CN116768624B - 一种铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料、其制备方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料、其制备方法及其用途，铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料，其结构通式为aNaNbO3‑bSrO‑cFe2O3，其中0.7≤a＜0.9，0<b≤0.2，0.05<c≤0.1。本发明铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料，随着Sr、Fe含量变化，实现了剩余极化趋于零、极化‑电场线性响应，介电峰降低最终消失，具有介电常数大、介电损耗低、高温容温变化率稳定等优点，可用于陶瓷电容器和MLCC。
Description
技术领域
本发明涉及一种铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料、其制备方法及其用途，属于电子元器件陶瓷材料技术领域。
背景技术
陶瓷电介质电容器具有快速充放电、高功率密度、抗循环老化、耐高温和高压等优点，在脉冲功率电源、高功率电子器件等领域有广阔的应用。陶瓷电容器的重要参数包括电容-电场关系、介电常数、介电损耗、容温变化率和使用温度范围等。比如，根据EIA标准，X5R、X6R、和X7R陶瓷电容器要求在高温达到85℃、105℃和125℃时容温变化率|ΔC/C25℃|≤±15％；介电损耗小于0.05。
电容器的电容值C和所用介电材料的相对介电常数εr的关系是：C＝ε0εrS/d(ε0是真空电容率)，其中S为电容器电极面积、t为介电材料厚度，即相对介电常数随温度的变化直接决定了电容器的容温变化率。
现有技术中，温度稳定型陶瓷电容器和广泛使用的多层陶瓷电容器(MLCC)所用陶瓷介电材料主要有两类，一是含铅的介电材料，二是钛酸钡基的核-壳结构材料。由于铅元素对于人类和环境具有危害性，基于环境和健康考虑，钛酸钡基的核-壳结构材料是温度稳定型陶瓷电容器和MLCC主要的介质材料。然而由于纯钛酸钡在～120℃存在相变，影响了其电容稳定性，限制了其在高温条件下的使用。因此，开发具有更高使用温度陶瓷电容器介质(介电)材料非常重要。
现有的铌酸钠基无铅材料往往呈现铁电特性，部分学者对铌酸钠基无铅材料的铁电性能进行掺杂调控，并应用于基于铁电特性的各类压电器件领域。然而现有的铌酸钠基无铅材料，由于极化-电场关系非线性、剩余极化大，使得储存的电荷不易释放，不能作为电容器介质材料使用；另外由于高温相变导致明显的介电峰，高温容温变化率不稳定，也不能作为温度的电容器介质材料。
发明内容
针对上述问题，本发明目的之一是提供一种配方简单的铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料，其结构通式为aNaNbO3-bSrO-cFe2O3，其中0.7≤a＜0.9，0<b≤0.2，0.05<c≤0.1；该陶瓷材料通过组分调控，可实现剩余极化趋于零、极化-电场线性响应、消除高温介电峰，使得材料可以应用于陶瓷电容器。
目的之二是提供一种配方简单、工艺易于实现、易于大规模生产的铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料的制备方法，具体是：先将一定摩尔比的原料粉体混合得到均匀混合物；再将混合物进行预烧制得预烧粉体；进一步地，将粘结剂加入至预烧粉体中并造粒，再经压制成型得到素坯；最后将素坯经排胶后烧结，得到陶瓷材料。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料，其结构通式为aNaNbO3-bSrO-cFe2O3，其中0.7≤a＜0.9，0<b≤0.2，0.05<c≤0.1。
本申请通过仅掺杂Sr和Fe元素，可显著降低材料的剩余极化强度、使得极化-电场线性响应，消除高温介电峰，从而使得材料可以应用于陶瓷电容器。
