[发明专利]一种基于相变调控提升温度稳定性的钛酸锶钡-钛酸铋钠基陶瓷材料的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种基于相变调控提升温度稳定性的钛酸锶钡‑钛酸铋钠基陶瓷材料的制备方法及其制得的产品，在钛酸锶钡‑钛酸铋钠基陶瓷材料中，通过掺杂的三价Bisupgt;3+/supgt;取代ABOsubgt;3/subgt;钙钛矿型结构中的A位离子(二价Srsupgt;2+/supgt;和Basupgt;2+/supgt;)，并且通过施加电场和升温的极化预处理实现不可逆相变过程，从而实现温度稳定性的大幅提升，并且保留钛酸锶钡‑钛酸铋钠基陶瓷的高介电常数和在低场强下的高储能特性，在高温陶瓷电容器领域具有良好的应用前景。本发明制备方法原料中不含铅、稀土和贵金属元素，降低了生产成本，并且满足环境友好型社会发展要求，适合于工业化生产，有利于促进新型无铅储能电介质陶瓷的进步和发展。

技术领域

本发明涉及储能电介质陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种基于相变调控显著提升介电温度稳定性且兼具低场强下获得高储能特性的钛酸锶钡-钛酸铋钠基陶瓷电容器材料的制备方法及其产品。

背景技术

在储能技术和电子工业的快速发展中，对新型储能材料高温工作应用中提出更高、更苛刻的要求，尤其是混合动力电动汽车、沙漠石油钻井、火场救援等装备中都涉及耐高温电子元器件，比如：电动汽车中防抱死制动系统(ABS)在紧急制动时的环境温度可达150～250℃，而气缸压力传感的环境温度范围为200～300℃；沙漠石油钻井装置中，随勘探深度越深，所需稳定工作温度越高，需求的电子元器件要求越高；随宽带隙半导体材料的发展，半导体的工作温度已经延伸至200℃甚至高于300℃，其搭载的电子元器件也同样需要经受恶劣条件，其中包含陶瓷电容器材料。因此，期望其在高温环境中稳定运行，要求陶瓷电容器材料高温段温度延伸至300℃以上。

目前，陶瓷电容器期望满足国际电子工业联盟制定的XnR标准，以评估电容器的温度稳定性。其中广泛使用的商用II类电容器X7R、X8R、X9R系列，是以25℃为基准温度，分别在-55～125℃、-55～150℃、-55～200℃的温度范围内，满足介电常数变化率(TCC)≤±15％，但这类陶瓷电容器的介电常数较低(～1000,@1kHz)。加之由于环境友好型发展，限制了铅基陶瓷的使用，Bi_0.5Na_0.5TiO₃陶瓷材料因具有复杂的相结构、较高的极化值及存在介电双峰现象，被业界认为是有望替代铅基储能电介质陶瓷的首选材料之一，经长期研究，目前已获得较好的储能特性和较宽泛的高温介电稳定性，但其中普遍选择以150℃为基准温度、并要求满足TCC≤±15％，难以满足在高温环境(＞300℃)中稳定运行。

总之，在实际应用中期望陶瓷电容器材料同时具有高介电常数、高储能密度和高温段(＞300℃)TCC≤±15％，甚至TCC≤±10％，以便开发出满足高介电常数和高温稳定性，兼具高储能特性的新型无铅电介质陶瓷材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于相变调控提升温度稳定性的钛酸锶钡-钛酸铋钠基陶瓷材料的制备方法，在钛酸锶钡-钛酸铋钠基陶瓷材料中，通过掺杂的三价Bi³⁺取代ABO₃钙钛矿型结构中的A位离子(二价Sr²⁺和Ba²⁺)，并且通过施加电场和升温的极化预处理实现不可逆相变过程，从而实现温度稳定性的大幅提升，并且保留钛酸锶钡-钛酸铋钠基陶瓷的高介电常数和在低场强下的高储能特性，以促进了新型无铅储能电介质陶瓷的进步和发展。本发明的另一目的在于提供利用上述制备方法制得的产品。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种基于相变调控提升温度稳定性的钛酸锶钡-钛酸铋钠基陶瓷材料的制备方法，所述陶瓷材料的化学式为Ba_0.105-1.5xSr_0.245-1.5yBi_0.325+x+yNa_0.325TiO₃，其中0＜x≤0.07、0≤y＜0.08，以BS-BNT表示；制备方法包括以下步骤：