一种陶瓷电容器的电介质及其制备方法

文档序号:1808927
专利名称:一种陶瓷电容器的电介质及其制备方法
技术领域
本发明涉及电容器的电介质,具体地说,涉及一种陶瓷电容器的电介质及其制备方法。
背景技术
彩电、计算机、通迅、航空航天、导弹、航海等领域迫切需要击穿电压高、温度稳定 性好、可靠性高、小型化、大容量的陶瓷电容器。为了实现陶瓷电容器的小型化和大容量,要 求陶瓷电容器的电介质具有高介电常数;为了实现陶瓷电容器的击穿电压高,要求陶瓷电 容器的电介质耐电压高;同时,随着人们对身体健康及环境保护的日益重视,要求陶瓷电容 器的电介质在制备、使用及废弃的过程中不会对人体和环境造成危害,因而要求陶瓷电容 器的电介质不含铅、镉等金属元素。目前,通常用于生产高压陶瓷电容器的电介质中含有一定量的铅,这不仅在陶瓷 电容器的生产、使用和废弃过程中对人体和环境造成危害,而且对陶瓷电容器的性能稳定 性也有不良影响。例如,中国期刊《江苏陶瓷》1999年第2期在"BaTiO3系低温烧成高介X7R 电容器瓷料” 一文中公开了一种BaTiO3中低温烧成高介满足X7R特性的电容器瓷料介质, 该介质所含的低熔点玻璃料是硼硅酸铅低熔点玻璃,介质是含铅的,并且未涉及耐电压,介 电常数小于3500。又如,中国发明专利申请公开说明书CN1212443A(发明名称为“高介高 性能中温烧结片式多层瓷介电容器瓷料”,专利申请号为97117^6. 2),所公开的陶瓷电容 器瓷料虽然介电常数高(介电常数> 16000),但耐电压较差(耐电压为700V/mm),另外其 组分含有一定量的铅。还有,中国发明专利申请公开说明书CN1212444A(发明名称为“高性 能中温烧结片式多层瓷介电容器瓷料”,专利申请号为97117^7. 0),所公开的电容器瓷料 介电常数太小(介电常数为3000),介质损耗小于1.5%,且耐电压较低(耐电压为860V/ mm),另外其组分含有一定量的铅。有些陶瓷电容器的电介质虽然不含铅,在陶瓷电容器的生产、使用和废弃过程中 对人体和环境的危害较小,但是其介电常数太小,且/或耐电压较低。例如,中国期刊《电 子元件与材料》1989年第5期在“高介高压2 介质陶瓷” 一文中公开了一种高压陶瓷 电容器介质材料,这种介质材料的介电常数太小(介电常数ε = 2500-2600),tg δ = 0.5-1.4%,耐压性较差(直流耐压强度为7KV/mm)。又如,中国发明专利申请公开说明 书CN1306^8A(发明名称为“一种高压陶瓷电容器介质”,专利申请号为00112050. 6)公 开的电容器陶瓷介质虽属无铅介质材料,其直流耐电压可以达到10kV/mm以上,但介电常 数太小(介电常数为1860-3300),烧结温度较高(烧结温度为U60-1400°C )。还有,中 国发明专利申请公开说明书CN1619726A(发明名称为“一种中低温烧结高压陶瓷电容器 介质”,专利申请号为200410041863. χ),其各组分的重量百分比含量为:BaTi0360-90%, SrTi03l-20 CaZrO3O. 1-10 Nb2O5O. 01-1 MgO 0.01-1 CeO2O. 01-0. 8 ZnO 0. 01-0. 6 %、Co2O3O. 03-1 %、铋锂固溶体0. 05-10 %,其介电常数为2000-3000,耐电压为 6kV/mm以上,介电常数和耐电压性仍不够理想。
综上所述,现有的各种用于陶瓷电容器的电介质无法同时满足高介电常数、高耐 电压及环保等方面的要求。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种陶瓷电容器的电介质,这种电介质介电常 数高,耐电压高,并且在使用过程中对环境无污染;本发明所要解决的另一技术问题是提供 上述陶瓷电容器的电介质的一种制备方法,这种制备方法成本较低,并且在制备过程中对 环境无污染。采用的技术方案如下—种陶瓷电容器的电介质,其特征在于由下述重量百分比的原料制成 BaTi0354-91 %, SrTi0s2-13 %, BaZr032-15 %, Nb2O5O- 05-1 %, CeO2O. 03-1. 0 %, ZnO 0. 1-1. 0%, Co2O3O. 03-1. 0%,BaSi032-15%。在一种具体方案中,优选上述陶瓷电容器的电介质由下述重量百分比的原料 制成BaTi0366-82 %,SrTi0s3-13 %,BaZr0s3-9 %,Nb2O5O. 5-0. 8 %,CeO2O. 3-0. 6 %, ZnO 0. 3-0. 7%, Co2O3O. 3-0. 7%,BaSi034-10%。在另一种具体方案中,优选上述陶瓷电容器的电介质由下述重量百分比的原料 制成:BaTi0370-85 %,SrTi0s3-13 %,BaZr0s3-8 %,Nb2O5O. 5-0. 