一種中溫?zé)Y(jié)多層陶瓷電容器介質(zhì)材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種中溫?zé)Y(jié)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0.3～0.6％的Na0.5Bi0.5TiO3；0.6～1.5％的(NiO)1-x(NbO2.5)x，其中x＝0.6～0.8；1.0～3.0％的CaZrO3及4～7％的玻璃助熔劑；所述Na0.5Bi0.5TiO3，是將Na2CO3、Bi2O3和TiO2按摩爾量比為1:1:4合成。本發(fā)明通過鈦酸鉍鈉及玻璃助熔劑的添加，可有效促進(jìn)燒結(jié)過程中的傳質(zhì)，從而降低了燒結(jié)溫度，實現(xiàn)了低于1150℃的中溫?zé)Y(jié)；具有優(yōu)良的介電性能：在-55℃～150℃溫區(qū)內(nèi)，電容量變化率在±12％以內(nèi)，且具有較高的室溫介電常數(shù)(～2700)。
【專利說明】一種中溫?zé)Y(jié)多層陶瓷電容器介質(zhì)材料
【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，具體涉及一種中溫?zé)Y(jié)且具有優(yōu)異溫度穩(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、移動通信、家用計算機(jī)、家用電器、測量儀器、醫(yī)療設(shè)備等民用產(chǎn)品及消費電子中普遍使用外，在航空航天、坦克電子、軍用移動通訊、武器彈頭控制和軍事信號監(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)材料因其對環(huán)境無害，一直是研究的熱點，目前使用最多的是EIA X7R(-55°C~125°C，AC/C25r≤±15% )介質(zhì)材料。隨著MLCC的飛速發(fā)展，對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)動機(jī)艙內(nèi)的溫度會達(dá)到130°C以上，此時，X7R型介質(zhì)材料就很難滿足實際需要。因此，X8R(-55°C~150°C，AC/C25r≤ ±15% )型MLCC用介質(zhì)材料的研制，具有十分重要的實際意義。
[0003]傳統(tǒng)BaTiO3基介質(zhì)材料需要在高于1300°C的空氣中燒結(jié)，因而只能選用Pt、Pd等貴金屬作為內(nèi)電極材料。隨著MLCC需求量的增加，迫切要求降低內(nèi)電極成本。目前，可通過添加助熔劑的方法，將BaTiO3基介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度降到1150°C以下，以實現(xiàn)高Ag的Ag-Pd合金(如Ag70-Pd30)作為內(nèi)電極的制備工藝。此外，在介質(zhì)材料實現(xiàn)MLCC工藝時，由于“順時針效應(yīng)”的影響，電容量溫度變化率在150°C會顯著變大，甚至超出±15%的要求，因此，提升多層陶瓷電容器介質(zhì)材料在高溫段的溫度穩(wěn)定性，變得尤為關(guān)鍵。

【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，但其燒結(jié)溫度過高、不能滿足Ag-Pd電極使用的不足，提供一種中溫?zé)Y(jié)(Ts< 1150°C)且具有優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性的X8R型多層陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0006]一種中溫?zé)Y(jié)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 0.3 ~0.6% 的 Na0.5Bi0.5Ti03 ；0.6 ~ 1.5% 的(NiO) (NbO2.5)x，其中 x =0.6~0.8 ;L O~3.0%的CaZr03&4~7%的玻璃助熔劑；
[0007]所述的Naa5Bia5TiO3,是將Na2C03、Bi2O3和TiO2按摩爾量比為1:1:4合成；
[0008]所述(NiO) & (NbO2.5) x化合物，是將NiO和Nb2O5按摩爾比l_x:x/2，其中x = 0.6~0.8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Η3Β03、26% 的 ZnO 和 23% Bi2O3 ；[0011]該中溫?zé)Y(jié)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 Naa5Bia5TiO3
