一種高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法，以BaTiO3粉體為基料，外加質(zhì)量百分比為0.6～1.8%的(NiO)1-x(NbO2.5)x，其中x=0.6～0.8；0.2～0.7%的(MnO)1-y(NbO2.5)y，其中y=0.4～0.6；0.5～3.5%的CaZrO3及4～7%的玻璃助熔劑。所述(NiO)1-x(NbO2.5)x化合物，是將NiO和Nb2O5按摩爾比1-x：x/2合成；所述(MnO)1-y(NbO2.5)y化合物，是將MnCO3、Nb2O5按摩爾比1-y：y/2合成；所述CaZrO3由CaCO3和ZrO2按摩爾比1∶1合成。本發(fā)明主要通過(guò)鋯酸鈣的添加，有效改善了陶瓷微觀結(jié)構(gòu)，其耐壓值達(dá)到13kv/mm以上；在-55℃～150℃溫區(qū)內(nèi)，電容量變化率在±15%以內(nèi)，且具有較高的室溫介電常數(shù)（～3000）和較低介電損耗（tanδ<1.0%）。
【專利說(shuō)明】一種高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，具體涉及一種高耐壓且具有溫度穩(wěn)定性的X8R型多層陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法
【背景技術(shù)】
[0002]片式多層陶瓷電容器(Multilayer Ceramic Capacitor,簡(jiǎn)稱MLCC)作為基礎(chǔ)電子元器件，除在智能手機(jī)、平板電腦、廣播電視、移動(dòng)通信、家用計(jì)算機(jī)、家用電器、測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療設(shè)備等民用產(chǎn)品及消費(fèi)電子中普遍使用外，在航空航天、坦克電子、軍用移動(dòng)通訊、武器彈頭控制和軍事信號(hào)監(jiān)控等軍用電子設(shè)備以及石油勘探等行業(yè)都具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。鈦酸鋇(BaTiO3)基溫度穩(wěn)定型MLCC用介質(zhì)材料因其對(duì)環(huán)境無(wú)害，一直是研究的熱點(diǎn)，目前使用最多的是EIA X7R (_55°C~125°C，AC/C2or^ ±15%)介質(zhì)材料。隨著MLCC的飛速發(fā)展，對(duì)MLCC用介質(zhì)材料的研究提出了更高的要求，即在更高溫度環(huán)境中依然保持穩(wěn)定的介電性能，如在夏天，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的溫度會(huì)達(dá)到130°C以上，此時(shí)，X7R型介質(zhì)材料就很難滿足實(shí)際需要。因此，X8R (_55°C~150°C，AC/C2or^ ± 15%)型MLCC用介質(zhì)材料的研制，具有十分重要的實(shí)際意義。
[0003]但在該工作溫區(qū)范圍內(nèi)，該系列陶瓷電容器介質(zhì)容量變化率雖能達(dá)到X8R的要求，但其介電損耗仍在1%以上，且耐壓強(qiáng)度并非很高(7kv/mm)，因此不能完全適應(yīng)某些特殊場(chǎng)合，如軍事工程方 面的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，在于克服現(xiàn)有技術(shù)的陶瓷電容器介質(zhì)的容量變化率雖能達(dá)到X8R的要求，但其介電損耗仍在1%以上、且耐壓強(qiáng)度并非很高(7kv/mm)、不能完全適應(yīng)某些特殊場(chǎng)合需要的缺陷，提供一種高耐壓(15kv/mm以上)且具有較高介電常數(shù)的X8R型多層陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006]一種高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，以BaTiO3粉體為基料，在此基礎(chǔ)上，外加質(zhì)量百分比為0.6~1.8%的(NiO) !-,(NbO^5)x,其中x=0.6~0.8 ;0.2~0.7%的(MnO) (NbO2.5) y，其中 y=0.4 ~0.6 ;0.5 ~3.5% 的 CaZrO3 及 4 ~7% 的玻璃助熔劑；
[0007]所述(NiO) (NbO2.5) χ化合物，是將NiO和Nb2O5按摩爾比1_χ:χ/2，其中χ=0.6~0.8合成；
[0008]所述(MnO)^y(NbC)2.5)y 化合物，是將 MnCO3、Nb2O5 按摩爾比 l_y:y/2,其中 y=0.4 ~
0.6合成；
[0009]所述CaZrO3由CaCO3和ZrO2按摩爾比1:1合成；
[0010]所述玻璃助熔劑的原料組分及其質(zhì)量百分比含量為:17%的Ti02、34%的H3B03、26%的 ZnO 和 23%Bi203 ；