8 %,CeO2O. 3-0. 6 %, ZnO 0. 3-0. 7%, Co2O3O. 5-0. 7%,BaSi034-10%。在另一种具体方案中,优选上述陶瓷电容器的电介质由下述重量百分比的原料 制成BaTi0373-88 %,SrTi0s3-13 %,BaZr0s3-8 %,Nb2O5O. 5-0. 8 %,CeO2O. 3-0. 6 %, ZnO 0. 3-0. 7%, Co2O3O. 3-0. 7%,BaSi034-10%。优选上述BaTi03、SrTi03、Ba&03、BaSi03分别采用常规的化学原料以固相法合成。 例如上述BaTiO3 (钛酸钡)可采用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备BaCO3和TiO2, 然后对BaCO3和TW2进行研磨并混合均勻,再将BaCO3和TW2的混合物料放入氧化铝坩埚 内,于1260°C下保温120分钟,得到BaTi03。得到的BaTiO3经研磨并过200目筛,备用。上述SrTiO3 (钛酸锶)可采用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备SrCO3和TiO2, 然后对SrCO3和TW2进行研磨并混合均勻,再将SrCO3和TW2的混合物料放入氧化铝坩埚 内,于1260°C下保温120分钟,得到SrTi03。得到的SrTiO3经研磨并过200目筛,备用。上述BdrO3 (锆酸钡)可采用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备BaCO3和&02, 然后对BaCO3和^O2进行研磨并混合均勻,再将BaCO3和^O2的混合物料放入氧化铝坩埚 内,于1270°C下保温120分钟,得到Ba&03。得到的BdrO3经研磨并过200目筛,备用。上述BaSi03(硅酸钡)可采用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备BaCO3和SiO2, 然后对BaCO3和SW2进行研磨并混合均勻,再将BaCO3和SW2的混合物料放入氧化铝坩埚 内,于1150°C下保温120分钟,得到BaSiO30得到的BaSiO3经研磨并过200目筛,备用。本发明还提供上述陶瓷电容器的电介质的一种制备方法,其特征在于依次包括下 述步骤(1)按比例配备 BaTi03、SrTi03、BaZr03、Nb205、Ce02、Zn0、Co2O3 和 BaSiO3 ;(2)将步骤(1)所配备的 BaTi03、SrTi03、BaZr03、Nb205、Ce02、Zn0、Co2O3 和 BaSiO3 粉碎并混合均勻,得到混合料;
可以将上述各种原料分别粉碎后,再混合均勻;也可以将上述各种原料混合后,再进行粉碎;随后,边粉碎边混合,或完成粉碎后 再使各种原料混合均勻;粉碎设备可采用球磨机,也可以采用其它粉碎设备;优选采用行星球磨机对配备好的原料进行球磨,被球磨的原料、所用水、所用球的 重量比例为原料球水=1 3 (0. 6-1),球磨过程持续4-8小时;(3)对步骤⑵得到的混合料进行烘干;烘干的目的是去除混合料中的水分;优选烘干温度为110°C,烘干时间为12小时;(4)向经步骤( 烘干的混合料中加入粘合剂并进行造粒,得到颗粒状物料;上述粘合剂可采用聚乙烯醇水溶液;优选粘合剂采用浓度为10% (重量)的 聚乙烯醇水溶液,所加入的聚乙烯醇水溶液的重量为经步骤C3)烘干的混合料的重量的 8-10% ;(5)将步骤(4)得到的颗粒状物料压制成生坯片;可采用干压成型技术将颗粒状物料压制成生坯片;优选在20-30Mpa的压力下对 颗粒状物料进行干压成型,得到生坯片;干压成型的工作温度通常为室温;(6)将步骤(5)得到的生坯片置于温度为1230-1250°C的环境下,保温1_4小时, 使生坯片排出粘合剂并烧结,得到陶瓷电容器的电介质。得到的电介质可用于制作陶瓷电容器。优选上述步骤(1)所配备的BaTi03、SrTi03、BaZrO3^ BaSiO3采用常规的化学原料 用固相法分别合成,具体合成方法(即制备方法)如上文所述。将上述陶瓷电容器的电介质置于温度为780-870°C环境下,保温15分钟进行烧 银,形成银电极,再焊接引线并进行包封,即得陶瓷电容器。本发明的陶瓷电容器的电介质具有如下优点不含铅和镉,在使用过程中对环境 无污染;介电常数高(介电常数达18000以上),由于介电常数高,因而能实现陶瓷电容器 的大容量和小型化,符合陶瓷电容器的发展趋势,能降低陶瓷电容器的成本;耐电压高,直 流耐电压可达12kV/mm以上,交流耐电压可达5kV/mm以上,能扩大陶瓷电容器的应用范围; 电容温度变化率小,符合Y5V特性的要求,而且介质损耗小(介质损耗小于),因而陶瓷 电容器在使用过程中性能稳定性好,安全性高。本发明的陶瓷电容器的电介质的制备方法 具有如下优点烧结温度较低(采用中温烧结,烧结温度为1230-1250°C),大大降低高压陶 瓷电容器的成本;并且利用不含铅和镉的电容器陶瓷普通化学原料制备陶瓷电容器的电介 质,在制备过程中对环境无污染。总而言之,本发明的陶瓷电容器的电介质介电常数高,耐 电压高,在制备和使用过程中对环境无污染,并且能降低陶瓷电容器的成本,适合于制备单 片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器。
