與絕緣玻璃復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子信息材料與元器件領(lǐng)域，具體涉及一種納米1102與絕緣玻璃復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高儲(chǔ)能密度電容在各種電力、電子系統(tǒng)中扮演著越來(lái)越重要的角色。隨著相關(guān)電子產(chǎn)品朝小型化、輕型化及多功能方向發(fā)展，對(duì)電容儲(chǔ)能密度提出了更高的要求，而提高電容器儲(chǔ)能特性的關(guān)鍵在于開(kāi)發(fā)出具有高儲(chǔ)能密度的材料。
[0003]1102基儲(chǔ)能陶瓷是常見(jiàn)的儲(chǔ)能材料，純的金紅石型T12介電常數(shù)為80-120，擊穿強(qiáng)度為500MV/m。然而，由于T12對(duì)氧氣敏感且晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易形成缺陷，導(dǎo)致T1 2陶瓷擊穿強(qiáng)度大大降低，限制了其在儲(chǔ)能材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和發(fā)展前景。為了提高擊穿強(qiáng)度，研宄工作者采用了提高金紅石相的含量、提高陶瓷致密度、抑制晶粒長(zhǎng)大等方法。YangYe (Yang Ye, Shi C.Zhang, Fatih Dogan, Influence of Nanocrystalline Grain Size onthe Breakdown Strength of Ceramic Dielectrics, IEEE, 2003)等人發(fā)現(xiàn)減小晶粒和減薄介質(zhì)厚度都能有效提高擊穿強(qiáng)度，晶粒大小為200nm的二氧化鈦與晶粒大小為10 μπι的二氧化鈦相比，擊穿強(qiáng)度由550kV/cm增加到1096kV/cm，提高了接近一倍；而隨著介質(zhì)層厚度由0.3mm減薄到0.05mm,其擊穿強(qiáng)度由600kV/cm增加到2100kV/cm，提高了兩倍多。除了對(duì)二氧化鈦單一相的研宄外，大部分儲(chǔ)能材料已采用添加鈦酸鍶鋇、鋯鈦酸鉛、鈦酸銅鈣等高介電常數(shù)的材料，來(lái)提高儲(chǔ)能材料的介電常數(shù)。然而鈦酸鍶鋇、鋯鈦酸鉛、鈦酸銅鈣等高介電常數(shù)材料存在非線性特性和晶粒過(guò)大影響擊穿強(qiáng)度等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)【背景技術(shù)】存在的缺陷，提出了一種納米T12與絕緣玻璃復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明得到的納米!^(^與絕緣玻璃復(fù)合材料應(yīng)用于儲(chǔ)能材料，可有效提升儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)能密度，提升材料的致密度；且制備工藝簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用推廣和批量生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種納米T12與絕緣玻璃復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料中主料為金紅石型納米T12;在上述主料的基礎(chǔ)上，添加主料O?50wt%的絕緣玻璃。
[0007]進(jìn)一步地，所述絕緣玻璃各組分質(zhì)量百分比說(shuō)02為5?90wt%、B2O3為O?90wt %、Al2O3為 O ?30wt %、CaO 為 O ?30wt %、MgO 為 O ?30wt %、BaO 為 O ?30wt %、SrO 為 O ?40wt%、ZrO2S O ?30wt%、Ti0 2為 O ?30wt%，稀土金屬氧化物為 O ?5wt%，堿金屬氧化物為O?5wt%。
[0008]進(jìn)一步地，所述絕緣玻璃各組分質(zhì)量百分比說(shuō)02為50?90wt%、B2O3為10?30wt %、Al2O3為 O ?30wt %、CaO 為 O ?30wt %、MgO 為 O ?30wt %、BaO 為 O ?30wt %、SrO 為 O ?40wt%、ZrO2S O ?30wt%、Ti0 2為 O ?30wt%，稀土金屬氧化物為 O ?5wt%，堿金屬氧化物為O?5wt%。
