一種應力傳感電容器陶瓷材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子材料技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 應力傳感電容又名壓力電容或壓力電容傳感器，是把被測量應力變化或者形變轉(zhuǎn) 換為電容量變化的一種參量型傳感器。這類電容具有高阻抗、小功率、動態(tài)范圍大、動態(tài)響 應較快、幾乎沒有零漂、結(jié)構(gòu)簡單和適應性強等優(yōu)點。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了與 微型測量儀表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減 小，使其固有的缺點得到克服。它具有結(jié)構(gòu)簡單，分辨率高，具有平均效應，測量精度高，可 實現(xiàn)非接觸量，并能夠在高溫、輻射和振動等惡劣條件下工作等一系列優(yōu)點。廣泛應用于壓 力、位移、加速度、液位、振動及濕度等參數(shù)的測量。應力傳感電容是一種用途極廣，很有發(fā) 展?jié)摿Φ膫鞲衅鳌?br>[0003] 目前所用的壓力傳感電容陶瓷介質(zhì)材料多采用具有X7R(電容溫度變化小于 15% )溫度特性或高頻陶瓷（介電常數(shù)10~160)，前者的溫度穩(wěn)定性已經(jīng)無法達到新一代 的使用要求（小于10% )，后者則介電常數(shù)偏小且采用的陶瓷介質(zhì)無壓電性能且只能通過 電容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而不是從材料自身特性來改進，降低了電容傳感的靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種應力傳感電容器陶瓷材料的制備方法， 制備得到的陶瓷材料具有高介電常數(shù)、低介電損耗和良好的溫度穩(wěn)定性。
[0005] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，一種應力傳感電容器陶瓷材料，其 特征在于，以 BaO、Ti02、NiO、ZnO 和 Nb2O5為原料，按 BaTi H5xNia25xZna25xNbxO 3化學式配料 制備得到，其中X = 〇. 01~〇. 03。
[0006] 本發(fā)明還提供一種應力傳感電容器陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括下述 步驟：
[0007] 1)配料：以8&0、1102、附0、2110和恥 205為原料，按8&111_1. 5!￡附(|.25!￡211(|.25!￡恥 !￡03化學 式配料，其中X = 0. 01~0. 03,然后球磨；
[0008] 2)煅燒：球磨后漿料干燥后1000-1200°c煅燒2-6小時；
[0009] 3)二次球磨：將步驟2)所得煅燒料加入MnO和Si02, MnO不大于0. 2wt %，SiO2 不大于1.0 wt%，置于球磨罐中，以直徑5mm的氧化錯球為研墨介質(zhì)，加入去離子水，以轉(zhuǎn)速 300_350rpm 球磨 6-8 小時；
[0010] 4)干燥：將上述球磨后的漿料于80°C干燥10-18小時；
[0011] 5)造粒：以質(zhì)量濃度為2. 5-5. Owt %的聚乙烯醇溶液為粘接劑，在上述干燥粉體 中加入粉體質(zhì)量的10_20wt%聚乙烯醇溶液造粒，造粒料在50-60°C中干燥4-8小時；
[0012] 6)成型：以干壓成型，成型壓力為150-200MPa ;
[0013] 7)排膠：將成型的素坯置于高溫爐排膠，以0. 5°C /分的升溫速度，升溫至100度， 保溫0. 5小時，再以1°C /分的升溫速度，升溫至600-700°C，保溫6-12小時；
[0014] 8)燒結(jié)：將步驟7)所得排膠素坯置于高溫爐燒結(jié)以獲得致密陶瓷，以1°C /分的 升溫速度，升溫至900°C，再以3-5°C /分的升溫速度，升溫至1100°C，再以1-5°C /分的升 溫速度，升溫至1260-1320°C，保溫1-3小時，然后隨爐冷卻至室溫。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是，（1)本發(fā)明使用的原材料與最終產(chǎn)物均不含環(huán)境有害物質(zhì)； (2)本發(fā)明涉及的工藝步驟及相應配方范圍較寬，易于生產(chǎn)控制；(3)本發(fā)明的最終產(chǎn)物具 有高介電常數(shù)（3200-3600, 25°C，500KHz)、低介電損耗（〈2. 5%，25°C，500KHz)、良好的溫 度穩(wěn)定性（< ±10%，溫度范圍：-40°C _+85°C )，且對應力變化具有感知能力，其應力-電 壓轉(zhuǎn)變系數(shù)為8-10V · N · m，其電容的應力可調(diào)性為23-26%。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的不同X值材料的應力與電場的關(guān)系曲線圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明的不同X指材料的應力與介電常數(shù)的關(guān)系曲線圖。
【具體實施方式】
[0018] 一種應力傳感電容器陶瓷材料，其特征在于，以BaO、Ti02、NiO、ZnO和Nb 2O5為原 料，按BaIVh5xNia25xZn a25xNbxO3化學式配料制備得到，其中X = 0· 01~0· 03。
[0019] -種應力傳感電容器陶瓷材料的制備方法，包括下述步驟：