[0011]該高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料的制備方法，具有如下步驟:[0012](I)合成(NiO)^(NbO2.5)x 化合物，其中 χ=0.6 ~0.8
[0013]將NiO、Nb2O5按摩爾比1-χ:x/2，其中x=0.6~0.8配料，原料與去離子水混合后球磨4小時(shí)，于120°C烘干、過(guò)40目分樣篩，于1000°C煅燒，再二次球磨6小時(shí)，烘干、過(guò)80目分樣篩，制得(NiO)^ (NbO2Jx，其中x=0.6~0.8 ;
[0014](2)合成(MnO) (NbO2.5)y 化合物，其中 y=0.4 ~0.6
[0015] 將MnC03、Nb2O5按摩爾比l_y:y/2,其中y=0.4~0.6配料,原料與去離子水混合后球磨4小時(shí)，于120°C烘干、過(guò)40目分樣篩，于800~1000°C煅燒，再二次球磨6小時(shí)，烘干、過(guò)80目分樣篩，制得(MnO) H(NbC)2.5)y，其中y=0.4~0.6 ;
[0016](3)合成 CaZrO3
[0017]將0&0)3、2102按摩爾比1:1配料，原料與去離子水混合后球磨4小時(shí)，于120°C烘干、過(guò)40目分樣篩，于1000 0C煅燒，制得CaZrO3 ；
[0018](4)合成玻璃助熔劑
[0019]按質(zhì)量百分比，將17%的Ti02、34%的H3B03、26%的ZnO和23%的Bi2O3充分混合、熔融、淬冷、磨細(xì)、過(guò)200目分樣篩，制得玻璃助熔劑；
[0020](5)以BaTiO^t為基料，在其中添加下述質(zhì)量百分比的成分:0.6~1.8%的(NiO) h (NbO2.5)x，其中 x=0.6 ~0.8 ;0.2 ~0.7% 的(MnO)卜(NbO2.5) y，其中 y=0.4 ~0.6 ;
0.5~3.5%的CaZrO3和4~7%的玻璃助熔劑，所配原料與去離子水混合后球磨4~8小時(shí)，烘干后加入質(zhì)量百分比為7%的粘結(jié)劑，過(guò)80目分樣篩造粒；
[0021](6)將步驟(5)的造粒粉料壓制成生坯，經(jīng)排膠后，于1150°C燒結(jié)，保溫I小時(shí)，制得高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。
[0022]所述CaZrO3的優(yōu)選添加量為1.0wt%。
[0023]所述步驟(6)的生坯為Φ IOX I~1.3mm的圓片生坯。
[0024]所述步驟(6)的生坯經(jīng)3.5小時(shí)升溫至550°C排膠，再經(jīng)I小時(shí)升至1150°C燒結(jié)，保溫I小時(shí)。
[0025]本發(fā)明的多層陶瓷電容器介質(zhì)材料主要通過(guò)鋯酸鈣的添加，有效改善了陶瓷微觀結(jié)構(gòu)，提高了耐壓性能，其耐壓值達(dá)到13kv/mm以上；具有優(yōu)良的介電性能:在_55°C~150°C溫區(qū)內(nèi)，電容量變化率在土 15%以內(nèi)，且具有較高的室溫介電常數(shù)(~3000)和較低介電損耗(tan δ〈1.0%)；
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0027]實(shí)施例1
[0028]粉體制備:
[0029]首先，用電子天平稱量分析純級(jí)(≥99%)的2.2410g NiO和9.3033g Nb2O5,混合，以去離子水作為球磨介質(zhì)，球磨4小時(shí)后烘干、過(guò)篩，于1000°C煅燒得到(NiO)a3(NbC)2Ja7化合物，再二次球磨6小時(shí)，過(guò)80目分樣篩備用；
[0030]再用電子天平稱量分析純級(jí)(≥99%)的5.7474g MnCO3和6.6452g Nb2O5,混合，以去離子水作為球磨介質(zhì)，球磨4小時(shí)后烘干、過(guò)篩，于900°C煅燒得到(MnO)a5(NbO2.5)α5化合物，再二次球磨6小時(shí)，過(guò)80目分樣篩備用；[0031]再將22.3291g CaCO3和27.5114g ZrO2混合，以去離子水作為球磨介質(zhì)，球磨4小時(shí)后烘干、過(guò)篩，于1000°c煅燒得到CaZrO3 ；
[0032]再將17g Ti02、34g H3BO3>26g ZnO 和 23g Bi2O3 充分混合、熔融淬冷、磨細(xì)、過(guò) 200
目分樣篩后制得玻璃助熔劑。
[0033]將50g BaTi03>0.45g(NiO)0 3 (NbO2.5)0 7,0.1g(MnO)0 5(NbO2 5) 0 5^0.25g CaZrO3 和
2.5g玻璃助熔劑與去離子水混合后球磨4小時(shí)，烘干后外加質(zhì)量百分比為7%的石蠟，過(guò)80目分樣篩造粒。 [0034]成型與燒結(jié):
[0035](I)將造粒后的粉料在4MPa下壓制成Φ IOX 1.2mm的圓片生坯，經(jīng)3.5小時(shí)升溫至550°C排膠，再經(jīng)I小時(shí)升至1150°C燒結(jié)，保溫I小時(shí)，制得高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。