[0009]進(jìn)一步地，所述絕緣玻璃各組分質(zhì)量百分比說(shuō)02為50?80wt%、B2O3為10?30wt%、Al203為 10 ?30wt%、Ca0 為 O ?30wt%、Mg0 為 O ?30wt%、Ba0 為 O ?30wt%、SrO 為 O ?30wt%、ZrO2S O ?30wt%、T1 2為 O ?30wt%，稀土金屬氧化物為 O ?5wt%，堿金屬氧化物為O?5wt%。
[0010]進(jìn)一步地，所述絕緣玻璃各組分質(zhì)量百分比說(shuō)02為5?30wt%、B2O3為30?80wt %、Al2O3為 O ?30wt %、CaO 為 O ?30wt %、MgO 為 O ?30wt %、BaO 為 O ?30wt %、SrO 為 10 ?40wt%、Zr02S O ?30wt%、1102為 O ?30wt%，稀土金屬氧化物為 O ?5wt%，堿金屬氧化物為O?5wt%。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述稀土金屬氧化物為L(zhǎng)a203、Ce02、Y203等中的一種或幾種，所述堿金屬氧化物為Na20、K2O等中的一種或幾種。
[0012]進(jìn)一步地，所述金紅石型納米T12粒徑為I?lOOnm。
[0013]本發(fā)明還提供了一種納米T12與絕緣玻璃復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0014]步驟1:根據(jù)絕緣玻璃:5 ?90wt% Si02、0 ?90wt% B2O3>O ?30wt% A1203、0 ?30wt% Ca0、0 ?30wt% MgO>0 ?30wt% BaO>0 ?40wt% SrO>0 ?30wt% ZrO2 > 0 ?30wt%Ti02、0?5wt%稀土金屬氧化物，0?5wt%堿金屬氧化物中各組分的質(zhì)量百分比，稱取對(duì)應(yīng)的可溶性鹽，配制得到玻璃的前驅(qū)體溶液；然后向前驅(qū)體溶液中緩慢加入二乙烯三胺(DETA)，形成溶膠，所述前驅(qū)體溶液與二乙烯三胺的體積比為1: (I?3);
[0015]步驟2:將步驟I得到的溶膠和金紅石型納米T12混合，球磨8?24h，形成納米T12與絕緣玻璃混合漿料；所述絕緣玻璃占金紅石型納米T1 2質(zhì)量的O?50wt% ；
[0016]步驟3:將步驟2得到的混合漿料在烘箱內(nèi)100?150°C下烘干，得到干凝膠；
[0017]步驟4:將步驟3得到的干凝膠放入馬弗爐內(nèi)，在500?800°C保溫I?5h，得到納米1102與絕緣玻璃混合預(yù)燒料；
[0018]步驟5:將步驟4得到的預(yù)燒料造粒、成型，形成玻璃陶瓷生坯；將玻璃陶瓷生坯放入馬弗爐內(nèi)，在300?800°C保溫0.1?2h，然后升溫至1000?1300°C，在1000?1300°C保溫2?24h，得到本發(fā)明所述納米1102與絕緣玻璃復(fù)合材料。
[0019]上述納米T12與絕緣玻璃復(fù)合材料可作為儲(chǔ)能材料應(yīng)用。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明得到的納米T12與絕緣玻璃復(fù)合儲(chǔ)能材料的頻率穩(wěn)定性高、溫度穩(wěn)定性高、儲(chǔ)能密度高、高壓下介電常數(shù)高、擊穿強(qiáng)度高、表面致密，是一種性能優(yōu)良的儲(chǔ)能材料，可應(yīng)用于石油勘探、地震評(píng)估、能量存儲(chǔ)、脈沖光電系統(tǒng)、緩沖器、電源中斷保護(hù)電路等領(lǐng)域；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，和現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝兼容性好，利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例制備得到的納米1102與絕緣玻璃復(fù)合材料的XRD圖譜；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的納米打02與絕緣玻璃復(fù)合材料的SEM圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例制備得到的納米1102與絕緣玻璃復(fù)合材料的C-f掃頻曲線；
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例制備得到的納米1102與絕緣玻璃復(fù)合材料的P-E曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0025]—種納米T12與絕緣玻璃復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料中主料為金紅石型納米T12;在上述主料的基礎(chǔ)上，添加主料O?50wt%的絕緣玻璃；所述絕緣玻璃各組分質(zhì)量百分比設(shè)02為5?90wt%、B2O3為O?90wt%、Al 203為O?30wt%、CaO為O?30wt %、MgO 為 O ?30wt %、BaO 為 O ?30wt %、SrO 為 O ?40wt %、ZrO2為 O ?30wt %、1102為O?30wt %，稀土金屬氧化物為O?5wt %，堿金屬氧化物為O?5wt %。