[0013]將Na2C03、Bi203和TiO2按摩爾量比為1: 1:4進(jìn)行配料，混合球磨4小時后烘干、過40目分樣篩，于950°C煅燒4小時，制得Na0.5Bi0.5Ti03 ；
[0014](2)合成(NiO)^ (NbO2Jx 化合物，其中 X = 0.6 ~0.8
[0015]將NiO、Nb2O5按摩爾比l_x: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，于120°C烘干、過40目分樣篩，于1000°C煅燒，保溫2小時，制得(NiO、(NbO2Jx，其中X = 0.6~0.8 ;再二次球磨6小時，烘干、過80目分樣篩；
[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，于120°C烘干、過40目分樣篩，于1000°C煅燒，保溫2小時，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Η3Β03、26 %的ZnO和23 %的Bi2O3充分混合、熔融、淬冷、磨細(xì)、過200目分樣篩，制得玻璃助熔劑；
[0020](5)以BaTiO 3作為基料，摻雜質(zhì)量百分比0.3~0.6%的Naa5Bia5TiO3,混合球磨4小時，烘干后于1050°C煅燒，保溫8小時，制得BT-NBT混合物；
[0021](6)在BT-NBT中添加下述質(zhì)量百分比的成分:0.6~1.5%的(NiO) (NbO2.5)x，其中X = 0.6~0.8 ;1.0~3.0%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，烘干后加入質(zhì)量百分比為7%的粘結(jié)劑，過80目分樣篩造粒；
[0022](7)將步驟(6)的造粒粉料壓制成生坯，經(jīng)排膠后，于1150°C燒結(jié)，保溫3小時，制得中溫?zé)Y(jié)多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。
[0023]所述Na。.5Bi0.5Ti03 的添加量為 0.5wt %。
[0024]所述步驟(6)的生坯為Φ 15X1~1.3mm的圓片狀生坯。
[0025]所述步驟(6)的生坯經(jīng)3.5小時升溫至550°C排膠，再經(jīng)I小時升至1150°C燒結(jié)，保溫3小時。
[0026]本發(fā)明的有益效果如下:
[0027]1.本發(fā)明的多層陶瓷電容器介質(zhì)材料通過鈦酸鉍鈉及玻璃助熔劑的添加，可有效促進(jìn)燒結(jié)過程中的傳質(zhì)，從而降低了燒結(jié)溫度，實現(xiàn)了低于1150°C的中溫?zé)Y(jié)，適于商業(yè)應(yīng)用。
[0028]2.本發(fā)明的多層陶瓷電容器介質(zhì)材料具有優(yōu)良的介電性能:在-55°C~150°C溫區(qū)內(nèi)，電容量變化率在±12%以內(nèi)，且具有較高的室溫介電常數(shù)(~2700)。
【具體實施方式】
[0029]以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0030]實施例1
[0031]首先，用電子天平稱量分析純級(^ 99% )的將2.6497g Na2CO3Ul.6490g Bi2O3和7.9898gTi02混合，以去離子水作為球磨介質(zhì)，球磨4小時后烘干、過篩，于950°C煅燒，保溫4小時，制得Naa5Bia5TiO3;
[0032]將2.2410g NiO和9.3033g Nb2O5，混合，以去離子水作為球磨介質(zhì),球磨4小時后烘干、過篩，于1000°c煅燒，保溫2小時，得到(NiO)a3(NbC)2Ja7化合物，再二次球磨6小時，烘干、過80目分樣篩備用；
[0033]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小時后烘干、過篩，于1000°c煅燒，保溫2小時，得到CaZrO3 ；
[0034]再將1781102、348駛03、268 2110和238 8丨203充分混合、熔融淬冷、磨細(xì)、過200目分樣篩后制得玻璃助熔劑。
[0035]將50g BaTiO3和0.25g Naa5Bia5TiO3混合球磨4小時，烘干后于1050°C煅燒，保溫8小時，制得BT-NBT混合物；在煅燒后的BT-NBT中添加0.45g(NiO)a3(NbO2.5)0.7、
0.5gCaZr03和2.5g玻璃助熔劑與去離子水混合后球磨4小時，烘干后外加質(zhì)量百分比為7%的石蠟，過80目分樣篩造粒。
[0036]成型與燒結(jié):