具体实施例方式实施例1首先,以固相法合成BaTi03、SrTi03、Ba&03、BaSi03。BaTiO3(钛酸钡)采用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备BaCO3和TiO2,然后 对BaCO3和TW2进行研磨并混合均勻,再将BaCO3和TW2的混合物料放入氧化铝坩埚内,于1260°C下保温120分钟,得到BaTiO315得到的BaTiO3经研磨并过200目筛,备用。SrTiO3(钛酸锶)采用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备SrCO3和TiO2,然后 对SrCO3和TW2进行研磨并混合均勻,再将SrCO3和TW2的混合物料放入氧化铝坩埚内,于 1260°C下保温120分钟,得到SrTi03。得到的SrTiO3经研磨并过200目筛,备用。BaZrO3(锆酸钡)采用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备BaCO3和,然后 对BaCO3和^O2进行研磨并混合均勻,再将BaCO3和^O2的混合物料放入氧化铝坩埚内,于 1270°C下保温120分钟,得到Ba&03。得到的BdrO3经研磨并过200目筛,备用。BaSiO3(硅酸钡)采用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备BaCO3和SiO2,然后 对BaCO3和SW2进行研磨并混合均勻,再将BaCO3和SW2的混合物料放入氧化铝坩埚内,于 1150°C下保温120分钟,得到BaSiO315得到的BaSiO3经研磨并过200目筛,备用。然后,依次按下述步骤制备陶瓷电容器的电介质(1)按比例配备 BaTi03、SrTiO3> BaZrO3> Nb2O5, CeO2, ZnO、Co2O3 和 BaSiO3 ; 参照表1,配备的各种原料的重量百分比如下BaTi0381 %,SrTi035. 5 %, BaZr037%, Nb2O5O- 5%, CeO2O. 4%, ZnO 0. 4%, Co2O3O. 6%, BaSi034. 6% ;(2)将步骤(1)所配备的 BaTi03、SrTiO3> BaZrO3> Nb2O5, CeO2, ZnO、Co2O3 和 BaSiO3 粉碎并混合均勻,得到混合料;本实施例中,采用行星球磨机对配备好的原料进行球磨,被球磨的原料、所用水、 所用球的重量比例为原料球水=1 3 0. 8,球磨过程持续6小时;(3)对步骤⑵得到的混合料进行烘干,去除混合料中的水分;本实施例中,烘干温度为110°C,烘干时间为12小时;(4)向经步骤( 烘干的混合料中加入粘合剂并进行造粒,得到颗粒状物料;粘合剂采用浓度为10% (重量)的聚乙烯醇水溶液,所加入的聚乙烯醇水溶液的 重量为经步骤C3)烘干的混合料的重量的10% ;(5)将步骤(4)得到的颗粒状物料压制成生坯片;本实施例在20-30Mpa的压力下对颗粒状物料进行干压成型,得到生坯片;(6)将步骤(5)得到的生坯片置于温度为1250°C的环境下,保温3小时,使生坯片 排出粘合剂并烧结,得到陶瓷电容器的电介质。实施例2-9实施例2-9中,各种原料的用量如表1所示。利用上述原料制备陶瓷电容器的电 介质的方法可参考实施例1,各步骤中的温度、时间、压力等工艺条件可根据实际情况进行调整。上述实施例1-9制得的陶瓷电容器的电介质的性能参数如表2所示。表1本发明各实施例的原料配比
权利要求
1.一种陶瓷电容器的电介质,其特征在于由下述重量百分比的原料制成=BaTiO3 54-91 %, SrTiO3 2-13 %, BaZrO3 2-15 %, Nb2O5 0.05-1 %, CeO2 0.03-1.0 %, ZnO 0. 1-1. 0%, Co2O3 0. 03-1. 0%, BaSiO3 2-15%。
2.根据权利要求1所述的陶瓷电容器的电介质,其特征在于所述陶瓷电容器的 电介质由下述重量百分比的原料制成:BaTi0366-82 %,SrTi033_13 %,BaZr0s3-9 %, Nb2O5O. 5-0. 8%, CeO2O. 3-0. 6%, ZnO 0. 3-0. 7%, Co2O3O- 3-0. 7%,BaSi034_10%。