[0026]—種納米T12與絕緣玻璃復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0027]步驟1、配料:根據(jù)絕緣玻璃:5 ?90wt% Si02、0 ?90wt% B203、0 ?30wt% A1203、
0?30wt % CaO>0 ?30wt% MgO>0 ?30wt% BaO>0 ?40wt% SrO>0 ?30wt% ZrO2 >0 ?30wt% Ti02、0?5wt%稀土金屬氧化物，0?5wt%堿金屬氧化物中各組分的質(zhì)量百分比，稱取對(duì)應(yīng)的可溶性鹽，配制得到玻璃的前驅(qū)體溶液；
[0028]步驟2、制備溶膠:在步驟I得到的前驅(qū)體溶液中緩慢加入二乙烯三胺(DETA)，所述前驅(qū)體溶液與二乙烯三胺的體積比為1: (I?3)，形成溶膠；
[0029]步驟3、混合:將步驟2得到的溶膠和金紅石型納米TiCV混合，球磨8?24h ;形成納米T12與絕緣玻璃混合楽料；所述絕緣玻璃占金紅石型納米T12質(zhì)量的O?50wt% ；
[0030]步驟4、制備凝膠:將步驟3得到的混合漿料在烘箱內(nèi)100?150°C下烘干10?30h，得到干凝膠；
[0031]步驟5、預(yù)燒:將步驟4得到的干凝膠放入馬弗爐內(nèi)，以I?5°C /min的速率升溫至500?800°C并保溫I?5h，得到納米1102與絕緣玻璃混合預(yù)燒料；
[0032]步驟6、造粒成型:在步驟5得到的預(yù)燒料中加入質(zhì)量I?5被％的PVB造粒，然后放入直徑為12mm的模具中以10?40MPa的壓力保壓I?5min，形成玻璃陶瓷生坯；
[0033]步驟7、燒結(jié):將步驟6得到的玻璃陶瓷生坯放入馬弗爐內(nèi)，以I?5°C/min的速率升溫至300?800°C，保溫0.1?2h ;然后再以I?5°C /min的速率升溫至1000?1300°C，保溫2?24h，得到本發(fā)明所述納米1102與絕緣玻璃復(fù)合的玻璃陶瓷。
[0034]進(jìn)一步地，步驟I所述絕緣玻璃各組分質(zhì)量百分比設(shè)02為50?90wt%、B2O3為10 ?30wt %、Al2O3為 O ?30wt %、CaO 為 O ?30wt %、MgO 為 O ?30wt %、BaO 為 O ?30wt % > SrO 為 O ?40wt%、ZrO2S O ?30wt%、T1 2為 O ?30wt%、稀土金屬氧化物為O?5wt %，堿金屬氧化物為O?5wt %。
[0035]進(jìn)一步地，步驟I所述絕緣玻璃各組分質(zhì)量百分比設(shè)02為50?80wt%、B2O3為10 ?30wt %、Al2O3為 10 ?30wt %、CaO 為 O ?30wt %、MgO 為 O ?30wt %、BaO 為 O ?30wt % > SrO 為 O ?30wt%、ZrO2S O ?30wt%、T1 2為 O ?30wt%、稀土金屬氧化物為O?5wt %，堿金屬氧化物為O?5wt %。
[0036]進(jìn)一步地，步驟I所述絕緣玻璃各組分質(zhì)量百分比:Si02S 5?30wt%、B 203為30 ?80wt %、Al2O3為 O ?30wt %、CaO 為 O ?30wt %、MgO 為 O ?30wt %、BaO 為 O ?30wt%、SrO 為 10 ?40wt%、ZrO2S O ?30wt%、T1 2為 O ?30wt%、稀土金屬氧化物為O?5wt %，堿金屬氧化物為O?5wt %。
[0037]進(jìn)一步地，所述稀土金屬氧化物為L(zhǎng)a203、Ce02、Y2O3等中的一種或幾種，所述堿金屬氧化物為Na20、K2O等中的一種或幾種。
[0038]實(shí)施例1
[0039]—種納米T12與絕緣玻璃復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0040]步驟1、配料:以正硅酸乙酯、乙酸鋇、硼酸、硝酸鋁為原料，根據(jù)絕緣玻璃配方63wt% Si02-12wt% BaO-16wt% B203-9wt% Al2O3的比例稱取原料，將正娃酸乙醋、硼酸、硝酸鋁溶解于無(wú)水乙醇，將乙酸鋇溶解于醋酸中，然后將溶解有正硅酸乙酯、硼酸、硝酸鋁的乙醇和溶解有乙酸鋇的醋酸混合，得到玻璃的前驅(qū)體溶液；
[0041]步驟2、制備溶膠:在步驟I得到的前驅(qū)體溶液中緩慢加入二乙烯三胺(DETA)，所述前驅(qū)體溶液與二乙烯三胺的體積比為1:1，