本發明專利技術提供一種具有高介電常數、低介電損耗的玻璃陶瓷及其制備方法，該玻璃陶瓷的化學成分組成為：xPbO-ySrO-zNb2O5-wNa2O-vSiO2-tR，其中的x、y、z、w、v、t表示各成分的摩爾比例，分別為：4≤x≤8，8.4≤y≤15，27≤z≤36，13.5≤w≤18，28≤v≤46，0.5≤t≤5，R為La2O3、Lu2O3、Pr6O11和Sm2O3中的一種。其制備方法是將上述成分對應的原料按照所述摩爾比例進行配料、混料，在1300℃～1450℃的高溫下保溫2～3小時形成熔融的玻璃液，然后將玻璃液制成玻璃片，玻璃片經過可控結晶熱處理，得到本發明專利技術的玻璃陶瓷。本發明專利技術的玻璃陶瓷具有高的介電常數、低的介電損耗，適合用作交流高壓電容器介質。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，該玻璃陶瓷適合用作交流高壓電容器介質。
技術介紹
交流高壓電容器是高壓輸電、交流高壓設備中不可缺少的電子元件之一。隨著高壓設備小型化、輕型化的發展，對高壓電容器提出了更加苛刻的要求，除了要求其具有高耐壓強度，還要求具有盡可能小的介質損耗。玻璃陶瓷作為一類新型電容器介質，具有其他燒結陶瓷無法比擬的優勢，它采用完全不同于燒結陶瓷的制備工藝，通過高溫熔融-快速冷卻，制備出完全致密的玻璃基體，然后在一定溫度下保溫，析出高介電常數的陶瓷相，通過該工藝制備的玻璃陶瓷完全消除了孔隙，實現了高的直流擊穿場強，通常可達到40 50kV/mm，是燒結鐵電陶瓷的5 6倍，在高壓直流陶瓷電容器領域展現出了良好的應用前景。但是玻璃陶瓷作為一種新型電容器復合介質，也存在不足之處。玻璃陶瓷一般具有較大的損耗，這主要是由于玻璃相中的堿金屬離子以及復合材料中的空間電荷等造成，限制了其在交流環境中的應用。另外，玻璃陶瓷作為一種復合材料，是由高介電常數陶瓷相和低介電常數的玻璃相構成，玻璃相的含量通常占到復合材料體積分數的30% 50%，甚至更高，這就大大限制了復合材料的有效介電常數，一般很難獲得與燒結鐵電陶瓷相近的高介電常數。對于相同工作電壓、容量的電容器來講，電容器介質的介電常數越低，介質的厚度就需要做得很薄，在相同的工作電壓下，介質承擔的工作場強就越高，介質中的損耗會隨著電場強度的增加而急劇增大，從而降低了電容器的可靠性和壽命 。目前常見的玻璃陶瓷材料，如鈦酸鋇體系玻璃陶瓷、鈮酸鹽體系玻璃陶瓷，均具有較高的介電損耗，通常在I % 5%范圍內，介電常數通常在200 800之間。因此，為了適應交流高壓環境，有必要發展具有更高介電常數、更低介電損耗的玻璃陶瓷材料體系。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種具有高介電常數、低介電損耗的玻璃陶瓷。本專利技術的另一目的在于提供一種上述玻璃陶瓷的制備方法。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術手段:一種具有高介電常數、低介電損耗的玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷的化學成分組成為:xPb0-ySr0-zNb205-wNa20_vSi02-tR,其中的x、y、z、W、V、t表示各成分的摩爾比例，分別為:4彡 X 彡 8,8.4 ^ y ^ 15,27 ^ z ^ 36,13.5 ^ w ^ 18,28 ^ V ^ 46,0.5 < t < 5，R 為La203、Lu2O3> Pr6O11 和 Sm2O3 中的一種。本專利技術的玻璃陶瓷以鈮酸鹽體系玻璃陶瓷為基體，向其中添加稀土氧化物成分R對其進行改性，稀土氧化物的添加能進一步提高玻璃陶瓷基體的介電常數，并進一步降低介電損耗。一種上述玻璃陶瓷的制備方法，包括以下步驟:(I)按照玻璃陶瓷中各成分的摩爾比例稱取以下原料:PbO ;SrC0jP Sr (NO3)2中的任意一種；Nb205 ;Na2C03、Na0H和NaNO3中的任意一種；Si02 ;以及稀土氧化物R，利用翻轉混料機將原料混合4 7個小時，然后將混合均勻的原料在1300 1450°C的高溫下保溫2 3個小時形成熔融的玻璃液；(2)將熔融的玻璃液快速倒入提前預熱至400 550°C的金屬模具中，成型后放入退火爐中進行去應力退火，制備得到玻璃片；(3)將玻璃片進行可控結晶熱處理，處理工藝為:首先在600 700°C溫度范圍內保溫2 3個小時，促使主陶瓷相均勻形核，然后緩慢升溫到800 1000°C保溫2 3個小時使晶核均勻長大，得到玻璃陶瓷。