專利名稱：：寬工作溫度范圍的陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是關(guān)于電子元器件的，特別涉及一種寬工作溫度范圍的陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著電子、通訊和控制等高技術(shù)含量行業(yè)的迅速發(fā)展，對材料的智能化、多功能化、穩(wěn)定性等要求不斷提高，功能陶瓷材料的研究開發(fā)在高新
技術(shù)領(lǐng)域：
占有越來越重要的地位。伴隨著電子陶瓷元器件向輕、薄、短、小、高性能、高可靠性、高密度表面組裝的發(fā)展需要，以及日益激烈的市場競爭，對高合格率和低成本化的要求越來越高，然而目前大多數(shù)使用溫度超過185。C的介質(zhì)陶瓷材料，燒結(jié)溫度都很高(在120(TC左右)，屬于高溫?zé)Y(jié)，這樣只能使用貴金屬電極，不利于成本的降低。近年來，介質(zhì)陶瓷材料的發(fā)展趨勢一直是改善其綜合性能研究，在保證其高可靠性的條件下，不斷擴(kuò)展介質(zhì)陶瓷材料使用溫度范圍。應(yīng)用領(lǐng)域從目前通用的X7R(工作溫度范圍為-55'。C125。C)，發(fā)展到比較前沿的X8R(工作溫度范圍為-55。C155。C)，X9R(工作溫度范圍為-55'C185'C)。然而，在地質(zhì)勘探、汽車電子和航空電子等領(lǐng)域，介質(zhì)電容器使用環(huán)境更加苛刻，溫度上限要求達(dá)到200。C以上，上述材料已經(jīng)不能滿足容量溫度變化率小于±15%的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種工作溫度范圍較寬的、容量溫度變化率較小、中溫?zé)Y(jié)的陶瓷電容器介質(zhì)。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。寬工作溫度范圍的陶瓷電容器介質(zhì)，原料組成及質(zhì)量比為，Na。.5Bi。.5Ti03:BaC03:Ti02:Nb205=1:2.5a:a:b，其中0.8〈a〈3.0,0.12〈b〈0.15;所述Nao.5Bi。.5Ti03的原料組成及質(zhì)量比為Na2C03:Bi203:TiO2=0.6:30:20;在上述原料基礎(chǔ)上外加質(zhì)量百分比為0.52%1^0和46%玻璃粉，所述玻璃粉組分及質(zhì)量百分比含量為20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02和20%H3B03。優(yōu)選的寬工作溫度范圍的陶瓷電容器介質(zhì)，原料組成及質(zhì)量比為，Na。.5Bi。.5Ti03:BaC03:Ti02:歸5=1:5:2:0.14;所述Na。5Bi。5Ti03的原料組成及質(zhì)量比為Na2C03:Bi20:i:Ti02=0.6:30:20;在上述原料基礎(chǔ)上外加質(zhì)量百分比為1.5%MgO和5%玻璃粉；所述玻璃粉組分及質(zhì)量百分比含量為20%Bi203、30°/。Pb304、30%Ti02和20%H3B03。寬工作溫度范圍的陶瓷電容器介質(zhì)的制備方法，步驟如下(1)將Na氛Bi20,、Ti02按照質(zhì)量比0.6:30:20配料，與去離子水混合球磨10h,烘干后，于800。C預(yù)燒，制得Wi。.5Ti03粉末；(2)將步驟(l)制得的Nao.5Bi。.5TiO:;粉末與BaC03、TiOz和吣205按照質(zhì)量比1:2.5a:a:b配料，其中0.8<a<3.0，0.12〈b〈0.15,再與去離子水混合球磨820h，烘干后，于800100(TC預(yù)燒，制得熔塊；(3)將步驟(2)制得的熔塊按質(zhì)量百分比含量為100%計(jì)，夕卜加0.52wt%MgO，玻璃粉46wt0/。;所述玻璃粉組分及質(zhì)量百分比含量為BiA20%、Pb30430%、Ti0230%禾口H3B0320%;將所配原料與去離子水混合后球磨14小時，于12014CTC烘干；(4)將步驟(3)烘干后的原料外加質(zhì)量百分比為5%7%的石蠟造粒，然后將造粒粉料過1000孔/，2分樣篩，在810Mpa壓強(qiáng)下壓制成生坯，將生坯經(jīng)3.54.0小時升溫至550'C排蠟；(5)將步驟(4)排蠟后的生坯，經(jīng)1小時加熱至11001150。