发明人经研究发现，本申请通过仅引入Sr元素和Fe元素，在保持化合价平衡的前提下，一方面降低了该钙钛矿材料的容忍因子；另一方面，掺杂后，该钙钛矿结构材料的A位、B位均包含两种不同离子半径、极化率、和电负性的元素，有利于实现弛豫特性。两种效应叠加，即可使得极化-电场线性响应、显著提高材料介电常数、降低容温变化率，从而使得材料可以应用于陶瓷电容器。
上述一种铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料的介电常数大于1000，介电损耗低于0.04，容温变化稳定。介电常数、介电损耗、和容温变化率并不限于此，由于介电峰已经消除，通过进一步调整配方、工艺，以上性能还可以进一步提高。
上述铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料经机械加工成所需尺寸，再经表面抛光，并被覆电极、焊接引线和封装后，可用于储能陶瓷电容器；上述材料经流延工艺，亦可以用作多层陶瓷电容器(MLCC)的介电层材料。
一种铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照结构通式组成称取Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrO粉体或者SrCO3粉体、及Fe2O3粉体混合，得到混合粉体；
2)将步骤1)得到的混合粉体在700℃-900℃下预烧2-4小时，得到预烧粉体；
3)在所得预烧粉体中加入粘结剂并造粒，再经压制成型得到素坯；
4)将素坯经500℃-600℃排胶后，在1100℃-1400℃下烧结2-4小时，并自然冷却至室温，得到所述陶瓷材料。
为了进一步确保材料的性能，上述步骤1)中，Na2CO3粉、Nb2O5粉体、SrO粉体或者SrCO3粉体、及Fe2O3粉体的纯度均＞99.0％。
为避免Na挥发的损耗，上述步骤1)中，根据Na2CO3的摩尔量，实际加入Na2CO3的量要过量0.5～2％，优选，过量1％。
上述步骤2)和4)中，预烧的升温速率均为2～4℃/min，预烧和烧结结束后，均自然冷却至室温即可。
上述步骤3)中，较佳地，所述粘结剂为聚乙烯醇，加入量为预烧粉体质量的3～7wt％。
上述步骤2)和4)中，烧结的气氛为空气。
上述步骤4)中，烧结时采用埋烧工艺，即用相同组分的预烧粉体覆盖于素坯之上。覆盖所用的预烧粉体用量能将素坯完全覆盖即可。
本发明的原理如下：
本发明采用将一定摩尔比的原料混合，通过只使用来源广泛的Sr、Fe元素，固定两者比例，在平衡电价后，有效降低了该钙钛矿材料的结构因子，且在该结构的A、B位同时实现了存在两种不同离子半价、极化率和电负性的元素，从事实现了剩余极化降低，实现了极化-电场线性响应，有利于储存电荷的释放，增大了介电常数；同时，调控了相变温度和消除了介电峰，实现了电容-温度关系稳定。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
有益效果
(1)本发明的电容器用电介质陶瓷材料，随着Sr、Fe含量变化，实现了剩余极化趋于零、极化-电场线性响应，介电峰降低最终消失，使得介电性能可以满足电容器使用；
(2)与现有技术的方法相比，本发明的优点在将传统上用于压电领域的铌酸钠基材料通过调控，应用于电介质电容器。本发明的陶瓷介电材料，具有介电常数大、介电损耗低、高温容温变化率稳定等优点，可用于陶瓷电容器和MLCC。
附图说明
图1为对比例1～4和实施例1～2制备的陶瓷材料的XRD图；
图2为对比例1、4和实施例2制备的陶瓷材料的极化-电场关系图；
图3为对比例和实施例的介电常数-温度曲线。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
各例中用到的5wt％聚乙烯醇粘结剂的制备方法为：取聚乙烯醇(聚乙烯醇1750±50，购自国药试剂)加入装有水的烧杯中(聚乙烯醇与水的质量比为5：95)，搅拌加热至90℃,保温搅拌至聚乙烯醇完全溶解,然后降温至60℃以下继续搅拌直至成为胶体状即可，自然冷却至室温得聚乙烯醇。
实施例1