所述步驟(2)制備玻璃片的方法還可以是:將熔融的玻璃液倒入轉動的壓延機兩滾軸之間，軋制得到玻璃片。所述玻璃片的厚度為I 2mm。本專利技術的優點是:本專利技術的玻璃陶瓷為鈮酸鹽體系玻璃陶瓷，具有高介電常數(介電常數為400 1400)、低介電損耗(介電損耗為0.003 0.008),適合用作交流高壓電容器介質。具體實施例方式以下通過具體實施例對本專利技術做進一步說明。實施例1選擇分析純的PbO、SrCO3> Nb2O5, Na2CO3^ SiO2和La2O3為原料，按照表I中的摩爾比例進行分別配料，利用去離子水作為分散介質，氧化鋯球作為研磨介質，在尼龍罐中利用翻轉混料機混合4小時，將混合均勻的漿料在120°C烘箱中烘干。隨后將混合均勾的原料加入怕金樹禍中，在1450 C的聞溫下保溫3小時。接著將熔融均勻的玻璃液快速倒入提前預熱至550°C的金屬模具中，成型后放入退火爐中進行去應力退火，保溫6小時后，關掉退火爐，隨爐冷卻，制備得到I 2_厚的玻璃片。將制備的玻璃片進行可控結晶熱處理，處理工藝如下:首先在600°C溫度范圍內保溫3小時，促使主陶瓷相均勻形核，然后緩慢升溫到900°C保溫3小時使晶核均勻長大，得到以鈮酸鹽陶瓷相為主晶相的玻璃陶瓷片。實施例2 6選擇分析純的PbO、Sr (NO3) 2、Nb2O5, NaOH, SiO2和R為原料，按照表I中的摩爾比例進行分別配料，利用去離子水作為分散介質，氧化鋯球作為研磨介質，在尼龍罐中利用翻轉混料機混合4小時，將混合均勻的漿料在120°C烘箱中烘干。隨后將混合均勻的原料加入鉬金坩堝中，在1450°C的高溫下保溫3小時。接著將熔融均勻的玻璃液倒入轉動的壓延機兩輥輪之間，壓制成I 2mm厚的玻璃片，隨后立即進入退火爐中進行去應力退火，保溫6小時后， 關掉退火爐，隨爐冷卻，制得玻璃片。將制備的玻璃片進行可控結晶熱處理，處理工藝如下:首先在600°C溫度范圍內保溫3小時，促使主陶瓷相均勻形核，然后緩慢升溫到900°C保溫3小時使晶核均勻長大，得到以鈮酸鹽陶瓷相為主晶相的玻璃陶瓷片。實施例7 9選擇分析純的PbO、Sr (NO3) 2、Nb2O5, NaN03> SiO2和R為原料，按照表I中的摩爾比例進行分別配料，利用去離子水作為分散介質，氧化鋯球作為研磨介質，在尼龍罐中利用翻轉混料機混合4小時，將混合均勻的漿料在120°C烘箱中烘干。隨后將混合均勾的原料加入怕金樹禍中，在1450 C的聞溫下保溫3小時。接著將熔融均勻的玻璃液快速倒入提前預熱至550°C的金屬模具中，成型后放入退火爐中進行去應力退火，保溫6小時后，關掉退火爐，隨爐冷卻，制備得到I 2_厚的玻璃片。將制備的玻璃片進行可控結晶熱處理，處理工藝如下:首先在600°C溫度范圍內保溫3小時，促使主陶瓷相均勻形核，然后緩慢升溫到KKKTC保溫3小時使晶核均勻長大，得到以鈮酸鹽陶瓷相為主晶相的玻璃陶瓷片。表I本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種具有高介電常數、低介電損耗的玻璃陶瓷，其特征在于，該玻璃陶瓷的化學成分組成為：xPbO?ySrO?zNb2O5?wNa2O?vSiO2?tR，其中的x、y、z、w、v、t表示各成分的摩爾比例，分別為：4≤x≤8，8.4≤y≤15，27≤z≤36，13.5≤w≤18，28≤v≤46，0.5≤t≤5，R為La2O3、Lu2O3、Pr6O11和Sm2O3中的一種。
【技術特征摘要】
1.一種具有高介電常數、低介電損耗的玻璃陶瓷，其特征在于，該玻璃陶瓷的化學成分組成為:xPb0-ySr0-zNb205-wNa20-vSi02-tR,其中的x、y、z、w、v、t表示各成分的摩爾比例，分別為:4 ≤ X ≤8，8.4≤y≤ 15，27≤z ≤36，13.5 ≤w ≤ 18,28 ^ v ^ 46,0.5 ^ t ^ 5,R 為 La203、Lu2O3> Pr6O11 和 Sm2O3 中的一種。2.—種權利要求1所述玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)按照玻璃陶瓷中各成分的摩爾比例稱取以下原料=PbO; SrCOjP Sr (NO3)2中的任意一種；Nb205 ;Na2C03、Na0H和NaNO3中的任意一種；Si02 ;以及稀土氧化物R，利...
【專利技術屬性】
技術研發人員：杜軍，張慶猛，羅君，唐群，韓東方，周毅，
申請(專利權)人：北京有色金屬研究總院，
類型：發明
國別省市：
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