專利名稱：一種制作固態(tài)儲(chǔ)能電容器的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種制作固態(tài)儲(chǔ)能電容器的材料。
背景技術(shù)：
目前用于制作普通陶瓷電容器(圓板式，片式多層)的主要材料按溫度特性分主要有1類瓷SL，KL, COG和II類瓷X7R, Y5P, Y5U和Y5V等組別。以上各組別的電子陶瓷材料其性能參數(shù)僅僅符合一般常規(guī)陶瓷電容器所需要的四大參數(shù)(介電常數(shù)K、介質(zhì)損耗、溫度特性、耐壓特性)要求，并存在ー個(gè)共同的缺陷就是在正常工作溫度范圍(通常_25°C +850C )內(nèi)其容量變化均呈現(xiàn)有升有降的特性，而且在施加電壓后其電容量都會(huì)呈現(xiàn)較大幅度的下降。上述材料在溫度上升或施加電壓后容量下降的特性，使其根本不能作為制作固態(tài)儲(chǔ)能電容器的材料。儲(chǔ)能電容器是目前眾多能量存儲(chǔ)模塊、脈沖光電、脈沖電源、勘探、引爆線路和點(diǎn)火系統(tǒng)所急需的核心元器件。已有儲(chǔ)能電容器大多采用聚丙酯或云母電容器，不僅體積大，而且電氣性能熱分散性大，可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種制作固態(tài)儲(chǔ)能電容器的材料，采用該材料制作的電容器能在較寬的工作溫度范圍之內(nèi)(-55で +125°C )其電容量呈現(xiàn)較好的上升趨勢(shì)且介電常數(shù)大于1500，而且在施加額定電壓后其容量具有正的電壓溫度系數(shù)；特別是正的容量 溫度特性曲線和正的容量 電壓特性曲線的上升趨勢(shì)基本一致，完全滿足固態(tài)儲(chǔ)能電容器對(duì)材料的要求。本發(fā)明以氧化鉛(Pb3O4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鈦(TiO2)為主料組成反鐵電-鐵電材料系統(tǒng)，并添加改性材料氧化鑭(La2O3)、碳酸鋇(BaCO3)、氧化銀(Ag2O)、氧化鉍(Bi2O3)使其結(jié)構(gòu)處于反鐵電-鐵電互相轉(zhuǎn)化的混合區(qū)域，進(jìn)而將材料居里點(diǎn)調(diào)整到125°C以上，保證在_55°C +125°C時(shí)(一般-25°C +85°C )范圍內(nèi)隨溫度的上升容量保持較好上升趨勢(shì)，而且材料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)在施加電場(chǎng)后發(fā)生極化(相轉(zhuǎn)變)，以保證在各溫度點(diǎn)施加電壓時(shí)容量保持上升。也就是說使其具備微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生“相變”的特質(zhì)，表現(xiàn)在材料電氣性能上便是不施加電壓時(shí)該材料呈反鐵電性特性(由于居里點(diǎn)的位置關(guān)系決定了容量隨溫度一直上升的特性即正的容量溫度特性)，施加電壓后由于極化產(chǎn)生的相變(反鐵電一鐵電)使其具備了容量隨施加電壓而上升的特性(即正的容量 電壓特性)。具體的極化過程未加電場(chǎng)時(shí)，該材料晶胞中具有大小相等方向相反的位移極化，總體自發(fā)宏觀極化為零，呈現(xiàn)反鐵電特性。加上電場(chǎng)后，則會(huì)導(dǎo)致極化偶極子的轉(zhuǎn)向，使所有偶極子的方向都與施加電場(chǎng)的方向一致起來(電荷儲(chǔ)存過程)，這時(shí)的晶體又變成了極化后的鐵電體。這種相變就是外加電壓后容量呈現(xiàn)上升的根本原因。進(jìn)ー步考慮到批量生產(chǎn)的適用性因素(市場(chǎng)上容易采購(gòu)且能批量供貨，材料純度和粒度分布容易控制)，其初始原材料均采用氧化物或碳酸鹽的形式進(jìn)行配料。本發(fā)明所述材料由下述重量比的主料制成