一种铌酸钠基陶瓷材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按摩尔比为0.885:0.9375:0.25:0.0625的Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O3粉体混合，并采用湿式球磨法工艺球磨均匀，球磨时，按照物料:磨球:去离子水＝1:2:1的质量比球磨24h，球磨后在120℃下烘干，并过40目筛得到混合物；其中，Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O粉体均为国药集团化学试剂有限公司生产，纯度均＞99.0％；
(2)将混合物进行预烧，预烧的工艺为：3℃/min的升温速度升至800℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到预烧粉体；
(3)将步骤(2)中的预烧粉体，先按照物料:磨球:去离子水＝1:2:0.8的质量比二次球磨48h，二次球磨后120℃下烘干，过40目筛；再在预烧粉体中添加5wt％聚乙烯醇粘结剂造粒，150MPa下干压成型为直径10mm，厚度约为1mm的素坯；
(4)将步骤(3)中的素坯上覆盖预烧粉体、在烧结炉中以3℃/分钟的升温速率至600℃保温2h，排除素坯中的有机物质；继续以3℃/分钟的升温速率至1240℃保温3小时进行烧结，随后自然冷却至室温，得到陶瓷材料，该陶瓷材料的化学通式为aNaNbO3-bSrO-cFe2O3，其中，a＝0.875，b＝0.125，c＝0.0625。
将得到的陶瓷材料进行XRD测试，测试结果见图1，从图中可知电介质陶瓷材料室温下为纯相，没有观测到第二相的产生。
将烧结好的陶瓷介质材料表面磨平、清洗、烘干，再进行丝网印刷银浆后烘干，放入电炉烧银，烧银条件为600℃保温15分钟，随后自然冷却到室温，得到陶瓷电容器；对陶瓷电容器进行了极化-电场关系测试，极化-电场线性响应，剩余极化趋于零。对陶瓷电容器进行介电测量，结果如图3所示，25℃介电常数为1230，不存在相变和对应的介电峰，容温变化率|ΔC/C25℃|≤±15％最高温度为75℃，|ΔC/C25℃|≤±22％最高温度为115℃，|ΔC/C25℃|≤+22％/-33％最高温度为210℃，所有温度范围|ΔC/C25℃|≤+22％/-56％；所有温度范围|ΔC/C25℃|≤+22％/-82％，即满足EIAZ4R、Z9S、Z9T、Z9U、Z9V。
实施例2
一种铌酸钠基陶瓷材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按摩尔比为0.86:0.925:0.3:0.075的Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O3粉体混合，并采用湿式球磨法工艺球磨均匀，球磨时，按照物料:磨球:去离子水＝1:2:1的质量比球磨24h，球磨后在120℃下烘干，并过40目筛得到混合物；其中，Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O粉体均为国药集团化学试剂有限公司生产，纯度均＞99.0％；
(2)将混合物进行预烧，预烧的工艺为：3℃/min的升温速度升至800℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到预烧粉体；
(3)将步骤(2)中的预烧粉体，先按照物料:磨球:去离子水＝1:2:0.8的质量比二次球磨48h，二次球磨后120℃下烘干，过40目筛；再在预烧粉体中添加5wt％聚乙烯醇粘结剂造粒，150MPa下干压成型为直径10mm，厚度约为1mm的素坯；
(4)将步骤(3)中的素坯上覆盖预烧粉体、在烧结炉中以3℃/分钟的升温速率至600℃保温2h，排除素坯中的有机物质；继续以3℃/分钟的升温速率至1240℃保温3小时进行烧结，随后自然冷却至室温，得到陶瓷材料，该陶瓷材料的化学通式为aNaNbO3-bSrO-cFe2O3，其中，a＝0.85，b＝0.15，c＝0.075。
将得到的陶瓷材料进行XRD测试，测试结果见图1，从图中可知电介质陶瓷材料室温下为纯相，没有观测到第二相的产生。