C燒成，保溫13小時，可制得陶瓷電容器介質(zhì)。所述步驟(2)的預(yù)燒是以8'C/分的升溫速率升溫至95(TC并保溫2小時制得熔塊。所述步驟(5)的燒成溫度為U5(TC,保溫3小時。本發(fā)明的有益效果是提供了一種工作溫度范圍較寬、容量溫度變化率較小、中溫?zé)Y(jié)的陶瓷電容器介質(zhì)。本發(fā)明將Na。5Bi。.5Ti03(簡稱NBT)引入BaTi03中形成固溶體，改變系統(tǒng)高溫區(qū)介電性能，再進(jìn)行適量的摻雜，制備電容器陶瓷介質(zhì)，使其在-55'C270r溫度范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，容量溫度變化率保持在±15%內(nèi)。在保證容量溫度變化率較小的前提下，中溫?zé)Y(jié)制備室溫介電常數(shù)為1200的陶瓷電容器介質(zhì)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1(最佳實(shí)施例)本發(fā)明采用分析純原料，將船2(:03、BiA、Ti0'2按照質(zhì)量比為0.6:30:20配料，與去離子水混合球磨10h，烘干后，于800。C預(yù)燒，制得Na。.sBi。.5Ti03(NBT)粉末；將NBT粉末、BaC03、Ti02和NbA按照質(zhì)量比1:5:2:0.14與去離子水混合球磨10h，烘干后，以8'C/分的升溫速率升至950'C并保溫2小時預(yù)燒結(jié)制得熔塊；再將上述制得的熔塊按100g計(jì)，外加1.5gMgO和5g玻璃粉配料；所述玻璃粉組分及質(zhì)量為20gBi203、30gPbA、30gTi02和20gH3B03;將所配原料與去離子水混合后球磨1小時，于120'C烘干；將烘干的原料加入重量百分比為5%的石蠟造粒,然后將造粒粉料過1000孔/cm2分樣篩，在10Mpa壓強(qiáng)下壓制成生坯，將生坯經(jīng)3.5小時升溫至550'C排蠟；再經(jīng)1小時加熱至1150'C燒成，保溫3小時,制得陶瓷電容器介質(zhì)。將所得制品的上、下表面均勻地涂覆銀漿，經(jīng)84(TC燒滲制備電極，焊接引線制得較寬工作溫度范圍的介質(zhì)陶瓷電容器。實(shí)施例24:采用分析純的Na2C0.,、BiA、打02為原料，按照Na2C030.6g、BiA30g、Ti0220g配料，與去離子水混合球磨10h,烘干后，4小時升溫至800'C保溫6小時，得到NBT粉末；按照NBT粉末10g、BaC0320g、Ti028.0g、Nb20;1.2g配料，與去離子水混合球磨6h，以8tV分的升溫速率升至80(TC并保溫2小時，制得熔塊；再以BiA、Pb:A、Ti02、貼03為原料，按照BiA20g、PbA30g、Zn0230g、貼0320g配料，混合、熔融淬冷、磨細(xì)，過6000孔/cra2分樣篩，制得玻璃粉；以玻璃粉、熔塊以及分析純MgO為原料，按照玻璃粉0.4g、熔塊10g、MgO0.05g的比例配料，與去離子水混合球磨1小時，于140'C烘千；將烘千的粉料加入質(zhì)量百分比為5%的石蠟造粒，然后將造粒粉料過1000孔/cm2分樣篩，在8Mpa壓強(qiáng)下壓制成生坯，將生坯經(jīng)3小時升溫至55(TC排蠟，再經(jīng)1小時加熱至1100。C燒成，保溫1小時，制得實(shí)施例2;于1130'C燒成，保溫2小時，制得實(shí)施例3;于115(TC燒成，保溫3小時，制得實(shí)施例4。將所得制品的上、下表面均勻地涂覆銀漿，經(jīng)84(TC燒滲制備電極，焊接引線制得較寬工作溫度范圍的介質(zhì)陶瓷電容器。實(shí)施例57:采用分析純的Na2C03、BiA、Ti02為原料，按照Na2C0:;0.6g、BiA30g、Ti0220g配料，與適量去離子水混合球磨10h，烘干后，4小時升溫至80(TC保溫6小時，得到NBT粉末；按照NBT粉末10g、BaC0350g、Ti0220g、NbA1.4g配料，與去離子水混合球磨10h，以8。