一种高温度稳定陶瓷电容器介质的制作方法

专利名称：一种高温度稳定陶瓷电容器介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指ー种高温度稳定陶瓷电容器介质；它采用常规的陶瓷电容器介质制备方法，利用电容器陶瓷普通化学原料，制备得到无铅、无镉的高温度稳定陶瓷电容器介质，还能降低电容器陶瓷的烧结温度，该介质适合于制备单片陶瓷电容器，能大大降低陶瓷电容器的成本，同时能提高温度稳定性以扩大陶瓷电容器的应用范围，并且在制备和使用过程中不污染环境。
背景技术：
彩电、电脑、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。一般单片高压陶瓷电容器介质的烧结温度为135(Tl430°C，而本发明的陶瓷电容器介质烧结温度为125(Tl280°C，这样能大大降低高压陶瓷电容器的成本，同时本专利电容器陶瓷介质不含铅和镉，电容器陶瓷在制备和使用过程中不污染环境；另外，本发明的电容器陶瓷的介电常数较高，这样会提高陶瓷电容器的容量并且小型化，符合陶瓷电容器的发展趋势，同样也会降低陶瓷电容器的成本。通常用于生产高压陶瓷电容器的介质中含有一定量的铅，这不仅在生产、使用和废弃过程中对人体和环境造成危害，而且对性能稳定性也有不良影响。中国期刊《电子元件与材料》1989年第5期在“高介高压2B4介质陶瓷” 一文中公开了ー种高压陶瓷电容器介质材料，该介质材料采用97.8wt.%BaTi03+0.8wt.%Bi203+0.7wt.%Nb205+0.5wt.%Ce02+0.2wt.%Mn02的配方，以常规的エ艺制备试样，其介电常数e =2500^2600, tg 6 =0.5-1.4%,直流耐压强度为7KV/mm。该介质虽属无铅介质材料，但它存在耐压性较差，介电常数太小。配方组成不同于本专利。中国专利“一种高压陶瓷电容器介质”(专利号ZL00112050.6)公开的电容器陶瓷介质虽属无铅介质材料，但介电常数为1860-3300,耐电压可以达到10kV/mm以上(直流)，烧结温度为1260-1400°C，比本专利高。介电常数太小，远低于本专利，而且配方组成不同于本专利。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” 一文中公开了ー种BaTiO3中低温烧成高介满足X7R特性的电容器瓷料，该介质材料的配方组成为(质量百分数):(BaTi03+Nd203) 89% 92%+Bi203 2Ti027.5 10%+低熔点玻璃料
0.8%+50%Mn (NO3)2 (水溶液)0.205%。其中，所用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，远小于本专利的介电常数，介质的配方组成也不同于本发明专利。另有专利“一种低损耗高压陶瓷电容器介质”(专利申请号:201010588021.1)，该专利的介质虽然介电损耗低，但是容量温度特性较差，不符合X7R特性，介电常数比本专利的低，配方不同于本专利。另有专利“高压陶瓷电容器介质的制造方法”(专利号:91101958.8)，其采用非常规エ艺制备介质，即流延成型膜，然后叠层介质体，将多层介质体进行真空加热匀压、冲片、然后进行排胶、烧成而得。该专利的缺点是制备エ艺方法复杂、导致产品制造成本増加，按其介质配方制造所得的高压电容器陶瓷的介电常数为1800-7200，介电常数太小，没有本专利的介电常数高。还有专利“ー种陶瓷电容器的电介质及其制备方法”(专利申请号:201010538725.8)，该专利的介质虽然介电常数很高，但容温特性较差，不符合X7R特性，配方不同于本专利。

发明内容
本发明的目的是提供ー种高温度稳定陶瓷电容器介质。本发明的目的是这样来实现的:
高温度稳定陶瓷电容器介质配方组成包括(重量百分比):BaTi0355-90%，SrTiO3 2-25%,CaTiO3 2-15%, MgNb2O5 0.5-9%, Bi3NbTiO3 0.1-2.5%, Gd2O30.1-0.8%, MnCO30.03-1.0% ；其中BaTi03、SrTi03、CaTiO3、MgNb2O6, Bi3NbTiO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成。本发明的介质中所用的MgNb2O6是采用如下エ艺制备的:将常规的化学原料MgO和Nb2O5按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1250°C -1280°C保温120分钟，固相反应合成MgNb2O6，冷却后研磨过200目筛，备用。本发明的介质中所用的Bi3NbTiO3的制备过程如下:将常规的化学原料Bi203、Nb2O5和TiO2按3/2:1/2:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于900°C -960°C保温120分钟，固相反应合成Bi3NbTiO3,冷却`后研磨过200目筛，备用。本发明采用常规的高压陶瓷电容器介质制备エ艺，即首先采用常规的化学原料用固相法分别合成BaTiO3, SrTiO3, CaTiO3, MgNb2O6, Bi3NbTiO3，然后按配方配料，将配合料球磨、粉碎、混合，进行烘干后，加入粘合剂造粒，再压制成生坯片，然后在空气中进行排胶和烧结，经保温并自然冷却后，获得陶瓷电容器介质，在介质上被电极即成。上述陶瓷介质的配方最好采用下列三种方案(重量百分比):
BaTi0360-86%, SrTi033-22%, CaTi033_12%, MgNb2O5 0.5-8%, Bi3NbTiO3 0.2-1.7%,Gd 2030.1-0.8%, MnCO30.03-1.0% ；