将烧结好的陶瓷介质材料表面磨平、清洗、烘干，再进行丝网印刷银浆后烘干，放入电炉烧银，烧银条件为600℃保温15分钟，随后自然冷却到室温，得到陶瓷电容器；对陶瓷电容器进行了极化-电场关系测试，结果见图2，该陶瓷呈现极化-电场类线性响应，剩余极化趋于零；对陶瓷电容器进行介电测量，结果如图3所示，25℃介电常数为1050，不存在相变和对应的介电峰，容温变化率|ΔC/C25℃|≤±15％最高温度为115℃，|ΔC/C25℃|≤±22％最高温度为160℃，|ΔC/C25℃|≤+22％/-33％最高温度为275℃，所有温度范围|ΔC/C25℃|≤+22％/-56％；所有温度范围|ΔC/C25℃|≤+22％/-82％，即满足EIA Z6R、Z9S、Z9T、Z9U、Z9V。
实施例3
一种铌酸钠基反铁电陶瓷材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按摩尔比为0.81:0.90:0.4:0.10的Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O3粉体混合，并采用湿式球磨法工艺球磨均匀，球磨时，按照物料:磨球:去离子水＝1:2:1的质量比球磨24h，球磨后在120℃下烘干，并过40目筛得到混合物；其中，Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O粉体均为国药集团化学试剂有限公司生产，纯度均＞99.0％；
(2)将混合物进行预烧，预烧的工艺为：3℃/min的升温速度升至800℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到预烧粉体；
(3)将步骤(2)中的预烧粉体，先按照物料:磨球:去离子水＝1:2:0.8的质量比二次球磨48h，二次球磨后120℃下烘干，过40目筛；再在预烧粉体中添加5wt％聚乙烯醇粘结剂造粒，150MPa下干压成型为直径10mm，厚度约为1mm的素坯；
(4)将步骤(3)中的素坯上覆盖预烧粉体、在烧结炉中以3℃/分钟的升温速率至600℃保温2h，排除素坯中的有机物质；继续以3℃/分钟的升温速率至1240℃保温3小时进行烧结，随后自然冷却至室温，得到陶瓷材料，该陶瓷材料的化学通式为aNaNbO3-bSrO-cFe2O3，其中，a＝0.8，b＝0.20，c＝0.10。
将得到的陶瓷材料进行XRD测试，发现陶瓷为纯相，没有第二相产生。
将烧结好的陶瓷介质材料表面磨平、清洗、烘干，再进行丝网印刷银浆后烘干，放入电炉烧银，烧银条件为600℃保温15分钟，随后自然冷却到室温，得到陶瓷电容器；对陶瓷电容器进行了极化-电场关系测试，该陶瓷呈现极化-电场类线性响应，剩余极化趋于零；对陶瓷电容器进行介电测量，25℃介电常数为3357，不存在相变和对应的介电峰，容温变化率|ΔC/C25℃|≤±15％最高温度为126℃，|ΔC/C25℃|≤±22％最高温度为175℃，所有温度范围|ΔC/C25℃|≤+22％/-33％，即满足EIAZ7R、Z9S、Z9T、Z9U、Z9V。
对比例1
一种铌酸钠基陶瓷材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按摩尔比为0.985:0.9875:0.05:0.0125的Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O3粉体混合，并采用湿式球磨法工艺球磨均匀，球磨时，按照物料:磨球:去离子水＝1:2:1的质量比球磨24h，球磨后在120℃下烘干，并过40目筛得到混合物；其中，Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O粉体均为国药集团化学试剂有限公司生产，纯度均＞99.0％；
(2)将混合物进行预烧，预烧的工艺为：3℃/min的升温速度升至800℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到预烧粉体；
(3)将步骤(2)中的预烧粉体，先按照物料:磨球:去离子水＝1:2:0.8的质量比二次球磨48h，二次球磨后120℃下烘干，过40目筛；再在预烧粉体中添加5wt％聚乙烯醇粘结剂造粒，150MPa下干压成型为直径10mm，厚度约为1mm的素坯；