C/分的升溫速率升至90(TC并保溫2小時，制得熔塊；再以BiA、Pb304、Ti02、H3B03為原料，按照BiA20g、Pb30430g、Zn0230g、H3B0320g配料，混合、熔融淬冷、磨細(xì)，過6000孔/cm2分樣篩，制得玻璃粉；以玻璃粉、熔塊以及分析純MgO為原料，按照玻璃粉0.5g、熔塊10g、MgOO.15g配料，與適量去離子水混合球磨2小時，于130'C烘干；將烘干的粉料加入質(zhì)量百分比為6%的石蠟造粒,然后將造粒粉料過1000孔/cm2分樣篩，在9Mpa壓強(qiáng)下壓制成生坯，將生坯經(jīng)3.5小時升溫至55(TC排蠟，再經(jīng)1小時加熱至110(TC燒成，保溫1小時，制得實(shí)施例5;于1130'C燒成，保溫2小時，制得實(shí)施例6;于115(TC燒成，保溫3小時，制得實(shí)施例7。將所得制品的上、下表面均勻地涂覆銀漿，經(jīng)85(TC燒滲制備電極。焊接引線制得較寬工作溫度范圍的介質(zhì)陶瓷電容器。實(shí)施例810采用分析純的Na2C03、Bi203、Ti02為原料，按照Na2C030.6g、Bi20330g、Ti0220g配料，與適量去離子水混合球磨10h，烘干后，4小時升溫至80(TC保溫6小時，得到NBT粉末；按照NBT粉末10g、BaC0375g、Ti0230g、Nb2051.5g配料，與去離子水混合球磨18h，以8TV分的升溫速率升至95(TC并保溫2小時預(yù)燒結(jié)值得自制熔塊；以玻璃粉、熔塊以及分析純MgO為原料，按照玻璃粉0.6g、熔塊10g、MgO0.20g配料，與去離子水混合球磨4小時，于12(TC烘干；將烘干后的粉料加入質(zhì)量百分比為7%的石蠟造粒,然后將造粒粉料過1000孔/ci^分樣篩，在l(Mpa壓強(qiáng)下壓制成生坯，將生坯經(jīng)4小時升溫至55(TC排蠟，再經(jīng)1小時加熱至IIO(TC燒成，保溫1小時，制得實(shí)施例8;113(TC燒成，保溫2小時，制得實(shí)施例9;于1150'C燒成保溫3小時，制得實(shí)施例4。將所得制品的上、下表面均勻地涂覆銀漿，經(jīng)86(TC燒滲制備電極。焊接引線制得較寬工作溫度范圍的介質(zhì)陶瓷電容器。.本發(fā)明測試方法和檢測設(shè)備如下(交流測試信號頻率為lkHz，電壓為1V)。(1)介電常數(shù)和損耗的測試(室溫2(TC)使用HEWLETTPACKARD4278A型電容量測試儀測試樣的電容量C及損耗tgS，并換算出試樣的介電常數(shù)。對于圓片電容器，換算關(guān)系如下14.4xCxc/s=-;-式中^電容量，單位為pF;AZ分別為試樣的厚度、直徑，單位為cm。(2)電阻率的測試(室溫20。C)使用Agilent化39B高阻計(jì)測試樣品的絕緣電阻凡，并換算出試樣的伴電阻率A,對于圓片形樣品換算公式如下-—x;rx￡)2式中Pv為樣品的體積電阻率，單位為Q，cm;《為樣品的絕緣電阻，單位為Q;A"分別為樣品的厚度、直徑，單位為cm。(3)7T特性測量測量樣品在溫區(qū)-55'C+27(TC的電容量。而后采用下述公式計(jì)算容量溫度變化率AC/C=C2_ClxlOO%式中G為20。C時的電容量，nF;G為-55。C+27(TC溫區(qū)內(nèi)任一溫度點(diǎn)的電容量，nF;^C/G。為電容量的相對變化率。實(shí)驗(yàn)利用GZ-ESPEK高低溫箱及STH-120型高溫箱共同創(chuàng)造-55。C+270。C的測試溫度環(huán)境，并采用HM27002型電容器C-7/K特性專用測試儀和HEWLETTPACKARD4278A測試顯示。將HM27002型電容器C-7/K特性專用測試儀設(shè)置為"內(nèi)偏"，從-55。C開始測試，再升至室溫2(TC，最后上升到+27(TC，用4278A型電容測試儀測量試樣在整個溫區(qū)內(nèi)的上述實(shí)施例介電性能測試結(jié)果詳見表1。表1中MaxIAC/C跳I(%)值的溫區(qū)范圍為-55°C+270°C。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發(fā)明的寬工作溫度范圍陶瓷電容器介質(zhì)，燒成溫度為11001150°C，工作溫度范圍為-55'C+27(TC并滿足以下介電性能介電常數(shù)e》1000;損耗tgS《1.5%;-溫度特性AC/C2rc《±15%，-55°C+270°C;絕緣電阻率PV》1012Qcm本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，很多細(xì)節(jié)的變化是可能的，但這并不因此違背本發(fā)明的范圍和精神。權(quán)利要求1.