本发明涉及电介质材料，尤其是涉及一种高储能密度铌酸钠基无铅陶瓷介质材料及其制备。
背景技术：
1、能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。随着社会现代化的全面发展，其需求量日益增加，如何高效利用能源成为世界各国共同关注的焦点，而电子元器件小型化和集成化的高速发展对材料的性能更是提出了更高要求。陶瓷电介质电容器因其充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性好等特点，在航空航天，医疗器械，汽车电子，激光武器等重要领域得到广泛的应用。铅基反铁电材料凭借其优异的储能特性和放电特性占据陶瓷电介质电容器市场主体地位，但铅元素对环境和健康带来的危害使得环境友好的无铅电介质储能材料的开发迫在眉睫。
2、以钛酸钡、钛酸铋钠、钛酸锶、铌酸钾钠、铌酸银、铌酸钠等为基体的钙钛矿无机材料成为目前主要研究的几类无铅储能陶瓷体系。其中，铌酸钠基陶瓷作为无铅反铁电体系的重要一员，具有理论密度小、极化强度和居里温度高、相结构丰富等特点，在电介质储能领域受到广泛关注。其中，铌酸钠基陶瓷作为无铅反铁电体系的重要一员，具有理论密度小、极化强度和居里温度高、相结构丰富等特点，在电介质储能领域受到广泛关注。然而铌酸钠基陶瓷反铁电相在高电场的诱导下很容易转变成亚稳态铁电相，从而表现出具有铁电特征的方形饱和电滞回线，导致其高场下的漏导和损耗偏大，使得无法获得较高的击穿电场，不利于高储能密度的获得。为此，人们采用多种多样的方法来降低铌酸钠基陶瓷的漏导和损耗，进一步提高其储能密度。专利(申请号cn202211407274)通过将适量的ba(fe0.5nb0.5)o3掺杂进nanbo3基体中，在室温下获得0.97～4j/cm3的储能密度，其储能效率为55.8～82.4％。到目前为止，铌酸钠基无铅储能陶瓷的储能密度和储能效率均5j/cm3和85％以下，难以同时获得兼具高储能密度、高储能效率、低损耗的铌酸钠基陶瓷，限制了该体系在电介质储能领域中的应用。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高储能密度铌酸钠基无铅陶瓷介质材料及其制备。
2、该材料可以显著提高无铅储能陶瓷的储能密度和储能效率，以及其耐击穿电场。通过本发明获得的陶瓷具有较高的击穿场强，并且具备优异的储能特性、制备工艺简单、陶瓷样品均一性良好、可靠性高、无铅无污染，有利于推进下一代电子元器件的发展需要。
3、本发明首次通过在0.75nanbo3-0.25bi0.5na0.5tio3其中x＝0-0.10二元体系中引入一定量的sr0.7bi0.2tio3成分，并添加适量的mnco3降低制备出的nanbo3-bi0.5na0.5tio3-sr0.7bi0.2tio3材料的漏导，进而提高其绝缘性。在保持铌酸钠高饱和极化强度的同时显著地降低了漏导、减小了剩余极化强度、提高了击穿电场强度，使铌酸钠基无铅陶瓷介质的储能密度得到大幅度的提升，具有重大的实际应用价值。
4、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5、一种铌酸钠基无铅陶瓷介质材料，该陶瓷介质材料的化学组成为(1-x)(0.75nanbo3-0.25bi0.5na0.5tio3)-xsr0.7bi0.2tio3+0.1-0.2wt％mnco3，其中x＝0-0.10。一种铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的制备方法，包括以下步骤：
6、s1：按照铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的化学通式，将铋源、钠源、钛源、锶源以及铌源混合，并依次经过一次球磨、出料、烘干、预烧，得到预合成陶瓷粉体；
7、s2：向s1得到的预合成陶瓷粉体中加入mnco3并二次球磨，后烘干、过筛，得到铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的原料粉体，向铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的原料粉体中加入有机溶剂、乳化剂、增塑剂、粘结剂和分散剂混合均匀，得到铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的浆料，后通过流延成型得到陶瓷膜、对陶瓷膜进行等静压处理、排胶、烧结即得到所述铌酸钠基陶瓷介质材料。
8、进一步的，所述铋源包括bi2o3，所述钠源包括na2co3，所述钛源包括tio2，所述锶源包括srco3，所述铌源包括nb2o5。
9、进一步的，所述的一次球磨与二次球磨过程的条件为：采用无水乙醇和zro2球作为球磨介质，其中，zro2球、无水乙醇与原料的质量比为(2.2-2.6):(1.4-1.6):1，球磨转速为420-460r/min，球磨时间为20-23h。
10、进一步的，步骤s1中，所述预烧的温度为800-850℃，预烧的时间为4-8h。
11、进一步的，步骤s2中，所述乳化剂选择三油酸甘油脂，所述增塑剂选择邻苯二甲酸二丁酯，所述粘结剂选择聚乙烯醇缩丁醛，所述分散剂选择聚乙二醇。
