=0，z=0。
1、以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%) Sm2O3为起始原料，按照14.4SrO -17.6BaO -32Nb2O5 -(36-x) B2O3-xP2O5的比例配料，其中P2O5摩尔百分数x=10，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1300℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
2、将步骤1的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
3、将步骤2制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在800 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
4、将步骤3获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05～1mm的薄片；
5、将步骤4得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆(贵研铂业)，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
经测试，所得微晶玻璃材料的介电常数为38，击穿场强为1092 kV/cm，储能密度为2.1 J/cm3。测试条件：介电常数和介电损耗为频率1kHz，温度室温；击穿强度是以硅油为介质，室温测试。
Claims (3)
1.一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料，其特征是：其组成化学式为：14.4SrO-17.6BaO-32Nb2O5-(36-x)B2O3-xP2O5，其中P2O5是替代组成，属于玻璃的基础成分，其中，摩尔百分数为：x=3-10。
2.一种高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料，其特征是：其组成化学式为：14.4SrO-17.6BaO-32Nb2O5-(36-x)B2O3-xP2O5-yZnO-zSm2O3，式中，P2O5是替代组成，属于玻璃的基础成分，其中，摩尔百分数为：x=0；Sm2O3和ZnO作为玻璃的外加组分，其中，摩尔百分数分别为：y=0.5，z=0.5-2。
3.权利要求1或2所述高储能硼磷酸盐微晶玻璃介质材料的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
(1) 以分析纯 (纯度≥99%) SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3、ZnO、NH4H2PO4和高纯度(99.9%)Sm2O3为起始原料，按照设定的微晶玻璃组成化学式配料，然后将这些原料在球磨机中湿法球磨24h，烘干后置于坩埚中在1300-1350℃保温30min熔制成均匀的玻璃液；
(2) 将步骤（1）的玻璃液迅速浇注至金属模具中成型，然后在550℃的退火炉中退火10 h消除应力，然后切割成面积为1～2cm2的矩形玻璃片；
(3) 将步骤（2）制备的玻璃片以3℃/分的升温速度升温，在800-900 ℃保温3h晶化，得到主晶相为铌酸锶钡（Sr0.5Ba0.5Nb2O6）的微晶玻璃电介质材料；
(4) 将步骤（3）获得的微晶玻璃材料薄片进行加工处理，抛磨成厚度为0.05-1mm的薄片；
(5) 将步骤（4）得到的微晶玻璃薄片经过丝网印刷或手工涂覆中温银浆，在600℃下烧结固化形成金属银电极，即制得微晶玻璃介质材料。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160706 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |