CN107140973A - 一种高压陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压陶瓷材料，包括以下重量份的原料：钛酸钡35～55份、氧化铝20～25份、二氧化钛5～7份、锆酸锶15～23份、钛酸锶3～8份、氧化钇2～6份、氧化锌1～3份、二氧化铈0.1～0.5份、膨润土1～2份。所述高压陶瓷有具有高介电常数、低介质损耗的优点，并且结构稳定性好。

Description

一种高压陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高压陶瓷技术领域，具体涉及一种高压陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
目前广泛生产使用的高压陶瓷电容器材料中往往含有大量的铅，铅是一种强污染物范围的元素，它具有不可降解性，对人体和环境都会造成长期持久的伤害。且同时一般配方的无铅陶瓷电容器材料的介电常数较小，不能满足电子线路小型化的需求，且耐压值不够高；现有的钛酸钡基陶瓷材料虽然拥有一定的高介电常数和低介质损耗，但是其陶瓷材料的结构稳定性差。
发明内容
本发明提供了一种高压陶瓷材料及其制备方法，解决了上述背景技术中的问题，所述高压陶瓷有具有高介电常数、低介质损耗的优点，并且结构稳定性好。
为了解决现有技术存在的问题，采用如下技术方案：
一种高压陶瓷材料，包括以下重量份的原料：钛酸钡35～55份、氧化铝20～25份、二氧化钛5～7份、锆酸锶15～23份、钛酸锶3～8份、氧化钇2～6份、氧化锌1～3份、二氧化铈0.1～0.5份、膨润土1～2份。
优选的，所述高压陶瓷材料，包括以下重量份的原料：钛酸钡45～49份、氧化铝22～24份、二氧化钛5.2～6.3份、锆酸锶18～21份、钛酸锶4～7份、氧化钇3～5份、氧化锌2～3份、二氧化铈0.3～0.4份、膨润土1.1～1.7份。
优选的，所述高压陶瓷材料，包括以下重量份的原料：钛酸钡46份、氧化铝23份、二氧化钛5.9份、锆酸锶20份、钛酸锶6份、氧化钇4份、氧化锌2.3份、二氧化铈0.3份、膨润土1.5份。
优选的，所述钛酸钡的制备方法包括以下步骤：
（1）按1∶1的摩尔比配备碳酸钡和二氧化钛；
（2）对碳酸钡和二氧化钛进行研磨并混合均匀，再将碳酸钡和二氧化钛的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1260℃下保温120分钟，得到钛酸钡；
（3）将步骤（2）得到的钛酸钡放入研磨机研磨并过200目筛，即可得到所述钛酸钡。
优选的，所述膨润土为纳基膨润土。
一种制备所述高压陶瓷材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取钛酸钡、氧化铝、二氧化钛、锆酸锶、钛酸锶、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，备用；
（2）将钛酸钡、氧化铝、锆酸锶、钛酸锶用蒸馏水或者去离子水采用行星球磨机球磨混合，球磨3～8小时后，置于烘干机中烘干，制得干粉料；
（3）将步骤（2）制得的干粉料放入反应釜中，升温至500～600℃，保温1～2小时，在惰性气氛中加入二氧化钛、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，搅拌混合均匀，继续升温至700～800℃，得混合物料；
（4）将步骤（3）得到的混合物料中加入聚乙烯醇溶液，放入超声分散仪中分散30～50分钟，置于20～30MPa下挤压成型，然后置于1235～1245℃中烧结1～2小时；
（5）将步骤（4）得到的产物，以15℃/min的速度降温至800～850℃，保温1～2小时，然后自然冷却，得到所述高压陶瓷材料。
优选的，所述步骤（4）中聚乙烯醇溶液的浓度为10%。
优选的，所述步骤（4）中聚乙烯醇溶液的重量为混合物料重量的10%。
本发明与现有技术相比，其具有以下有益效果：
本发明所述的高压陶瓷材料对组分配方和制备工艺进行了优化改进，配方不含铅元素，绿色环保，成本低；通过对钛酸钡进行改性，极大的改善陶瓷材料的介电性能，大大提高陶瓷材料的介电常数与耐压值，还极大的降低了介质损耗，并且还极大的提高了陶瓷材料的结构稳定性，高温下稳定性得到极大的提高，改善了现有钛酸钡基陶瓷材料的稳定性差的问题；通过本发明配制的添加料与经过煅烧后的膨润土的协同作用，能够改善陶瓷材料的温度特性。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例涉及一种高压陶瓷材料，包括以下重量份的原料：钛酸钡35份、氧化铝20份、二氧化钛5份、锆酸锶15份、钛酸锶3份、氧化钇2份、氧化锌1份、二氧化铈0.1份、膨润土1份。
其中，所述钛酸钡的制备方法包括以下步骤：
（1）按1∶1的摩尔比配备碳酸钡和二氧化钛；
（2）对碳酸钡和二氧化钛进行研磨并混合均匀，再将碳酸钡和二氧化钛的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1260℃下保温120分钟，得到钛酸钡；
（3）将步骤（2）得到的钛酸钡放入研磨机研磨并过200目筛，即可得到所述钛酸钡。
其中，所述膨润土为纳基膨润土。
一种制备所述高压陶瓷材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取钛酸钡、氧化铝、二氧化钛、锆酸锶、钛酸锶、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，备用；
（2）将钛酸钡、氧化铝、锆酸锶、钛酸锶用蒸馏水或者去离子水采用行星球磨机球磨混合，球磨3小时后，置于烘干机中烘干，制得干粉料；
（3）将步骤（2）制得的干粉料放入反应釜中，升温至500℃，保温1小时，在惰性气氛中加入二氧化钛、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，搅拌混合均匀，继续升温至700℃，得混合物料；
（4）将步骤（3）得到的混合物料中加入浓度为10%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液的重量为混合物料重量的10%，放入超声分散仪中分散30分钟，置于20MPa下挤压成型，然后置于1235℃中烧结1小时；
（5）将步骤（4）得到的产物，以15℃/min的速度降温至800℃，保温1小时，然后自然冷却，得到所述高压陶瓷材料。
实施例2
本实施例涉及一种高压陶瓷材料，包括以下重量份的原料：钛酸钡55份、氧化铝25份、二氧化钛7份、锆酸锶23份、钛酸锶8份、氧化钇6份、氧化锌3份、二氧化铈0.5份、膨润土2份。
其中，所述钛酸钡的制备方法包括以下步骤：
（1）按1∶1的摩尔比配备碳酸钡和二氧化钛；
（2）对碳酸钡和二氧化钛进行研磨并混合均匀，再将碳酸钡和二氧化钛的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1260℃下保温120分钟，得到钛酸钡；
（3）将步骤（2）得到的钛酸钡放入研磨机研磨并过200目筛，即可得到所述钛酸钡。
其中，所述膨润土为纳基膨润土。
一种制备所述高压陶瓷材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取钛酸钡、氧化铝、二氧化钛、锆酸锶、钛酸锶、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，备用；
（2）将钛酸钡、氧化铝、锆酸锶、钛酸锶用蒸馏水或者去离子水采用行星球磨机球磨混合，球磨8小时后，置于烘干机中烘干，制得干粉料；
（3）将步骤（2）制得的干粉料放入反应釜中，升温至600℃，保温2小时，在惰性气氛中加入二氧化钛、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，搅拌混合均匀，继续升温至800℃，得混合物料；
（4）将步骤（3）得到的混合物料中加入浓度为10%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液的重量为混合物料重量的10%，放入超声分散仪中分散50分钟，置于30MPa下挤压成型，然后置于1245℃中烧结2小时；
（5）将步骤（4）得到的产物，以15℃/min的速度降温至850℃，保温2小时，然后自然冷却，得到所述高压陶瓷材料。
实施例3
本实施例涉及一种高压陶瓷材料，包括以下重量份的原料：钛酸钡45份、氧化铝22份、二氧化钛5.2份、锆酸锶18份、钛酸锶4份、氧化钇3份、氧化锌2份、二氧化铈0.3份、膨润土1.1份。
其中，所述钛酸钡的制备方法包括以下步骤：
（1）按1∶1的摩尔比配备碳酸钡和二氧化钛；
