一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無機(jī)非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法，介質(zhì)配方組成包括（重量百分比）：SrTiO388-96%，LiNbO30.1-4%，Dy2O30.05-4%，SiO2-B2O3-Li2O玻璃粉0.03-3.0%，CuO0.1-4%，SiO20.01~1%，MnO20.03-2.0%；其中SrTiO3、LiNbO3、SiO2-B2O3-Li2O玻璃粉分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。本發(fā)明采用常規(guī)的陶瓷電容器介質(zhì)制備方法和一次燒結(jié)工藝方法，利用電容器陶瓷普通化學(xué)原料，制備得到無鉛、無鎘的低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)，還能降低電容器陶瓷的燒結(jié)溫度，該介質(zhì)適合于制備單片陶瓷電容器和單層片式陶瓷電容器。
【專利說明】一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無機(jī)非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法，它采用常規(guī)的陶瓷電容器介質(zhì)制備方法和一次燒結(jié)工藝方法，利用電容器陶瓷普通化學(xué)原料，制備得到無鉛、無鎘的低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)，還能降低電容器陶瓷的燒結(jié)溫度，該介質(zhì)適合于制備單片陶瓷電容器和單層片式陶瓷電容器，能大大降低陶瓷電容器的成本，該介質(zhì)介電常數(shù)高，容易實現(xiàn)陶瓷電容器的小型化，同時能提高耐電壓以擴(kuò)大晶界層陶瓷電容器的應(yīng)用范圍，并且在制備和使用過程中不污染環(huán)境。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著表面安裝技術(shù)的迅速發(fā)展與普及，表面安裝元件(SMC)在電子設(shè)備中的占有率穩(wěn)步提高；1997年，世界發(fā)達(dá)國家電子元器件片式化率已達(dá)70%以上，全世界平均40%以上；2000年，全世界電子元器件片式化率達(dá)70%，2002年，片式化率已經(jīng)超過85% ;特別是為適應(yīng)信息領(lǐng)域和航空航天等國防尖端領(lǐng)域?qū)π⌒投喙δ茈娮友b置日益緊迫的需求，順應(yīng)通信與信息終端的便攜化、小型化與多功能化發(fā)展潮流，片式電子元件進(jìn)入了全面發(fā)展的新時期；單層片式半導(dǎo)體陶瓷材料分為表面層型和晶界層型兩類，其特點是體積小、容量大，此外，晶界層半導(dǎo)體陶瓷材料還具有溫度特性好、頻率特性好、工作頻率高等優(yōu)點；目前在全球范圍內(nèi)，只有AVX、J0HANS0N等不到十家公司能提供單層片式半導(dǎo)體陶瓷材料，全球?qū)螌悠桨雽?dǎo)體陶瓷材料元件的市場總需求高達(dá)45億只/年；為適應(yīng)電子元器件微型化、輕型化、復(fù)合化、高頻化和高性能化的日益迫切要求，半導(dǎo)體陶瓷材料在小型化，高介電常數(shù)化，高精度化和高頻化方面得到迅速發(fā)展，單層片式半導(dǎo)體陶瓷材料為發(fā)展的趨勢；一般單片晶界層陶瓷電容器介質(zhì)和單層片式晶界層陶瓷電容器介質(zhì)的燒結(jié)溫度為135(T1430°C，同時存在如下問題:要么耐壓較低，要么溫度系數(shù)較大，要么介電常數(shù)較低，燒結(jié)工藝基本上都是采用二次燒結(jié)方法，即:先高溫還原，然后涂覆絕緣氧化物在中溫進(jìn)行氧化熱處理，工藝較復(fù)雜，成本較高；有些采用涂覆法，工藝較復(fù)雜，原料較昂貴，成本也較高；而本發(fā)明的晶界層陶瓷電容器介質(zhì)燒結(jié)溫度為1250°C左右，同時采用一次燒結(jié)工藝，這樣能大大降低晶界層陶瓷電容器的成本，同時本專利電容器陶瓷介質(zhì)不含鉛和鎘，電容器陶瓷在制備和使用過程中不污染環(huán)境；另外，本發(fā)明的電容器陶瓷的介電常數(shù)高，這樣會提高陶瓷電容器的容量并且小型化，符合陶瓷電容器的發(fā)展趨勢，同樣也會降低陶瓷電容器的成本，本發(fā)明的晶界層陶瓷電容器介質(zhì)耐電壓高、低溫度系數(shù)，容溫特性符合X7R的要求等有利于擴(kuò)大晶界層陶瓷電容器的使用范圍和安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣來實現(xiàn)的:
低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)配方組成包括(重量百分比): SrTi03 88-96%，LiNbO30.1-4%, Dy2O3 0.05-4%, SiO2-B2O3-Li2O 玻璃粉 0.03-3.0%, CuO 0.1-4%, SiO20.01~1%，MnO20.03-2.0% ;其中SrTi03、LiNb03、SiO2-B2O3-Li2O玻璃粉分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。
