CN116081952A - 一种高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃及制备方法，适用于电介质储能电容器。该储能微晶玻璃组分为B2O3：30～35.6mol％，BaO：14.4～17mol％，Na2O：13～21mol％，Nb2O5：25～29mol％，TeO2：3.5～5.5mol％，SrO：2.5～6mol％。本发明通过引入TeO2不仅降低了玻璃的熔制温度，也促进了玻璃析晶，获得了一种晶相为Ba0.39Sr0.61Nb2O6的储能微晶玻璃，硬度高达9.468GPa、介电常数高达145、击穿强度高达1093kV/cm，有利于提高储能电容器的可靠性和使用寿命。该发明制备方法简单，在储能电容器材料领域有很好的应用潜力。
Description
技术内容
本发明电介质储能材料技术领域，具体涉及一种高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃及制备方法
背景技术
近年来随着各行各业对电能的巨大消耗，找寻新的清洁高效的储能材料已成为人类亟待解决的重大问题。目前主要用于储存电能的有电池、介质电容器以及超级电容器三种。其中，介质电容器不但绿色环保，尤其超快的充放电速率，高的储能效率以及高的功率密度而备受关注。一般介质材料趋向于介电常数增加的同时击穿强度随之降低，如陶瓷材料的介电常数很大，但其击穿强度较低；聚合物材料具有高击穿强度，但介电常数很低；铁电微晶玻璃综合了陶瓷高介电常数的优点和玻璃在击穿强度方面的优势，有望成为一种理想的高储能密度介电材料。但是有关高硬度的储能微晶玻璃至今没有报道过，所以提高储能微晶玻璃的硬度，更有利于储能材料的应用时间变长。
发明内容
本发明目的在于提供一种高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃及制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃，其特征在于，所述储能微晶玻璃由以下组分构成：
B2O3：30～36mol％，BaO：14～17mol％，Na2O：13～21mol％，Nb2O5：25～29mol％，TeO2：3.5～5.5mol％，SrO：2.5～6mol％。
所述高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：以B2O3、BaO、Na2O、Nb2O5、TeO2、SrO为原料，按照摩尔百分比配料；
步骤2：将称量好的各种原料倒入研钵中，并搅拌研磨0.5～1h进行均匀混料；
步骤3：将研磨好的粉料放入坩埚中，在烧结炉中1300～1385℃高温熔融1～2h；
步骤4：将熔体快速浇注到预热的铜制模具中得到玻璃固体，并立即放入退火炉中消除内应力；
步骤5：在析晶炉中进行析晶处理，析晶温度600～780℃、保温时间2～4h，即得到一种高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃。
与现有技术比较，本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃，TeO2的引入不仅降低了玻璃的熔制温度，也促进了玻璃析晶，获得了一种晶相为Ba0.39Sr0.61Nb2O6的储能微晶玻璃，硬度高达9.468GPa，介电常数高达145，击穿强度高达1093kV/cm，作为电介质储能材料，能够提高器件实际应用的耐用性。
本发明采用的制备工艺简单，通过高温熔融法和控制晶化处理，获得了高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃。
附图说明
图1为实施例1～4硅铌酸盐微晶玻璃的XRD图。
图2为实施例1的高硬度硼铌酸盐微晶玻璃材料的SEM图。
图3为实施例1的高硬度硼铌酸盐微晶玻璃材料的压痕图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明提供4个实施例，每个实施例中高硬度硼铌酸盐微晶玻璃材料的组分配方及工艺参数如下表1所示：
进一步的讲，每个实施例中，所述高硬度硼铌酸盐微晶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.原料取B2O3，BaO，Na2O，Nb2O5，TeO2和SrO，根据配方计算并称量各个原料，将称好的每个原料依次放置于研钵中，并对研钵中的原料进行0.5～1h的搅拌研磨；
步骤2：将称量好的各种原料倒入研钵中，并搅拌研磨0.5～1h进行均匀混料；
步骤3：将研磨好的粉料放入坩埚中，在烧结炉中1300～1385℃高温熔融1～2h；
步骤4：将熔体快速浇注到预热的铜制模具中得到玻璃固体，并立即放入退火炉中消除内应力；
步骤5：在析晶炉中进行析晶处理，析晶温度600～780℃、保温时间2～4h，即得到一种高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃。
对于上述4个实例中的高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃进行测试，以实施例1为例，其高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃的XRD图、SEM图和压痕图，如图1、图2和如图3所示。由XRD图可见，只含有一种晶相Ba0.39Sr0.61Nb2O6。由SEM图可见，存在大量的晶粒Ba0.39Sr0.61Nb2O6分布于玻璃相中。由压痕图片计算得到该材料的维氏硬度。
以上4个实施例子的性能参数如下表2所示：
由上表可见，本发明的高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃，拥有优异的硬度和储能性能，最高硬度9.468GPa，介电常数145，储能效率84％，储能密度2.38J/cm3和击穿强度1159kV/cm。对于电介质储能电容器的应用具有潜在的价值。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (2)
1.一种高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃，其特征在于，所述储能微晶玻璃由以下组分构成：
B2O3：30～36mol％，
BaO：14～17mol％，
Na2O：13～21mol％，
Nb2O5：25～29mol％，
TeO2：3.5～5.5mol％，
SrO：2.5～6mol％。
2.按权利要求1所述高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：以B2O3、BaO、Na2O、Nb2O5、TeO2、SrO为原料，按照摩尔百分比配料；
步骤2：将称量好的各种原料倒入研钵中，并搅拌研磨0.5～1h进行均匀混料；
步骤3：将研磨好的粉料放入坩埚中，在烧结炉中1300～1385℃高温熔融1～2h；
步骤4：将熔体快速浇注到预热的铜制模具中得到玻璃固体，并立即放入退火炉中消除内应力；
步骤5：在析晶炉中进行析晶处理，析晶温度600～780℃、保温时间2～4h，即得到一种高硬度硼铌酸盐储能微晶玻璃。
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