（2）对碳酸钡和二氧化钛进行研磨并混合均匀，再将碳酸钡和二氧化钛的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1260℃下保温120分钟，得到钛酸钡；
（3）将步骤（2）得到的钛酸钡放入研磨机研磨并过200目筛，即可得到所述钛酸钡。
其中，所述膨润土为纳基膨润土。
一种制备所述高压陶瓷材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取钛酸钡、氧化铝、二氧化钛、锆酸锶、钛酸锶、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，备用；
（2）将钛酸钡、氧化铝、锆酸锶、钛酸锶用蒸馏水或者去离子水采用行星球磨机球磨混合，球磨5小时后，置于烘干机中烘干，制得干粉料；
（3）将步骤（2）制得的干粉料放入反应釜中，升温至550℃，保温1.5小时，在惰性气氛中加入二氧化钛、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，搅拌混合均匀，继续升温至750℃，得混合物料；
（4）将步骤（3）得到的混合物料中加入浓度为10%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液的重量为混合物料重量的10%，放入超声分散仪中分散40分钟，置于25MPa下挤压成型，然后置于1240℃中烧结1小时；
（5）将步骤（4）得到的产物，以15℃/min的速度降温至825℃，保温1.5小时，然后自然冷却，得到所述高压陶瓷材料。
实施例4
本实施例涉及一种高压陶瓷材料，包括以下重量份的原料：钛酸钡49份、氧化铝24份、二氧化钛6.3份、锆酸锶21份、钛酸锶7份、氧化钇5份、氧化锌3份、二氧化铈0.4份、膨润土1.7份。
其中，所述钛酸钡的制备方法包括以下步骤：
（1）按1∶1的摩尔比配备碳酸钡和二氧化钛；
（2）对碳酸钡和二氧化钛进行研磨并混合均匀，再将碳酸钡和二氧化钛的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1260℃下保温120分钟，得到钛酸钡；
（3）将步骤（2）得到的钛酸钡放入研磨机研磨并过200目筛，即可得到所述钛酸钡。
其中，所述膨润土为纳基膨润土。
一种制备所述高压陶瓷材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取钛酸钡、氧化铝、二氧化钛、锆酸锶、钛酸锶、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，备用；
（2）将钛酸钡、氧化铝、锆酸锶、钛酸锶用蒸馏水或者去离子水采用行星球磨机球磨混合，球磨6小时后，置于烘干机中烘干，制得干粉料；
（3）将步骤（2）制得的干粉料放入反应釜中，升温至580℃，保温1.3小时，在惰性气氛中加入二氧化钛、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，搅拌混合均匀，继续升温至780℃，得混合物料；
（4）将步骤（3）得到的混合物料中加入浓度为10%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液的重量为混合物料重量的10%，放入超声分散仪中分散35分钟，置于28MPa下挤压成型，然后置于1235℃中烧结1.5小时；
（5）将步骤（4）得到的产物，以15℃/min的速度降温至810℃，保温1.5小时，然后自然冷却，得到所述高压陶瓷材料。
实施例5
本实施例涉及一种高压陶瓷材料，包括以下重量份的原料：钛酸钡46份、氧化铝23份、二氧化钛5.9份、锆酸锶20份、钛酸锶6份、氧化钇4份、氧化锌2.3份、二氧化铈0.3份、膨润土1.5份。
其中，所述钛酸钡的制备方法包括以下步骤：
（1）按1∶1的摩尔比配备碳酸钡和二氧化钛；
（2）对碳酸钡和二氧化钛进行研磨并混合均匀，再将碳酸钡和二氧化钛的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1260℃下保温120分钟，得到钛酸钡；
（3）将步骤（2）得到的钛酸钡放入研磨机研磨并过200目筛，即可得到所述钛酸钡。
其中，所述膨润土为纳基膨润土。