[0020] 1)配料：以 BaO、Ti02、NiO、ZnO 和 Nb2O5為原料，按 BaTi η. 5xNiQ. 25xZnQ. 25xNbx03 (其 中x = 0. 01-0. 03,簡稱BTNZN)化學式配料，置于行星球磨罐中，以直徑2mm的氧化鋯球為 研磨介質(zhì)，加入適量的去離子水，以轉(zhuǎn)速為300-350rpm球磨4-10小時。
[0021] 2)煅燒：將1所球磨漿料在KKTC中干燥，將干燥粉置于氧化鋁匣缽，于高溫爐中 1000-1200°C煅燒 2-6 小時。
[0022] 3)球磨：將2所得煅燒料，按一定配比，加入MnO (彡0· 2wt % )和 SiO2 (< 1.0 wt% )，置于球磨罐中，以直徑5mm的氧化鋯球為研墨介質(zhì)，加入適量的去離子 水，以轉(zhuǎn)速300-350rpm球磨6-8小時。
[0023] 4)干燥：將上述球磨后的漿料與80°C中干燥10-18小時。
[0024] 5)造粒：以質(zhì)量濃度為2. 5-5. Owt %的聚乙烯醇（PVA)溶液為粘接劑，在上述干燥 粉體中加入粉體質(zhì)量的10_20wt% PVA溶液造粒，造粒料在50-60°C中干燥4-8小時。
[0025] 6)成型：以干壓成型，成型壓力為150_200MPa
[0026] 7)排膠：將成型好素坯置于高溫爐排膠，以0. 5°C /分的升溫速度，升溫至100度， 保溫0. 5小時，再以1°C /分的升溫速度，升溫至600-700°C，保溫6-12小時。
[0027] 8)燒結(jié)：將上述排膠素坯置于高溫爐燒結(jié)以獲得致密陶瓷，以1°C /分的升溫速 度，升溫至900°C，再以3-5°C /分的升溫速度，升溫至1100°C，再以I-5°C /分的升溫速度， 升溫至1260-1320°C，保溫1-3小時，然后隨爐冷卻至室溫。
[0028] 9)電性能測試：各種配方的陶瓷電容器電性能測試結(jié)果列于表1中。
[0029] 表1不同X含量的陶瓷的性能
[0030]
【主權(quán)項】
1. 一種應力傳感電容器陶瓷材料，其特征在于，以Ba0、Ti02、Ni0、Zn0和Nb 2O5為原料， 按BaTiK5xNia25xZn a25xNbxO3化學式配料制備得到，其中X = 0? 01~0? 03。
2. 如權(quán)利要求1所述的應力傳感電容器陶瓷材料制備方法，其特征在于，包括下述步 驟： 1) 配料：以 Ba0、Ti02、Ni0、ZnO 和 Nb2O5為原料，按 BaTi ^5xNia25xZna25xNbxO 3化學式配 料，其中X = 0. 01~0. 03,然后球磨； 2) 煅燒：球磨后漿料干燥后1000-1200°C煅燒2-6小時； 3) 二次球磨：將步驟2)所得煅燒料加入MnO和Si02, MnO不大于0. 2wt %，SiO2F 大于LOwt %，置于球磨罐中，以直徑5mm的氧化鋯球為研墨介質(zhì)，加入去離子水，以轉(zhuǎn)速 300_350rpm 球磨 6-8 小時； 4) 干燥：將上述球磨后的漿料于80°C干燥10-18小時； 5) 造粒：以質(zhì)量濃度為2. 5-5. Owt %的聚乙烯醇溶液為粘接劑，在上述干燥粉體中加 入粉體質(zhì)量的10_20wt%聚乙烯醇溶液造粒，造粒料在50-60°C中干燥4-8小時； 6) 成型：以干壓成型，成型壓力為150-200MPa ; 7) 排膠：將成型的素坯置于高溫爐排膠，以0. 5°C /分的升溫速度，升溫至100度，保溫 〇. 5小時，再以1°C /分的升溫速度，升溫至600-700°C，保溫6-12小時； 8) 燒結(jié)：將步驟7)所得排膠素坯置于高溫爐燒結(jié)以獲得致密陶瓷，以rc /分的升溫 速度，升溫至900°C，再以3-5°C /分的升溫速度，升溫至1100°C，再以1-5°C /分的升溫速 度，升溫至1260-1320°C，保溫1-3小時，然后隨爐冷卻至室溫。
3. 如權(quán)利要求2所述的應力傳感電容器陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述步驟 1) 中，球磨的具體步驟為：以直徑2mm的氧化鋯球為研磨介質(zhì)，加入適量的去離子水，以轉(zhuǎn) 速為300-350rpm球磨4-10小時。
4. 如權(quán)利要求2所述的應力傳感電容器陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述步驟 2) 中，干燥溫度為100 °C。
5. 如權(quán)利要求2所述的應力傳感電容器陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述X = 0. 02〇
【專利摘要】一種應力傳感電容器陶瓷材料及制備方法，涉及電子材料技術(shù)。本發(fā)明以BaO、TiO2、NiO、ZnO和Nb2O5為原料，按BaTi1-1.5xNi0.25xZn0.25xNbxO3化學式配料制備得到，其中x＝0.01～0.03。本發(fā)明的有益效果是，(1)本發(fā)明使用的原材料與最終產(chǎn)物均不含環(huán)境有害物質(zhì)；(2)本發(fā)明涉及的工藝步驟及相應配方范圍較寬，易于生產(chǎn)控制；(3)本發(fā)明的最終產(chǎn)物具有高介電常數(shù)(3200-3600,25℃,500KHz)、低介電損耗(<2.5％,25℃,500KHz)、良好的溫度穩(wěn)定性(≤±10％，溫度范圍：-40℃-+85℃)，且對應力變化具有感知能力，其應力-電壓轉(zhuǎn)變系數(shù)為8-10V·N·m，其電容的應力可調(diào)性為23-26％。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-468
【公開號】CN104860674
【申請?zhí)枴緾N201510051718
【發(fā)明人】余洪滔, 劉敬松, 曾夢詩, 李應忠, 王志宏
【申請人】西南科技大學, 成都市容華電子有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年1月31日