12、进一步的，所述乳化剂的加入量为铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的原料粉体质量的2.8-3.2％；所述增塑剂的加入量为铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的原料粉体质量的2.8-3.2％；所述粘结剂的加入量为铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的原料粉体质量的10-12％；所述分散剂的加入量为铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的原料粉体质量的2.8-3.2％。
13、进一步的，步骤s2中，所述等静压处理的条件为：在温度70-80℃下依次采用50mpa、100mpa、150mpa和200mpa的压力进行加压。
14、进一步的，步骤s2中，所述烧结过程具体为：以2.5-3.5℃/min的升温速率加热至1200-1300℃，并恒温煅烧2-4h。
15、进一步的，步骤s2中，所述排胶的温度为550-600℃，排胶的时间为20-24h。
16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17、(1)本发明制备的铌酸钠基无铅陶瓷介质材料击穿电场强度高、电滞回线细长、储能特性优异，对于实现电子元器件的无铅化、小型化和集成化具有重大的实用价值。
18、(2)本发明通过在0.75nanbo3-0.25bi0.5na0.5tio3二元体系中引入一定量的sr0.7bi0.2tio3成分，并添加适量的mnco3降低制备出的nanbo3-bi0.5na0.5tio3-sr0.7bi0.2tio3材料的漏导，进而提高其绝缘性。在保持铌酸钠高饱和极化强度的同时显著地降低了漏导、减小了剩余极化强度、提高了击穿电场强度，使铌酸钠基无铅陶瓷介质的储能密度得到大幅度的提升，具有重大的实际应用价值。
1.一种铌酸钠基无铅陶瓷介质材料，其特征在于，该陶瓷介质材料的化学组成为(1-x)(0.75nanbo3-0.25bi0.5na0.5tio3)-xsr0.7bi0.2tio3+0.1-0.2wt％mnco3其中x＝0-0.10。
2.一种如权利要求1所述的铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，所述铋源包括bi2o3，所述钠源包括na2co3，所述钛源包括tio2，所述锶源包括srco3，所述铌源包括nb2o5。
4.根据权利要求2所述的铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，所述的一次球磨与二次球磨过程的条件为：采用无水乙醇和zro2球作为球磨介质，其中，zro2球、无水乙醇与原料的质量比为(2.2-2.6):(1.4-1.6):1，球磨转速为420-460r/min，球磨时间为20-23h。
5.根据权利要求2所述的铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述预烧的温度为800-850℃，预烧的时间为4-8h。
6.根据权利要求2所述的铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述乳化剂选择三油酸甘油脂，所述增塑剂选择邻苯二甲酸二丁酯，所述粘结剂选择聚乙烯醇缩丁醛，所述分散剂选择聚乙二醇。
7.根据权利要求6所述的铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，所述乳化剂的加入量为铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的原料粉体质量的2.8-3.2％；所述增塑剂的加入量为铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的原料粉体质量的2.8-3.2％；所述粘结剂的加入量为铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的原料粉体质量的10-12％；所述分散剂的加入量为铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的原料粉体质量的2.8-3.2％。
8.根据权利要求2所述的铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述等静压处理的条件为：在温度70-80℃下依次采用50mpa、100mpa、150mpa和200mpa的压力进行加压。
9.根据权利要求2所述的铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述烧结过程具体为：以2.5-3.5℃/min的升温速率加热至1200-1300℃，并恒温煅烧2-4h。
10.根据权利要求2所述的铌酸钠基无铅陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述排胶的温度为550-600℃，排胶的时间为20-24h。