[0037]將造粒后的粉料在3MPa下壓制成Φ 15X 1.2mm的圓片生坯，經(jīng)3.5小時升溫至550°C排膠，再經(jīng)I小時升至1150°C燒結(jié)，保溫3小時，制得中溫?zé)Y(jié)多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。
[0038]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，制得待測樣品，測試介電性能及TC特性。
[0039]實施例1-5的具體原料配比詳見表1，實施例2-5的其它制作工藝同于實施例1。
[0040]表1
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種中溫?zé)Y(jié)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 0.3 ~0.6% 的 Naci 5Bitl 5TiO3 ;0.6 ~1.5% 的(NiO) ^ (NbO2.5)x，其中 x = 0.6 ~0.8 ;L O~3.0%的CaZr03&4~7%的玻璃助熔劑； 所述的Naa5Bia5TiO3，是將Na2C03、Bi203和TiO2按摩爾量比為1:1:4合成; 所述(NiOLx (NbO2Jx化合物，是將NiO和Nb2O5按摩爾比1-x:x/2，其中x = 0.6~0.8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:17%的Ti02、34^^H3B03、26%的 ZnO 和 23% Bi2O3 ； 該中溫?zé)Y(jié)多層陶瓷電容器介質(zhì)材料的制備方法，具有如下步驟:
(1)合成Naa5Bia5TiO3 將Na2C03、Bi2O3和TiO2按摩爾量比為1: 1:4進(jìn)行配料，混合球磨4小時后烘干、過40目分樣篩，于950°C煅燒，保溫4小時，制得Naa5Bia5TiO3 ； (2)合成(NiO)1-X(NbC)2Jx化合物，其中 X = 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，于120°C烘干、過40目分樣篩，于1000°C煅燒，保溫2小時，制得(NiO) ^(NbO2.5)x，其中X = 0.6~0.8 ; 再二次球磨6小時，烘干、過80目分樣篩；
(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，于120°C烘干、過40目分樣篩，于1000°C煅燒，保溫2小時，制得CaZrO3 ； (4)合成玻璃助熔劑 按質(zhì)量百分比，將17%的TiO2,34% ^ H3BO3>26% ^ ZnO和23%的Bi2O3充分混合、熔融、淬冷、磨細(xì)、過200目分樣篩，制得玻璃助熔劑； (5)以BaTiO3作為基料，摻雜質(zhì)量百分比0.3~0.6%的Naa5Bia5TiO3,混合球磨4小時，烘干后于1050°C煅燒，保溫8小時，制得BT-NBT混合物； (6)在BT-NBT中添加下述質(zhì)量百分比的成分:0.6~1.5%的(NiO) ^ (NbO2.5)x，其中x=0.6~0.8 ;1.0~3.0%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，烘干后加入質(zhì)量百分比為7%的粘結(jié)劑，過80目分樣篩造粒； (7)將步驟(6)的造粒粉料壓制成生還，經(jīng)排膠后，于1150°C燒結(jié)，保溫3小時，制得中溫?zé)Y(jié)多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中溫?zé)Y(jié)多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于，所述Naa5Bia5TiO3 的添加量為 0.5wt% ?
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中溫?zé)Y(jié)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Φ 15X I~1.3mm的圓片狀生還。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中溫?zé)Y(jié)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小時升溫至5501:排膠，再經(jīng)1小時升至11501:燒結(jié)，保溫3小時。
【文檔編號】C04B35/622GK103992106SQ201410174051
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】李玲霞, 柳亞然, 于經(jīng)洋, 張寧, 陳俊曉 申請人:天津大學(xué)