[0036]在所得制品上下表面均勻涂覆銀漿，經(jīng)850°C燒滲制備電極，制得待測(cè)樣品，測(cè)試介電性能及TC特性。
[0037](2)如果將造粒后的粉料在20MPa下壓制成Φ35Χ1.5mm的較大圓片生坯，則生坯按排膠曲線刀」^200^」^350^」^550^」^550^進(jìn)行排膠；然后再由室溫2小時(shí)升至1150°C燒結(jié)，保溫I小時(shí)，制得高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。
[0038]在所得制品上下表面中心位置均勻涂覆Φ8πιπι的銀漿，經(jīng)850°C燒滲制備電極，制得待測(cè)樣品，測(cè)試耐壓性能。
[0039]實(shí)施例1-5的具體原料配比詳見表1和表2。
[0040]表1
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，以BaTiO3粉體為基料，在此基礎(chǔ)上，外加質(zhì)量百分比為 0.6 ~1.8% 的(NiO) & (NbO2.5) x,其中 χ=0.6 ~0.8 ;0.2 ~0.7% 的(MnO) (NbO2.5)y，其中y=0.4~0.6 ;0.5~3.5%的CaZrO3及4~7%的玻璃助熔劑； 所述(NiOUNbO2Jx化合物，是將NiO和Nb2O5按摩爾比1-χ:χ/2，其中χ=0.6~0.8合成；
所述(MnO) i_y (NbO2.5) y 化合物，是將 MnC03、Nb2O5 按摩爾比 l_y:y/2，其中 y=0.4 ~0.6合成； 所述CaZrO3由CaCO3和ZrO2按摩爾比1:1合成； 所述玻璃助熔劑的原料組分及其質(zhì)量百 分比含量為.Λ7%的Ti02、34%的H3B03、26%的ZnO 和 23%Bi203 ； 該高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料的制備方法，具有如下步驟: (I)合成(NiO)1-X(NbC)2Jx 化合物，其中 χ=0.6 ~0.8 將NiO、Nb2O5按摩爾比1-χ:x/2,其中x=0.6~0.8配料,原料與去離子水混合后球磨4小時(shí)，于120°C烘干、過(guò)40目分樣篩，于1000°C煅燒，再二次球磨6小時(shí)，烘干、過(guò)80目分樣篩，制得(NiOL (NbO2Jx，其中 x=0.6 ~0.8 ; (2 )合成(MnO) (NbO2.5) y 化合物，其中 y=0.4 ~0.6 將MnC03、Nb2O5按摩爾比l_y:y/2,其中y=0.4~0.6配料,原料與去離子水混合后球磨4小時(shí)，于120°C烘干、過(guò)40目分樣篩，于800~1000°C煅燒，再二次球磨6小時(shí)，烘干、過(guò)80目分樣篩，制得(MnO) H(NbC)2.5)y，其中y=0.4~0.6 ; (3)合成CaZrO3 將CaC03、ZrO2按摩爾比1:1配料，原料與去離子水混合后球磨4小時(shí)，于120°C烘干、過(guò)40目分樣篩，于1000°C煅燒，制得CaZrO3 ； (4)合成玻璃助熔劑 按質(zhì)量百分比，將17%的Ti02、34%的H3B03、26%的ZnO和23%的Bi2O3充分混合、熔融、淬冷、磨細(xì)、過(guò)200目分樣篩，制得玻璃助熔劑； (5)以BaTiO3作為基料，在其中添加下述質(zhì)量百分比的成分:0.6~1.8%的(NiO) h (NbO2.5)x，其中 x=0.6 ~0.8 ;0.2 ~0.7% 的(MnO)卜(NbO2.5) y，其中 y=0.4 ~0.6 ;0.5~3.5%的CaZrO3和4~7%的玻璃助熔劑，所配原料與去離子水混合后球磨4~8小時(shí)，烘干后加入質(zhì)量百分比為7%的粘結(jié)劑，過(guò)80目分樣篩造粒； (6)將步驟(5)的造粒粉料壓制成生還，經(jīng)排膠后，于1150°C燒結(jié)，保溫I小時(shí)，制得高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于，所述CaZrO3的優(yōu)選添加量為1.0wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于，所述步驟(6)的生還為Φ10Χ I~1.3mm的圓片生還。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐壓多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于，所述步驟(6)的生坯經(jīng)3.5小時(shí)升溫至550°C排膠，再經(jīng)I小時(shí)升至1150°C燒結(jié)，保溫I小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK103922732SQ201410101212
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】李玲霞, 柳亞然, 王鳴婧, 張寧, 陳俊曉 申請(qǐng)人:天津大學(xué)