3.根据权利要求1所述的陶瓷电容器的电介质,其特征在于所述陶瓷电容器的 电介质由下述重量百分比的原料制成:BaTi0370-85 %,SrTi033_13 %,BaZr0s3-8 %, Nb2O5O. 5-0. 8%, CeO2O. 3-0. 6%, ZnO 0. 3-0. 7%, Co2O3O- 5-0. 7%,BaSi034_10%。
4.根据权利要求1所述的陶瓷电容器的电介质,其特征在于所述陶瓷电容器的 电介质由下述重量百分比的原料制成:BaTi0373-88 %,SrTi033_13 %,BaZr0s3-8 %, Nb2O5O. 5-0. 8%, CeO2O. 3-0. 6%, ZnO 0. 3-0. 7%, Co2O3O- 3-0. 7%,BaSi034_10%。
5.根据权利要求1-4任一项所述的陶瓷电容器的电介质,其特征在于所述彻1103采 用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备BaCO3和TiO2,然后对BaCO3和TW2进行研磨并混 合均勻,再将BaCO3和TW2的混合物料放入氧化铝坩埚内,于1260°C下保温120分钟,得到 BaTi O3。
6.根据权利要求1-4任一项所述的陶瓷电容器的电介质,其特征在于所述51~1103采 用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备SrCO3和TiO2,然后对SrCO3和TiO2进行研磨并混 合均勻,再将SrCO3和TW2的混合物料放入氧化铝坩埚内,于1260°C下保温120分钟,得到 SrTiO30
7.根据权利要求1-4任一项所述的陶瓷电容器的电介质,其特征在于所述彻&03采 用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备BaCO3和&02,然后对BaCO3和^O2进行研磨并混 合均勻,再将BaCO3和^O2的混合物料放入氧化铝坩埚内,于1270°C下保温120分钟,得到 BaZrO30
8.根据权利要求1-4任一项所述的陶瓷电容器的电介质,其特征在于所述8必103采 用如下工艺制备按1 1的摩尔比配备BaCO3和SiO2,然后对BaCO3和SW2进行研磨并混 合均勻,再将BaCO3和SW2的混合物料放入氧化铝坩埚内,于1150°C下保温120分钟,得到 BaSiO30
9.权利要求1-4任一项所述的陶瓷电容器的电介质的制备方法,其特征在于依次包括 下述步骤(1)按比例配备BaTi03、SrTi03、BaZr03、Nb205、Ce02、ai0、Co2O3 和 BaSiO3 ;(2)将步骤(1)所配备的BaTi03、SrTi03、BaZr03、Nb205、Ce02、Zn0、Co203 和 BaSiO3 粉碎 并混合均勻,得到混合料;(3)对步骤( 得到的混合料进行烘干;烘干的目的是去除混合料中的水分;(4)向经步骤C3)烘干的混合料中加入粘合剂并进行造粒,得到颗粒状物料;(5)将步骤(4)得到的颗粒状物料压制成生坯片;(6)将步骤(5)得到的生坯片置于温度为1230-1250°C的环境下,保温1_4小时,使生 坯片排出粘合剂并烧结,得到陶瓷电容器的电介质。
10.根据权利要求9所述的陶瓷电容器的电介质的制备方法,其特征在于步骤(4)中,粘合剂采用浓度为10% (重量)的聚乙烯醇水溶液,所加入的聚乙烯醇水溶液的重量为 经步骤C3)烘干的混合料的重量的8-10%。
全文摘要
本发明提供一种陶瓷电容器的电介质,由下述重量百分比的原料制成BaTiO354-91%,SrTiO32-13%,BaZrO32-15%,Nb2O50.05-1%,CeO20.03-1.0%,ZnO 0.1-1.0%,Co2O30.03-1.0%,BaSiO32-15%。本发明还提供上述陶瓷电容器的电介质的一种制备方法。本发明的陶瓷电容器的电介质介电常数高,耐电压高,在制备和使用过程中对环境无污染,并且能降低陶瓷电容器的成本,适合于制备单片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器。
文档编号C04B35/622GK102060522SQ20101053872
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者李言, 林榕, 黄瑞南 申请人:汕头高新区松田实业有限公司
再多了解一些
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