氧化鉛(Pb3O4)54. 90 57. 78%，氧化鋯(ZrO2)24. 29 28. 21 %，氧化鈦(TiO2)5. 62 8. 86%，氧化倆(La2O3)4. 68 5. 52%，碳酸鋇(BaCO3)O 4. 80 %，氧化銀(Ag2O)O. 67 O. 71 %，氧化鉍(Bi2O3)O 1.43%。所述材料中按O I. 5%的重量比添加輔料；所述輔料由下述重量比的原料制、成氧化硼(B2O3)4%,氧化硅(SiO2)4%,氧化鋁(Al2O3)1%,氧化鋅(ZnO)5%,氧化鎘(CdO)37%,氧化鉍(Bi2O3)24%,氧化鉛(Pb3O4)25%。所述主料主要解決電氣性能問題，即將材料居里點(diǎn)調(diào)整到125 °C以上，保證在-55°C +125°C時(shí)(一般-25°C +85°C)范圍內(nèi)隨溫度的上升容量保持較好上升趨勢(shì)，而且材料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)在施加電場(chǎng)后必須發(fā)生極化(相轉(zhuǎn)變)，以保證在各溫度點(diǎn)施加電壓時(shí)容量保持上升。所述輔料為低溫玻璃配方，主要解決低溫?zé)蓡栴}，使成瓷溫度< 1120°C且不能改變主材料電氣性能。因?yàn)楸簾郎囟?成瓷溫度)< 1120°C，才能適應(yīng)多層片式電容器瓷基體與內(nèi)電極實(shí)現(xiàn)低溫共燒的加工要求；圓板電容器瓷基體和電極制備不同時(shí)進(jìn)行，先后兩次燒成，對(duì)燒成溫度無(wú)要求，一般在1200°C左右。所述輔料的添加量根據(jù)燒成窯爐的結(jié)構(gòu)和控溫方式調(diào)整。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)和效果I、本發(fā)明在有無(wú)外電場(chǎng)情形下材料特性均呈現(xiàn)出了相變特征。表現(xiàn)在電氣性能上具有正的容量 溫度特性和有電場(chǎng)時(shí)(額定電壓下)正的容量 電壓特性。具體電氣性能參數(shù)如下介電常數(shù)>1500介質(zhì)損耗彡250X 1(T4(25°C，1KH)溫度特性+4000ppm/°C土 1000 (_55°C +25°C )+3000ppm/°C ± 1000 (+25°C +125°C )電壓系數(shù)彡+10% (額定電壓下)擊穿電壓彡7KV/mm2、本發(fā)明通過添加輔料低溫玻璃，使材料成瓷溫度順利降到1120°C以下，且與不添加輔料且成瓷溫度> 1120°C的性能完全一致，滿足了多層片式電容器瓷基體與內(nèi)電極實(shí)現(xiàn)低溫共燒的加工要求。3、本發(fā)明的電氣性能和目前所有I、II類電子陶瓷材料的電氣性能有本質(zhì)區(qū)別，特別是正的容量 溫度特性曲線和正的容量 電壓特性曲線的上升趨勢(shì)基本一致，完全滿足固態(tài)儲(chǔ)能電容器對(duì)材料的要求，具有很好的儲(chǔ)能特性。最關(guān)鍵的是該材料制作的電容器在外加額定電壓時(shí)，每個(gè)溫度點(diǎn)的電容值都比未加電壓時(shí)的電容值高，整個(gè)溫度區(qū)間容量保持了一個(gè)完整的上升趨勢(shì)，這便是該材料可用來制作儲(chǔ)能電容器的依據(jù)。4、本發(fā)明能在較寬的工作溫度范圍之內(nèi)(_55°C +125°C )其電容量呈現(xiàn)較好的上升趨勢(shì)且介電常數(shù)大于1500，而且在施加額定電壓后其容量具有正的電壓溫度系數(shù)。


圖I為本發(fā)明制作的電容器芯片溫度特性曲線圖。清楚顯示外加額定電壓時(shí)，每個(gè)溫度點(diǎn)的電容值都比未加電壓時(shí)的電容值高，整個(gè)溫度區(qū)間容量保持了一個(gè)完整的上升趨勢(shì)。
