专利名称：高介电常数陶瓷粉料、陶瓷电容器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种高介电常数陶瓷粉料及利用这种高介电常数粉料所制得的陶瓷电容器，特别是涉及具有2B4特性的高介电常数陶瓷粉料及利用这种粉料所制得的陶瓷电容器。
本发明还涉及一种利用上述高介电常数陶瓷粉料制备陶瓷电容器的方法。
背景技术：
目前，中高压陶瓷电容器广泛应用于中高压电子线路和电力设备，如彩色电视机、激光器、电力阻断器、微波炉、静电复合机、电警棍等中的电容器，其市场较为广阔。为了适应电子产品的小型化和表面贴装技术的发展，在保证圆片电容器的适用性和高性能的前提下尽可能提高电容器的介电常数，以减小圆片电容器的体积，这对电容器的制造工艺和对原材料的选择提高出的较高的要求。目前，国际上生产使用的具有2B4特性(所谓2B4特性是指-25℃～+85℃|ε/ε20℃|≤10％)的电子陶瓷粉料主要是采用SrTiO3-PbTiO3-Bi2O3·nTiO2体系的瓷料，使用的瓷料最高介电常数小于3800，烧结温度在1300±15℃左右，耐压特性VDC在5-6kv/mm VAC在2.5-3kv/mm左右。
上述现有技术的缺点是一是介电常数偏低，损耗高，温度变化率、耐压特性一般，不能适应元件小型化的特点。二是瓷料烧结温度偏高，一般在1300℃以上烧结，增加了生产成本。原因是采用的工业级原材料与配方的匹配性以及添加物的种类、数量造成。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种高介电常数陶瓷粉料，该高介电常数粉料具有2B4特性。
另一方面，本发明还提供了由上述高介电常数陶瓷粉料制造的陶瓷电容器以及制备陶瓷电容器的方法。
在本发明中，SrTiO3-PbTiO3-Bi2O3·nTiO2体系的高介电常数陶瓷粉料，包括如下组分(1)第一组分钛酸锶，该组分在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为35％～60％，且该组分中Sr、Ti摩尔比的范围控制在0.90～1.10之间；(2)第二组分钛酸铅，该组分在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为25％～40％，且该组分中Pb、Ti摩尔比的范围控制在0.90～1.10之间；(3)第三组分Bi2O3·nTiO2，该组分在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为12％～30％，且该组分中n＝1～5；(4)第四组分是选自MnCO3、MnO2、ZnO、SiO2、Sm2O3、CuO、Al2O3中的一种或几种，其在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为0.1％～2.0％。
优选地，上述第一组分含量按重量百分比计为40～55％，第二组分含量按重量百分比计为28～35％，第三组分含量按重量百分比计为15～25％。
对采用本发明上述陶瓷粉体的圆片电容器产品进行测试，其各项技术指标均符合国标-2B4标准，主要特征参数为介电常数(20℃，1kHz)3800～5000
介质损耗(20℃，1kHz)≤50×10-4绝缘性能＞1010抗电强度VDC≥6.5kv/mm VAC≥3.5kv/mm温度特性-25℃～+85℃|Δε/ε20℃|≤10％烧结特性Ts1180℃～1280℃从以上测试结果可以发现，尽管本发明同样是SrTiO3-PbTiO3-Bi2O3·nTiO2体系，但由于本发明对所用主要原料第一组分、第二组分中的摩尔比进行控制，因而产品的性能随着Sr、Pb比例及Sr、Pb、Ti的摩尔比变化而变化。适当的Sr、Pb、Ti的摩尔比有利于瓷体烧结性能的改善和瓷体介电常数的提高，控制瓷料的居里温度点移动，有利于抑制温度系数的漂移。同时，当PbTiO3加入量达到25％～40％范围时，使瓷料有较高的介电常数和耐压，同时又有较低的介质损耗。本发明通过加入第四组分来调整瓷料的温度系数，使瓷料的温度特性控制在|Δε/ε20℃|≤±10％以内。同时，第四组分在电子陶瓷生产中作为晶粒成长阻滞剂使用，主要起烧结促进剂的作用，能够减缓粒界的移动，抑制晶粒的二次生长，有利于促进陶瓷的致密性，增强陶瓷片的耐电强度。所以，利用本发明陶瓷粉料制得的电容器介电常数提高到3850≤K≤5000，而且直流(交流)耐压特性也有提高，烧结温度也降低到了约1180℃～1280℃左右。这样，使用本发明瓷料不但适应了电子产品的小型化和表面贴装技术的发展，耐压特性高，而且使用温度较低，大大降低生产厂家的生产成本。
本发明也提供了一种陶瓷电容器，该陶瓷电容器由包括如下组成的高介电常数陶瓷粉料制成
(1)第一组分SrTiO3，其含量按重量百分比计为35.0％～60.0％，其中Sr、Ti摩尔比的范围控制在0.90～1.10之间；(2)第二组分PbTiO3，其含量按重量百分比计为25.0％～40.0％，其中Pb、Ti摩尔比的范围控制在0.90～1.10之间；(3)第三组分Bi2O3·nTiO2，其含量按重量百分比计为12.0％～30.0％，其中n选1～5；(4)第四组分是选自MnCO3、MnO2、ZnO、SiO2、Sm2O3、CuO、Al2O3中的一种或几种，其含量按重量百分比计为0.1％～2.0％。
优选地，上述第一组分含量按重量百分比计为40～55％，第二组分含量按重量百分比计为28～35％，第三组分含量按重量百分比计为15～35％。
上述的陶瓷电容器既可以是圆片电容器，也可以是其它形式的电容器；其制备方法主要是采用干压、挤压或轧膜等方法制得生坯，然后经过叠片、烧结、超声波清洗、分选、印银、还原、测试、包封、测试，最后获得可在整机上使用的电容器。
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的范围并不限于如下
具体实施例方式
