高压陶瓷电容器介质材料、高压陶瓷电容器及制备方法与流程

本发明涉及电子陶瓷材料，具体涉及一种高压陶瓷电容器介质材料、高压陶瓷电容器及制备方法。

背景技术：

1、当前，国内智能电网主要采用电容分压无源取电作为主流供电形式，其分压核心元件为高压陶瓷电容器，因此高压陶瓷电容器的性能指标将直接决定整个设备上午计量精度、户外使用寿命等。高压陶瓷电容器的性能指标主要包括介电常数、宽温容量稳定性、介质损耗、高压电气可靠性和无铅环保等。

2、目前，传统商用钛酸钡高压陶瓷普遍存在介电常数偏低、宽温容量漂移大、高压局放性能差、含铅不环保等缺陷；常规单稀土掺杂钛酸钡陶瓷的介电常数仅80~120，无法满足新一代小型化大容量取电芯片需求；而现有高温度稳定np0陶瓷介质材料（专利公开号：cn121583773a）的介电上限仅138，难以覆盖120~180的高介区间，存在明显性能空白。

3、综上，上述现有高压陶瓷电容器介质材料普遍存在以下缺陷：（1）介电常数范围窄，在不同场合要求下需要开发不同的配方体系，配方兼容性低，大大增加了研发成本；（2）介质损耗偏高，局放性能差，高温环境容易老化，缩短了产品使用寿命；（3）宽温容量漂移严重，温度范围窄，高温或者低温容量变化率较大，直接影响取电装置计量精度；（4）晶界缺陷多，户外长期高低温循环、湿热环境下容量衰减加速，雷电冲击易出现不可逆容量偏移；（5）由于无铅产品耐压水平低，为了提高耐压性能，很多配方体系往往含铅，不适合社会需求。

4、因此，亟需一种介电常数范围宽、介质损耗低、宽温稳定且无铅环保的高压陶瓷电容器介质材料。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种高压陶瓷电容器介质材料、高压陶瓷电容器及制备方法，旨在解决现有技术中高压陶瓷电容器介质材料存在的介电常数范围窄、介质损耗偏高、宽温容量稳定性和高压电气可靠性差及含铅不环保等缺陷。

2、第一方面，本发明实施例提供一种高压陶瓷电容器介质材料，所述材料由以下重量百分比的原料制成：

3、碳酸钡40%~45%，二氧化钛35%~40%，三氧化二镝1.2%~3.0%，三氧化二钆1.0%~2.8%，三氧化二钐2.0%~4.2%，三氧化二铋3.5%~7.0%，五氧化二铌0.8%~2.2%，锆酸钙2.5%~5.5%。

4、第二方面，本发明实施例提供一种高压陶瓷电容器制备方法，包括以下步骤：

5、将碳酸钡、二氧化钛、三氧化二镝、三氧化二钆、三氧化二钐、三氧化二铋、五氧化二铌和锆酸钙按照40%~45%：35%~40%：1.2%~3.0%： 1.0%~2.8%：2.0%~4.2%：3.5%~7.0%：0.8%~2.2%：2.5%~5.5%重量百分比混合均匀，得到混合原料；将所述混合原料加入研磨介质、分散介质以及分散助剂后进行湿法球磨混合，过筛后得到初级料浆；将所述初级料浆进行砂磨分散处理，得到均匀的介质料浆；

6、将所述介质料浆进行离心喷雾造粒，得到造粒颗粒；对所述造粒颗粒进行筛分，取目标粒径范围内的粉料后加入脱模剂，并进行混合均质化处理，得到混合后的造粒料；

7、将所述造粒料进行压制成型，得到目标密度的坯片；

8、将所述坯片进行排胶预烧处理，得到排胶坯体；

9、将所述排胶坯体进行高温烧结处理，得到烧结陶瓷体；

10、对所述烧结陶瓷体进行后处理与电极封装，制成高压陶瓷电容器成品。

11、作为本发明的优选方式，在所述过筛后得到初级料浆的步骤中，所述研磨介质为锆球，所述分散介质为去离子水，所述分散助剂包括粘合剂、分散剂和消泡剂；

12、所述混合原料、所述研磨介质、所述分散介质、所述粘合剂、所述分散剂和所述消泡剂的质量比为1：3：1：0.1：0.01：0.01。

13、作为本发明的优选方式，在所述得到均匀的介质料浆的步骤中，所述砂磨分散处理的转速为2100~2500 r/min，循环次数为15~25次。

14、作为本发明的优选方式，在所述得到造粒颗粒的步骤中，所述离心喷雾造粒的工艺参数为：进口温度为230℃~250℃，出口温度为100℃~120℃，雾化器频率为120hz~150hz。