具體實(shí)施例方式主料制備按表I所述配方取氧化鉛、氧化鋯、氧化鈦、氧化鑭、碳酸鋇、氧化銀、氧化鉍配置10公斤主料原料，按“配料-磨料-供料-煅燒(850±5°C )-粉碎-細(xì)磨(D50彡2 μ )-烘干”エ藝路線制備主料待用。輔料制備取氧化硼40克、氧化娃40克、氧化招10克、氧化鋅50克、氧化鎘370克、氧化鉍240克、氧化鉛250克配置I公斤輔料原料，按“配料-磨料-烘干-煅燒(850±5°C )-冷水萃取-細(xì)磨(D5tl彡I μ)_烘干”エ藝路線制備輔料待用。本發(fā)明制備按表I所述材料配方稱取主料和輔料均勻混合后造粒即可獲得10公斤本發(fā)明所述材料。電容器芯片制作將制備的上述材料按Φ 11 X I. 21 (単位mm)尺寸進(jìn)行壓制，生坯密度彡5. Og/cm3，在成瓷溫度1092°C (±5°C )焙燒并保溫2小時(shí)，再制備電極(滿電極)，然后進(jìn)行芯片性能測(cè)試。本發(fā)明通過小幅度調(diào)整Pb,Zr,Ti,La,Ba,Ag,Bi等的比例而獲得系列化材料(介電常數(shù)如1500，2000，2500)，以滿足各種形式(園板，片式)、各種尺寸元件的使用需求。在保證正的Vcc特性(施加電壓時(shí)容量保持上升)的前提下(也就是具備儲(chǔ)能特性)，其Tcc特性、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、耐壓均呈現(xiàn)了不同的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，使用它們可制作出滿足不同使用場(chǎng)合不同領(lǐng)域的具備儲(chǔ)能特性的固體儲(chǔ)能電容器。所有實(shí)施例數(shù)據(jù)及測(cè)試計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦?配方単位公斤)
權(quán)利要求
1.ー種制作固態(tài)儲(chǔ)能電容器的材料，其特征在于所述材料由下述重量比的主料制成 氧化鉛(Pb3O4) 54. 90 57. 78 %， 氧化鋯(ZrO2) 24. 29 28. 21 %， 氧化鈦(TiO2) 5. 62 8. 86 %， 氧化鑭(La2O3) 4. 68 5. 52 %， 碳酸鋇(BaCO3) O 4. 80%， 氧化銀(Ag2O) O. 67 O. 71%， 氧化鉍(Bi2O3) O I. 43%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種制作固態(tài)儲(chǔ)能電容器的材料，其特征在于所述材料中按O I. 5%的重量比添加輔料；所述輔料由下述重量比的原料制成 氧化硼(B2O3) 4%, 氧化硅(SiO2) 4%, 氧化鋁(Al2O3) 1%, 氧化鋅(ZnO) 5%, 氧化鎘(CdO) 37%, 氧化秘(Bi2O3) 24%, 氧化鉛(Pb3O4) 25%。
全文摘要
一種制作固態(tài)儲(chǔ)能電容器的材料，由下述重量比的主料制成氧化鉛54.90～57.78％，氧化鋯24.29～28.21％，氧化鈦5.62～8.86％，氧化鑭4.68～5.52％，碳酸鋇0～4.80％，氧化銀0.67～0.71％，氧化鉍0～1.43％。采用該材料制作的電容器能在較寬的工作溫度范圍之內(nèi)(-55℃～+125℃)其電容量呈現(xiàn)較好的上升趨勢(shì)且介電常數(shù)大于1500，而且在施加額定電壓后其容量具有正的電壓溫度系數(shù)；特別是正的容量～溫度特性曲線和正的容量～電壓特性曲線的上升趨勢(shì)基本一致，完全滿足固態(tài)儲(chǔ)能電容器對(duì)材料的要求。
文檔編號(hào)H01G4/12GK102674813SQ20121012740
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者李文興 申請(qǐng)人:陜西華星電子開發(fā)有限公司