(4)将步骤(3)中的素坯上覆盖预烧粉体、在烧结炉中以3℃/分钟的升温速率至600℃保温2h，排除素坯中的有机物质；继续以3℃/分钟的升温速率至1240℃保温3小时进行烧结，随后自然冷却至室温，得到陶瓷材料，该陶瓷材料的化学通式为aNaNbO3-bSrO-cFe2O3，其中，a＝0.975，b＝0.025，c＝0.0125。
将得到的陶瓷材料进行XRD测试，测试结果见图1，从图中可知电介质陶瓷材料室温下为纯相，没有观测到第二相的产生。
将烧结好的陶瓷介质材料表面磨平、清洗、烘干，再进行丝网印刷银浆后烘干，放入电炉烧银，烧银条件为600℃保温15分钟，随后自然冷却到室温，得到陶瓷电容器；对陶瓷电容器进行了极化-电场关系测试，结果见图2，该陶瓷呈现铁电特性，剩余极化为43.2μC/cm2，不能用作陶瓷电容器介电材料。对陶瓷电容器进行介电测量，结果如图3所示，介电峰温度为388℃，室温介电常数为490。
对比例2
一种铌酸钠基铁电陶瓷材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按摩尔比为0.96:0.975:0.1:0.025的Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O3粉体混合，并采用湿式球磨法工艺球磨均匀，球磨时，按照物料:磨球:去离子水＝1:2:1的质量比球磨24h，球磨后在120℃下烘干，并过40目筛得到混合物；其中，Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O粉体均为国药集团化学试剂有限公司生产，纯度均＞99.0％；
(2)将混合物进行预烧，预烧的工艺为：3℃/min的升温速度升至800℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到预烧粉体；
(3)将步骤(2)中的预烧粉体，先按照物料:磨球:去离子水＝1:2:0.8的质量比二次球磨48h，二次球磨后120℃下烘干，过40目筛；再在预烧粉体中添加5wt％聚乙烯醇粘结剂造粒，150MPa下干压成型为直径10mm，厚度约为1mm的素坯；
(4)将步骤(3)中的素坯上覆盖预烧粉体、在烧结炉中以3℃/分钟的升温速率至600℃保温2h，排除素坯中的有机物质；继续以3℃/分钟的升温速率至1240℃保温3小时进行烧结，随后自然冷却至室温，得到陶瓷材料，该陶瓷材料的化学通式为aNaNbO3-bSrO-cFe2O3，其中，a＝0.95，b＝0.05，c＝0.025。
将得到的陶瓷材料进行XRD测试，测试结果见图1，从图中可知电介质陶瓷材料室温下为纯相，没有观测到第二相的产生。
将烧结好的陶瓷介质材料表面磨平、清洗、烘干，再进行丝网印刷银浆后烘干，放入电炉烧银，烧银条件为600℃保温15分钟，随后自然冷却到室温，得到陶瓷电容器；对陶瓷电容器进行了极化-电场关系测试，结果见图2，该陶瓷呈现铁电特性，剩余极化为41.1μC/cm2，不能用作陶瓷电容器介电材料。对陶瓷电容器进行介电测量，结果如图3所示，介电峰温度为308℃，室温介电常数为557。
对比例3
一种铌酸钠基陶瓷材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按摩尔比为0.935:0.9625:0.15:0.0375的Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O3粉体混合，并采用湿式球磨法工艺球磨均匀，球磨时，按照物料:磨球:去离子水＝1:2:1的质量比球磨24h，球磨后在120℃下烘干，并过40目筛得到混合物；其中，Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O粉体均为国药集团化学试剂有限公司生产，纯度均＞99.0％；
(2)将混合物进行预烧，预烧的工艺为：3℃/min的升温速度升至800℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到预烧粉体；
(3)将步骤(2)中的预烧粉体，先按照物料:磨球:去离子水＝1:2:0.8的质量比二次球磨48h，二次球磨后120℃下烘干，过40目筛；再在预烧粉体中添加5wt％聚乙烯醇粘结剂造粒，150MPa下干压成型为直径10mm，厚度约为1mm的素坯；