本發(fā)明的介質(zhì)中所用的SrTiO3是采用如下工藝制備的:將常規(guī)的化學(xué)原料SrCO3和TiO2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于1250°C~1280°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成SrTiO3，冷卻后研磨過200目篩，備用。
[0005]本發(fā)明的介質(zhì)中所用的LiNbO3是采用如下工藝制備的:將常規(guī)的化學(xué)原料Li2CO3和Nb2O5按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于700°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成LiNbO3，冷卻后研磨過200目篩，備用。
[0006]本發(fā)明的介質(zhì)中所用的SiO2-B2O3-Li2O玻璃粉是采用如下工藝制備的:將常規(guī)的化學(xué)原料SiO2和B2O3和Li2CO3按1:0.5:0.5摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于650°C保溫120分鐘，然后在水中淬冷，冷卻后得到SiO2-B2O3-Li2O玻璃粉，研磨過200目篩，備用。
[0007]本發(fā)明采用如下的陶瓷介質(zhì)制備工藝:首先采用常規(guī)的化學(xué)原料用固相法分別合成SrTi03、LiNbO3^ SiO2-B2O3-Li2O玻璃粉，然后按配方配料將配合料球磨粉碎混合，進(jìn)行烘干后，加入粘合劑造粒，再壓制成生坯片，先在氮氣中于1250°C保溫3小時燒結(jié)還原，然后冷卻到900-950°C于空氣中保溫2小時處理，最后隨爐冷卻，獲得晶界層陶瓷電容器介質(zhì)，在介質(zhì)上被電極即成。
[0008]所述介質(zhì)耐電壓較高，直流耐電壓為2.1-2.6kV/mm ;介電常數(shù)高，為60103-61515 ;介質(zhì)損耗為72-98X 10_4 ;電容溫度變化率小，符合X7R特性的要求；絕緣電阻為 60-65 X IOici Ω.cm。
[0009]上述陶瓷介質(zhì)的配方最好采用下列二種方案(重量百分比):
SrTiO3 89-95%, LiNbO3 0.15-2.8%, Dy2O3 0.1-3.0%, SiO2-B2O3-Li2O 玻璃粉 0.03-3.0%,CuO 0.1-2.6%, SiO20.05~0.8%, MnO20.03-1.8% ；
SrTiO3 89-93%, LiNbO3 0.2-2.6%, Dy2O3 0.08-2.5%, SiO2-B2O3-Li2O 玻璃粉 0.05-2.5%,CuO 0.1-2.0%, SiO20.09~0.6%, MnO20.06-1.5%。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
1、本專利的介質(zhì)采用如下的一次燒結(jié)工藝:先在氮氣中于1250°c保溫3小時燒結(jié)還原，然后冷卻到900-95(TC于空氣中保溫2小時處理，最后隨爐冷卻，這樣能大大降低陶瓷電容器的成本，本專利的介質(zhì)組分中不含鉛和鎘，對環(huán)境無污染。
[0011]2、本介質(zhì)的介電常數(shù)高，為60000以上；耐電壓高，直流耐電壓可達(dá)2kV/mm以上；介質(zhì)損耗小，小于1.0%，本介質(zhì)的介電常數(shù)高，能實現(xiàn)陶瓷電容器的小型化和大容量，同樣能降低成本。
[0012]3、本介質(zhì)的溫度系數(shù)低，電容溫度變化率小，符合X7R特性的要求，介質(zhì)損耗小于
1.0%,使用過程中性能穩(wěn)定性好，安全性高。
[0013]4、主要原料采用陶瓷電容器級純原料即可制造出本發(fā)明的陶瓷介質(zhì)。
[0014]5、本介質(zhì)米用常規(guī)的固相法陶瓷電容器介質(zhì)制備工藝和一次還原氧化燒結(jié)工藝即可進(jìn)行制備。
【具體實施方式】[0015]現(xiàn)在結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。表1給出本發(fā)明的實施例共4個試樣的配方。
[0016]本發(fā)明的實施例共4個試樣的配方的主要原料采用陶瓷電容器級純原料，在制備時首先采用常規(guī)的化學(xué)原料用固相法分別合成SrTi03、LiNbO3^ SiO2-B2O3-Li2O玻璃粉，然后按上述配方配料，將配好的料用蒸餾水或去離子水采用行星球磨機(jī)球磨混合，料:球:水=1:3: (0.6^1.0)(質(zhì)量比)，球磨4-8小時后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8~10%的濃度為10%的聚乙烯醇溶液，進(jìn)行造粒，混研后過40目篩，再在2(T30Mpa壓力下進(jìn)行干壓成生坯片，先在氮氣中于1250°C保溫3小時燒結(jié)還原，然后冷卻到900-950°C于空氣中保溫2小時處理，最后隨爐冷卻，再在78(T800°C下保溫15分鐘進(jìn)行燒銀，形成銀電極，再焊引線，進(jìn)行包封，即得晶界層陶瓷電容器，測試其介電性能。