一种制备所述高压陶瓷材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取钛酸钡、氧化铝、二氧化钛、锆酸锶、钛酸锶、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，备用；
（2）将钛酸钡、氧化铝、锆酸锶、钛酸锶用蒸馏水或者去离子水采用行星球磨机球磨混合，球磨3～8小时后，置于烘干机中烘干，制得干粉料；
（3）将步骤（2）制得的干粉料放入反应釜中，升温至560℃，保温1.6小时，在惰性气氛中加入二氧化钛、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，搅拌混合均匀，继续升温至720℃，得混合物料；
（4）将步骤（3）得到的混合物料中加入聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液的重量为混合物料重量的10%，放入超声分散仪中分散45分钟，置于22MPa下挤压成型，然后置于1240℃中烧结1.6小时；
（5）将步骤（4）得到的产物，以15℃/min的速度降温至820℃，保温1.5小时，然后自然冷却，得到所述高压陶瓷材料。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种高压陶瓷材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：钛酸钡35～55份、氧化铝20～25份、二氧化钛5～7份、锆酸锶15～23份、钛酸锶3～8份、氧化钇2～6份、氧化锌1～3份、二氧化铈0.1～0.5份、膨润土1～2份。
2.根据权利要求1所述的高压陶瓷材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：钛酸钡45～49份、氧化铝22～24份、二氧化钛5.2～6.3份、锆酸锶18～21份、钛酸锶4～7份、氧化钇3～5份、氧化锌2～3份、二氧化铈0.3～0.4份、膨润土1.1～1.7份。
3.根据权利要求1所述的高压陶瓷材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：钛酸钡46份、氧化铝23份、二氧化钛5.9份、锆酸锶20份、钛酸锶6份、氧化钇4份、氧化锌2.3份、二氧化铈0.3份、膨润土1.5份。
4.根据权利要求1所述的高压陶瓷材料，其特征在于，所述钛酸钡的制备方法包括以下步骤：
（1）按1∶1的摩尔比配备碳酸钡和二氧化钛；
（2）对碳酸钡和二氧化钛进行研磨并混合均匀，再将碳酸钡和二氧化钛的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1260℃下保温120分钟，得到钛酸钡；
（3）将步骤（2）得到的钛酸钡放入研磨机研磨并过200目筛，即可得到所述钛酸钡。
5.根据权利要求1所述的高压陶瓷材料，其特征在于，所述膨润土为纳基膨润土。
6.一种制备权利要求1～5任一项所述高压陶瓷材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取钛酸钡、氧化铝、二氧化钛、锆酸锶、钛酸锶、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，备用；
（2）将钛酸钡、氧化铝、锆酸锶、钛酸锶用蒸馏水或者去离子水采用行星球磨机球磨混合，球磨3～8小时后，置于烘干机中烘干，制得干粉料；
（3）将步骤（2）制得的干粉料放入反应釜中，升温至500～600℃，保温1～2小时，在惰性气氛中加入二氧化钛、氧化钇、氧化锌、二氧化铈、膨润土，搅拌混合均匀，继续升温至700～800℃，得混合物料；
（4）将步骤（3）得到的混合物料中加入聚乙烯醇溶液，放入超声分散仪中分散30～50分钟，置于20～30MPa下挤压成型，然后置于1235～1245℃中烧结1～2小时；
（5）将步骤（4）得到的产物，以15℃/min的速度降温至800～850℃，保温1～2小时，然后自然冷却，得到所述高压陶瓷材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中聚乙烯醇溶液的浓度为10%。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中聚乙烯醇溶液的重量为混合物料重量的10%。
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