(4)将步骤(3)中的素坯上覆盖预烧粉体、在烧结炉中以3℃/分钟的升温速率至600℃保温2h，排除素坯中的有机物质；继续以3℃/分钟的升温速率至1240℃保温3小时进行烧结，随后自然冷却至室温，得到陶瓷材料，该陶瓷材料的化学通式为aNaNbO3-bSrO-cFe2O3，其中，a＝0.925，b＝0.075，c＝0.0375。
将得到的陶瓷材料进行XRD测试，测试结果见图1，从图中可知陶瓷材料室温下为纯相，没有观测到第二相的产生。
将烧结好的陶瓷介质材料表面磨平、清洗、烘干，再进行丝网印刷银浆后烘干，放入电炉烧银，烧银条件为600℃保温15分钟，随后自然冷却到室温，得到陶瓷电容器；对陶瓷电容器进行了极化-电场关系测试，结果见图2，该陶瓷呈现反铁电特性，剩余极化为32.2μC/cm2，不宜用作陶瓷电容器介电材料。对陶瓷电容器进行介电测量，结果如图3所示，介电峰温度为243℃，室温介电常数为664。
对比例4
一种铌酸钠基反铁电陶瓷材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按摩尔比为0.91:0.95:0.2:0.05的Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O3粉体混合，并采用湿式球磨法工艺球磨均匀，球磨时，按照物料:磨球:去离子水＝1:2:1的质量比球磨24h，球磨后在120℃下烘干，并过40目筛得到混合物；其中，Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O粉体均为国药集团化学试剂有限公司生产，纯度均＞99.0％；
(2)将混合物进行预烧，预烧的工艺为：3℃/min的升温速度升至800℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到预烧粉体；
(3)将步骤(2)中的预烧粉体，先按照物料:磨球:去离子水＝1:2:0.8的质量比二次球磨48h，二次球磨后120℃下烘干，过40目筛；再在预烧粉体中添加5wt％聚乙烯醇粘结剂造粒，150MPa下干压成型为直径10mm，厚度约为1mm的素坯；
(4)将步骤(3)中的素坯上覆盖预烧粉体、在烧结炉中以3℃/分钟的升温速率至600℃保温2h，排除素坯中的有机物质；继续以3℃/分钟的升温速率至1240℃保温3小时进行烧结，随后自然冷却至室温，得到陶瓷材料，该陶瓷材料的化学通式为aNaNbO3-bSrO-cFe2O3，其中，a＝0.9，b＝0.10，c＝0.05。
将得到的陶瓷材料进行XRD测试，测试结果见图1，从图中可知陶瓷材料室温下为纯相，没有观测到第二相的产生。
将烧结好的陶瓷介质材料表面磨平、清洗、烘干，再进行丝网印刷银浆后烘干，放入电炉烧银，烧银条件为600℃保温15分钟，随后自然冷却到室温，得到陶瓷电容器；对陶瓷电容器进行了极化-电场关系测试，结果见图2，该陶瓷呈现反铁电特性。剩余极化为9.2μC/cm2，不宜用作陶瓷电容器介电材料。对陶瓷电容器进行介电测量，结果如图3所示，介电峰温度为179℃，室温介电常数为882。
对比例5
一种铌酸钠基陶瓷材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按摩尔比为0.71:0.7:0.6:0.15的Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O3粉体混合，并采用湿式球磨法工艺球磨均匀，球磨时，按照物料:磨球:去离子水＝1:2:1的质量比球磨24h，球磨后在120℃下烘干，并过40目筛得到混合物；其中，Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrCO3粉体和Fe2O粉体均为国药集团化学试剂有限公司生产，纯度均＞99.0％；
(2)将混合物进行预烧，预烧的工艺为：3℃/min的升温速度升至800℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到预烧粉体；