[0017]上述各配方試樣的介電性能列于表2，從表2可以看出所制備的電容器陶瓷耐電壓較高，直流耐電壓可達(dá)2kV/mm以上；介電常數(shù)高，為60000以上；介質(zhì)損耗小于1.0 %;電容溫度變化率小，符合X7R特性的要求。
[0018]表1本發(fā)明的實施例共4個試樣的配方(重量百分比)
【權(quán)利要求】
1.一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于所述介質(zhì)組成按照重量百分比計算為:SrTiO3 88-96%, LiNbO3 0.1-4%, Dy2O3 0.05-4%, SiO2-B2O3-Li2O 玻璃粉 0.03-3.0%,CuO 0.1-4%, SiO20.01-1%, MnO20.03-2.0% ;其中 SrTiO3'LiNbO3'SiO2-B2O3-Li2O 玻璃粉分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于:所述介質(zhì)耐電壓較高，直流耐電壓為2.1-2.6kV/mm ;介電常數(shù)高，為60103-61515 ;介質(zhì)損耗為72-98 X 10_4 ;電容溫度變化率小，符合X7R特性的要求；絕緣電阻為60-65 X 101° Ω.cm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于:所述的SrTiO3是采用如下工藝制備的:將常規(guī)的化學(xué)原料SrCO3和TiO2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于1250°C~1280°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成SrTiO3，冷卻后研磨過200目篩，備用。
4.如權(quán)利要求1所述的一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于:所述的LiNbO3是采用如下工藝制備的:將常規(guī)的化學(xué)原料Li2CO3和Nb2O5按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于700°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成LiNbO3，冷卻后研磨過200目篩，備用。
5.如權(quán)利要求1所述的一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于:所述的SiO2-B2O3-Li2O玻璃粉是采用如下工藝制備的:將常規(guī)的化學(xué)原料SiO2和B2O3和Li2CO3按1:0.5:0.5摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于650°C保溫120分鐘，然后在水中淬冷，冷卻后得到SiO2-B2O3-Li2O玻璃粉，研磨過200目篩，備用。
6.如權(quán)利要求1所述的一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于所述介質(zhì)組成按照重量百分比計算為=SrTiO3 89-95%，LiNbO3 0.15-2.8%，Dy2O3 0.1-3.0%，SiO2-B2O3-Li2O 玻璃粉 0.03-3.0%, CuO 0.1-2.6%, SiO20.05~0.8%, MnO20.03-1.8%。
7.如權(quán)利要求1所述的一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于所述介質(zhì)組成按照重量百分比計算為:SrTiO3 89-93%，LiNbO3 0.2-2.6%，Dy2O3 0.08-2.5%，SiO2-B2O3-Li2O 玻璃粉 0.05-2.5%, CuO 0.1-2.0%, SiO20.09~0.6%, MnO20.06-1.5%。
8.如權(quán)利要求1所述的一種低溫度系數(shù)晶界層陶瓷電容器介質(zhì)的制備，其特征在于包括如下步驟:首先采用常規(guī)的化學(xué)原料用固相法分別合成SrTi03、LiNb03、Si02-B203-Li20玻璃粉，然后按配方配料，將配好的料用蒸餾水或去離子水采用行星球磨機(jī)球磨混合，料:球:水=1:3: (0.6^1.0)(質(zhì)量比)，球磨4-8小時后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8~10%的濃度為10被％的聚乙烯醇溶液，進(jìn)行造粒，混研后過40目篩，再在2(T30Mpa壓力下進(jìn)行干壓成生坯片，先在氮氣中于1250°C保溫3小時燒結(jié)還原，然后冷卻到900-950°C于空氣中保溫2小時處理，最后隨爐冷卻，再在78(T80(TC下保溫15分鐘進(jìn)行燒銀，形成銀電極，再焊引線，進(jìn)行包封，即得晶界層陶瓷電容器。
【文檔編號】C04B35/47GK103508732SQ201310463141
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】高春華, 黃新友, 李軍 申請人:江蘇大學(xué)