一種寬工作溫度范圍的陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于，原料組成及質(zhì)量比為，Na0.5Bi0.5TiO3∶BaCO3∶TiO2∶Nb2O5＝1∶2.5a∶a∶b，其中0.8＜a＜3.0，0.12＜b＜0.15；所述Na0.5Bi0.5TiO3的原料組成及質(zhì)量比為Na2CO3∶Bi2O3∶TiO2＝0.6∶30∶20；在上述原料基礎(chǔ)上外加質(zhì)量百分比為0.5～2％MgO和4～6％玻璃粉，所述玻璃粉組分及質(zhì)量百分比含量為20％Bi2O3、30％Pb3O4、30％TiO2和20％H3BO3。2.根據(jù)權(quán)利要求1的寬工作溫度范圍的陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于，原料組成及質(zhì)量比為，Na。.5Bi。.5Ti03:BaC03:Ti02:歸5=1:5:2:0.14;所述Na。.5Bi。.5Ti03W原料組成及質(zhì)量比為Na2C03:Bi203:Ti02=0.6:30:20;在上述原料基礎(chǔ)上外加質(zhì)量百分比為1.5。/。Mg0和5呢玻璃粉；所述玻璃粉組分及質(zhì)量百分比含量為20%Bi203、30%PbA、30%Ti02和20%H3B03。3.權(quán)利要求l的寬工作溫度范圍的陶瓷電容器介質(zhì)的制備方法，步驟如下-(1)將Na線、BiA、Ti02按照質(zhì)量比0.6:30:20配料，與去離子水混合球磨10h，烘干后，于80(TC預(yù)燒，制得Na。,5Bi。5Ti03粉末;(2)將步驟(l)制得的Nao.5Bi。.5Ti03粉末與BaC03、TiO^B吣205按照質(zhì)量比1:2.5a:a:b配料，其中0.8〈a〈3.0,0.12〈b〈0.15,再與去離子水混合球磨820h，烘干后，于800IOOO'C預(yù)燒，制得熔塊；(3)將步驟(2)制得的熔塊按質(zhì)量百分比含量為100%計(jì)，外加0.52wt%MgO，玻璃粉46wt%;所述玻璃粉組分及質(zhì)量百分比含量為Bi20320%、Pb30430%、Ti0230%和&80320%;將所配原料與去離子水混合后球磨14小時，于120140'C烘干；(4)將步驟(3)烘干后的原料外加質(zhì)量百分比為5%7%的石蠟造粒，然后將造粒粉料過1000孔/cn^分樣篩，在810Mpa壓強(qiáng)下壓制成生坯，將生坯經(jīng)3.54.0小時升溫至550'C排蠟；(5)將步驟(4)排蠟后的生坯，經(jīng)1小時加熱至1100115(TC燒成，保溫13小時，可制得陶瓷電容器介質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求3的寬工作溫度范圍的陶瓷電容器介質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)的預(yù)燒是以8TV分的升溫速率升溫至95(TC并保溫2小時制得熔塊。5.根據(jù)權(quán)利要求3的寬工作溫度范圍的陶瓷電容器介質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)的燒成溫度為U5(TC，保溫3小時。全文摘要本發(fā)明公開了一種寬工作溫度范圍的陶瓷電容器介質(zhì)，原料組成及質(zhì)量比為，Na_0.5Bi_0.5TiO₃∶BaCO₃∶TiO₂∶Nb₂O₅＝1∶2.5a∶a∶b，其中0.8＜a＜3.0，0.12＜b＜0.15；所述Na_0.5Bi_0.5TiO₃的原料組成及質(zhì)量比為Na₂CO₃∶Bi₂O₃∶TiO₂＝0.6∶30∶20；在上述原料基礎(chǔ)上外加質(zhì)量百分比為0.5～2％MgO和4～6％玻璃粉，所述玻璃粉組分及質(zhì)量百分比含量為20％Bi₂O₃、30％Pb₃O₄、30％TiO₂和20％H₃BO₃。其預(yù)燒溫度800～1000℃，球磨8～20h，燒成溫度1100～1150℃，保溫1～3小時，工作溫度范圍為-55℃～+270℃。本發(fā)明提供了一種工作溫度范圍較寬、容量溫度變化率較小、中溫?zé)Y(jié)的陶瓷電容器介質(zhì)。文檔編號H01B3/12GK101236835SQ20081005201公開日2008年8月6日申請日期2008年1月7日優(yōu)先權(quán)日2008年1月7日發(fā)明者平張,李玲霞,薛建文申請人:天津大學(xué)