[发明专利]超宽稳定温区的高温高介电电容材料及其制备方法

说明书

本发明公开了超宽稳定温区的高温高介电电容材料及其制备方法，电容材料的化学组成为0.99[(1‑x)Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑xNaNbO₃]‑0.01Sr_0.8Na_0.4Nb₂O₆，其中x＝0.25电容材料的制备过程为先对原始粉料进行烘干处理，接着称取原始粉料；然后对原始材料进行一次球磨后进行预烧，接着二次球磨后等静压成型，最后在高温炉空气气氛中烧结。电容材料在室温下的介电常数ε′为1250，且以室温下的介电常数为基准，介电常数在此基准上下波动15％对应的温区为‑90℃～383℃，介电损耗小于0.02对应的温区为‑63℃～357℃。同时满足介电常数和损耗的稳定温区为‑63℃～357℃。该种电容材料制备原料来源广泛，制备所得陶瓷介电性能优异，制备工艺简单，成本低且重复性好。

技术领域

本发明涉及电容材料技术领域，具体说是涉及超宽稳定温区的高温高介电电容材料及其制备方法。

背景技术

随着全球化电容市场的快速发展，铁电陶瓷电容器作为无源元件已广泛地应用在旁路、耦合、解耦、平波和脉冲放电等电路中。同时，在某些尖端技术领域，如汽车电子、航空航天、石油勘探工业领域以及耐高温宽禁带半导体电子器件领域急需可以在200℃以上高温下工作的电容元件。然而，目前商用的电容元件，如X7R、X8R和X9R，其使用温度下限均为-55℃，上限分别是125℃、150℃，和200℃，然而其高温限较低，这限制了高温电子电路技术的发展。同时，近年来随着全球环保意识的增强，人们已普遍认识到了含铅材料对环境和人类健康的危害，开始要求在电子信息产业中禁止使用含铅材料。因此，为了保证尖端技术领域对高温电容器介质瓷料的需求，同时满足无铅化的要求，迫切需要对宽温区且高温限在200℃以上的高温无铅电容器介质陶瓷进行研发。

Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)无铅陶瓷作为一种弛豫铁电体，由于居里温度高(500℃)，烧结温度较低(一般情况下1200℃)，在还原性气氛下烧结不易半导化，并与金属镍电极具有较好的兼容性，是一种有望获得在高温领域应用的宽温区电介质材料。通过引入不同电价和半径的离子可增强随机电场被认为是一种有效改进介电稳定性的方式。涉及介电温度稳定性的提升主要是由于极性纳米微区PNRs相关长度的降低，表现为平缓宽化的介电常数峰。然而目前对Bi_0.5Na_0.5TiO₃基陶瓷的改性在提高介电温度稳定性的同时牺牲了介电常数值，且介电常数稳定温区的低温限还不够低，往往在室温附近，难以延伸到-55℃。尤其值得注意的是满足介电损耗0.02的温度区间难以扩展到-55℃-300℃。以上缺点对电容器件的小型化和实际应用十分不利。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了超宽稳定温区的高温高介电电容材料及其制备方法。采用钨青铜结构材料Sr_0.8Na_0.4Nb₂O₆和具有钙钛矿结构的反铁电相材料NaNbO₃对Bi_0.50Na_0.50TiO₃陶瓷进行改性，将使用温区的低温限延伸到-55℃以下，高温限延伸到350℃以上，在实现拓展介电常数稳定温区的同时降低介电损耗，最终实现介电常数和损耗温区的同步拓宽(-63℃-357℃)，且在这一温区介电常数保持在1250±15％内，介电损耗≤0.02。

(二)技术方案