(3)将步骤(2)中的预烧粉体，先按照物料:磨球:去离子水＝1:2:0.8的质量比二次球磨48h，二次球磨后120℃下烘干，过40目筛；再在预烧粉体中添加5wt％聚乙烯醇粘结剂造粒，150MPa下干压成型为直径10mm，厚度约为1mm的素坯；
(4)将步骤(3)中的素坯上覆盖预烧粉体、在烧结炉中以3℃/分钟的升温速率至600℃保温2h，排除素坯中的有机物质；继续以3℃/分钟的升温速率至1240℃保温3小时进行烧结，随后自然冷却至室温，得到陶瓷材料，该陶瓷材料的化学通式为aNaNbO3-bSrO-cFe2O3，其中，a＝0.7，b＝0.3，c＝0.15。
将得到的陶瓷材料进行XRD测试，除主要的钙钛矿结构外，观测到第二相的产生。
将烧结好的陶瓷介质材料表面磨平、清洗、烘干，再进行丝网印刷银浆后烘干，放入电炉烧银，烧银条件为600℃保温15分钟，随后自然冷却到室温，得到陶瓷电容器；对陶瓷电容器进行了极化-电场关系测试，该陶瓷呈现极化-电场类线性响应，剩余极化趋于零；对陶瓷电容器进行介电测量，25℃介电常数为6621，介电损耗为0.15，高于EIA标准的0.05，不能作为电容器陶瓷使用。
表1对比例1～5和实施例1～3电介质陶瓷的相变温度、介电常数、介电损耗及满足的容温变化率代码
上述介电常数、介电损耗为根据EIA标准要求是在1kHz下测试，频率越高，损耗越小。由表1可知，对比例1-4均存在一高温相变和相应的介电峰，剩余极化大，不宜作为陶瓷电容器用介质材料；对比例5介电损耗高于0.05，不宜作为陶瓷电容器用介质材料；实施例1-3不存在类似相变和介电峰，介电常数升高，满足EIA标准里多个系列的容温变化要求。
Claims (6)
1.一种铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料的用途，其特征在于，用作陶瓷电容器介电材料；
铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料的结构通式为aNaNbO3-bSrO-cFe2O3，其中0.7≤a＜0.9，0<b≤0.2，0.05<c≤0.1；b＝2c；
铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料，同时满足：剩余极化趋于零、极化-电场关系线性响应，介电常数在25℃时大于1000，介电损耗小于0.05，无相变和介电峰，高温电容-温度变化稳定。
2.根据权利要求1所述的铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料的用途，其特征在于，包括如下步骤：
1)按照结构通式组成称取Na2CO3粉体、Nb2O5粉体、SrO粉体或者SrCO3粉体、及Fe2O3粉体，得到混合粉体；
2)将步骤1)得到的混合粉体在700℃-900℃下预烧2-4小时，得到预烧粉体；
3)在所得预烧粉体中加入粘结剂并造粒，再经压制成型得到素坯；
4)将素坯经500℃-700℃排胶后，在1100℃-1400℃下烧结2-4小时，自然冷却至室温，得到铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料。
3.根据权利要求2所述的铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料的用途，其特征在于，步骤1)中，Na2CO3粉、Nb2O5粉体、SrO粉体或者SrCO3粉体、及Fe2O3粉体的纯度均＞99.0％。
4.根据权利要求2或3所述的铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料的用途，其特征在于，步骤1)中，Na2CO3要过量0.5～2％。
5.根据权利要求2或3所述的铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料的用途，其特征在于，步骤4)中，烧结时采用埋烧工艺，用相同组分的预烧粉体覆盖于素坯之上。
6.根据权利要求2或3所述的铌酸钠基无相变电介质陶瓷材料的用途，其特征在于，步骤3)中，粘结剂为聚乙烯醇，粘结剂的加入量为预烧粉体质量的3～7wt％。
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