15、作为本发明的优选方式，在所述得到混合后的造粒料的步骤中，所述目标粒径范围为80目~250目；

16、在所述得到混合后的造粒料的步骤中，所述脱模剂为硬脂酸钙，其添加量为所述粉料质量的0.1%~0.4%；所述混合均质化处理的时间为40min~1h。

17、作为本发明的优选方式，在所述得到目标密度的坯片的步骤中，所述坯片的目标密度为3.7g/cm³~3.8g/cm³。

18、作为本发明的优选方式，在所述得到排胶坯体的步骤中，所述排胶预烧处理的温度为600℃~700℃，保温时间为5h~10h。

19、作为本发明的优选方式，在所述得到烧结陶瓷体的步骤中，所述高温烧结处理的温度为1280℃~1380℃，烧制总时间为25h~30h，保温时间为3h~5h。

20、第三方面，本发明实施例提供一种高压陶瓷电容器，其采用如第二方面及其优选方式所述的高压陶瓷电容器制备方法制备而成。

21、本发明实施例提供的高压陶瓷电容器介质材料、高压陶瓷电容器及制备方法，采用钡钛主相加上三元稀土、铋、铌、锆酸钙，通过调整原料配比达到了120~180的较宽介电常数范围，增加了配方兼容性，可以满足不同场合的应用需求；采用多种稀土搭配锆酸钙稳定晶格，配合精细研磨、长时间均匀烧结，减少了温度带来的容量突变，在覆盖-40℃低温至70℃高温的户外工作温度中温度稳定性好，户外四季温差下分压稳定，计量误差小；该介质材料中采用铌元素填补晶格空位降低损耗，采用铋元素再搭配长时烧结让瓷体致密无气孔，稀土强化晶界绝缘，使得高压工作发热少，介质损耗低，局放性能好，延长了产品使用寿命长；采用氧化铋、锆酸钙替代传统铅组分提升耐压，全程不含铅原料，符合环保标准，同时解决普通无铅陶瓷耐压不足的问题，适配电网绿色设备要求。

22、此外，制备方法中采用球磨加上高速砂磨细化粉料，同时采用分段排胶、长时间烧结消除气孔内应力以及锆酸钙加固晶界，在户外长期温差、潮湿环境下容量衰减慢，雷击后容量不会永久偏移，设备免维护周期更长，减少运维成本；采用固定球磨、砂磨、造粒、烧结全套工艺参数，统一筛分粒度、添加脱模剂，能够使同批次、不同批次的产品性能差异小，生产良品率高，现有产线可直接投产，改造成本低。

1.一种高压陶瓷电容器介质材料，其特征在于，所述材料由以下重量百分比的原料制成：

2.一种高压陶瓷电容器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述过筛后得到初级料浆的步骤中，所述研磨介质为锆球，所述分散介质为去离子水，所述分散助剂包括粘合剂、分散剂和消泡剂；

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述得到均匀的介质料浆的步骤中，所述砂磨分散处理的转速为2100~2500 r/min，循环次数为15~25次。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述得到造粒颗粒的步骤中，所述离心喷雾造粒的工艺参数为：进口温度为230℃~250℃，出口温度为100℃~120℃，雾化器频率为120hz~150hz。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述得到混合后的造粒料的步骤中，所述目标粒径范围为80目~250目；

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述得到目标密度的坯片的步骤中，所述坯片的目标密度为3.7g/cm³~3.8g/cm³。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述得到排胶坯体的步骤中，所述排胶预烧处理的温度为600℃~700℃，保温时间为5h~10h。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述得到烧结陶瓷体的步骤中，所述高温烧结处理的温度为1280℃~1380℃，烧制总时间为25h~30h，保温时间为3h~5h。

10.一种高压陶瓷电容器，其特征在于，所述高压陶瓷电容器采用如权利要求2~9所述的高压陶瓷电容器制备方法制备而成。