先选取电子级或工业级SrCO3、Pb3O4、Bi2O3和TiO2作为原材料，然后将SrCO3、Pb3O4、Bi2O3分别与TiO2粉末称重并混合，将混合物置于球磨机中进行湿磨，随后在空气中以1100～1300℃的温度煅烧1～3小时，从而获得煅烧后以通式SrTiO3、PbTiO3、Bi2O3·nTiO2表示的主要组分的原料，再按以下两种方法制得陶瓷电容器。
(1)将主要组分SrTiO3、PbTiO3、Bi2O3·nTiO2和MnCO3、MnO2、ZnO、SiO2、Sm2O3、CuO、Al2O3等粉末按表1配方1-10称重并混合。将混合物置于球磨机或砂磨机中进行湿磨，随后在空气中以200℃的温度烘干，再通过挤压方法制得生坯，然后经过叠片、烧结、超声波清洗、分选、印银、还原、测试、包封、测试，最后获得可在整机上使用的电容器，测得性能如表2中1-10所示。
(2)将主要组分SrTiO3、PbTiO3、Bi2O3·nTiO2和MnCO3、MnO2、ZnO、SiO2、Sm2O3、CuO、Al2O3等粉末按表1配方11-20称重并混合。将混合物置于球磨机或砂磨机中进行湿磨，然后按干粉的重量20.0％加入10.0％-20.0％PVA(2.0％-6.0％)胶水溶液及适量的分散剂、消泡剂、脱膜剂等，用造粒干燥机进行干燥造粒，再通过干压方法制得生坯，然后经过叠片、烧结、超声波清洗、分选、印银、还原、测试、包封、测试，最后获得可在整机上使用的电容器，测得性能如表2中11-20所示。
使用HP4278A电桥测定在1KHz、1Vrms、20℃的电容量(C)和介电损耗(tanδ)。由C通过计算可得到介电常数(ε)。在20℃和85℃，使用绝缘电阻测定仪，测定样品的绝缘电阻(R)，从而获得C与R的乘积，即CR积。测定以20℃为基准的在-25℃、85℃的电容变化率(ΔC/C20℃)；测定以20℃为基准的在-25℃和85℃的电容变化率(ΔC/C20℃)，以及在-25℃至85℃的温度范围内的电容量的变化最大率(|ΔC/Cmax)。
各种材料配方及性能实施例如表1、表2所示
表1
表2
权利要求
1.一种SrTiO3-PbTiO3-Bi2O3·nTiO2体系的高介电常数陶瓷粉料，包括如下组分(1)第一组分钛酸锶，该组分在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为35％～60％，且该组分中Sr、Ti摩尔比的范围控制在0.90～1.10范围内；(2)第二组分钛酸铅，该组分在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为25％～40％，且该组分中Pb、Ti摩尔比控制在0.90～1.10范围内；(3)第三组分Bi2O3·nTiO2，该组分在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为12％～30％，且该组分中n＝1～5；(4)第四组分是选自MnCO3、MnO2、ZnO、SiO2、Sm2O3、CuO、Al2O3中的一种或几种，其在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为0.1％～2.0％。
2.根据权利要求1所述的陶瓷粉料，其特征在于，所述的第一组分钛酸锶在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为40％～55％。
3.根据权利要求1所述的陶瓷粉料，其特征在于，所述的第二组分钛酸铅在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为28％～35％。
4.根据权利要求1所述的陶瓷粉料，其特征在于，所述的第三组分Bi2O3·nTiO2在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为15％～25％。
5.一种由高介电常数陶瓷粉料制成的陶瓷电容器，其特征在于，所述的高介电常数陶瓷粉料包括如下组分(1)第一组分钛酸锶，该组分在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为35％～60％，且该组分中Sr、Ti摩尔比的范围为0.90～1.10；(2)第二组分钛酸铅，该组分在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为25％～40％，且该组分中Pb、Ti摩尔比的范围为0.90～1.10；(3)第三组分Bi2O3·nTiO2，该组分在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为12％～30％，且该组分中n＝1～5；(4)第四组分是选自MnCO3、MnO2、ZnO、SiO2、Sm2O3、CuO、Al2O3中的一种或几种，其在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为0.1％～2.0％。
6.根据权利要求5所述的陶瓷电容器，其特征在于，所述的第一组分钛酸锶在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为40％～55％。
7.根据权利要求5所述的陶瓷电容器，其特征在于，所述的第二组分钛酸铅在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为28％～35％。
8.根据权利要求5所述的陶瓷电容器，其特征在于，所述的第三组分Bi2O3·nTiO2在所述陶瓷粉料中的重量百分含量为15％～25％。
9.一种制备如权利要求5-8所述之一的陶瓷电容器的方法，包括将权利要求1-4之一所述的陶瓷粉料进行干压、挤压或轧膜制得生坯；然后依次进行叠片、烧结、超声波清洗；最后进行分选、印银、还原、测试、包封。
全文摘要
本发明涉及一种具有2B
文档编号C04B35/47GK1539792SQ03114298
公开日2004年10月27日 申请日期2003年4月24日 优先权日2003年4月24日
发明者李明, 朱训明, 司留启, 欧明, 李 明 申请人:深圳市风华科技开发有限公司