BaTi0365 -83%, SrTi033-19%, CaTi034_10%, MgNb2O51-6%, Bi3NbTiO30.2-1.7%, Gd2030.1-0.8%, MnCO30.03-1.0% ；
BaTi0370-81%, SrTi034-17%, CaTi033_8%, MgNb2O61-5%, Bi3NbTiO30.2-1.7% , Gd2O30.1-0.8%, MnCO30.03-1.0%。本发明与现有技术相比，具有如下优点:
1、本专利的介质是烧结温度较低(烧结温度125(Tl280°C)钛酸钡锶基电容器陶瓷，这样能大大降低高压陶瓷电容器的成本，本专利的介质组分中不含铅和镉，对环境无污染；
2、本介质的介电常数高,为4500以上；耐电压高，直流耐电压可达13kV/mm以上；介质损耗小，小于0.5% ;本介质的介电常数较高，能实现陶瓷电容器的小型化和大容量，同样能降低成本；
3、本介质的电容温度变化率小，容温特性符合X7R特性的要求；介质损耗小于0.5%,使用过程中性能稳定性好，安全性高；4、主要原料采用陶瓷电容器级纯即可制造出本发明的陶瓷介质；
5、本介质采用常规的固相法陶瓷电容器介质制备エ艺即可进行制备。
具体实施例方式现在结合实施例对本发明作进ー步的描述。表I给出本发明的实施例共9个试样的配方。本发明的实施例共9个试样的配方的主要原料采用陶瓷电容器级纯，在制备时首先采用常规的化学原料用固相法分别合成BaTi03、SrTi03、CaTi03、MgNb2O5, Bi3NbTiO3，然后按上述配方配料，将配好的料用蒸馏水或去离子水采用行星球磨机球磨混合，料:球:水=1:3: (0.6^1.0)(质量比)，球磨41小时后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8 10%的浓度为10%的聚こ烯醇溶液，进行造粒，混研后过40目筛，再在2(T30Mpa压カ下进行干压成生坯片，然后在烧结温度为125(T128(TC下保温广4小时进行排胶和烧结，再在78(T870°C下保温15分钟进行烧银，形成银电极，再焊引线，进行包封，即得陶瓷电容器，测试其介电性能。上述各配方试样的介电性能列于表2。从表2可以看出所制备的电容器陶瓷耐电压高，可达13kV/mm(直流电压，DC)以上；介电常数为4500以上；介质损耗小于0.5%;电容温度变化率小，符合X7R特性的要求。
表I本发明的实施例共9个试样的配方
权利要求
1.ー种高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于:所述高温度稳定陶瓷电容器介质介质配方组成按照重量百分比计算:BaTi0355-90%，SrTi03 2-25%，CaTiO3 2-15%, MgNb2O50.5-9%, Bi3NbTiO3 0.1-2.5%, Gd2O30.1-0.8%, MnCO30.03-1.0% ；其中 BaTiO3' SrTiO3'CaTiO3、MgNb2O6, Bi3NbTiO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成。
2.如权利要求1所述的ー种高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于:所述高温度稳定陶瓷电容器介质介质配方组成按照重量百分比计算:BaT i 0360-86%, SrT i 033_22%，CaTi033-12%, MgNb2O5 0.5-8%, Bi3NbTiO3 0.2-1.7%, Gd 2030.1-0.8%, MnCO30.03-1.0%。
3.如权利要求1所述的ー种高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于:所述高温度稳定陶瓷电容器介质介质配方组成按照重量百分比计算:BaT i 036 5-8 3%，Sr T i 033_ 19%，CaTi034-10%, MgNb2O51-6%, Bi3NbTiO30.2-1.7%, Gd 2030.1-0.8%, MnCO30.03-1.0%。
4.如权利要求1所述的ー种高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于:所述高温度稳定陶瓷电容器介质介质配方组成按照重量百分比计算:BaT i 0370-81 %，Sr T i 034_ 17%，CaTi033-8%, MgNb2O61-5%, Bi3NbTiO30.2-1.7%，Gd 203 0.1-0.8%, MnCO30.03-1.0%。
5.如权利要求1所述的ー种高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于:所述Bi3NbTiO3的制备过程如下:将常规的化学原料Bi203、Nb205和TiO2按3/2:1/2:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于900°C _960°C保温120分钟，固相反应合成Bi3NbTiO3，冷却后研磨过200目筛，备用。
6.如权利要求1所述的ー种高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于:所述的MgNb2O6是采用如下エ艺制备的:将常规的化学原料MgO和Nb2O5按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝 坩埚内于1250°C -1280°C保温120分钟，固相反应合成MgNb2O6，冷却后研磨过200目筛，备用。
全文摘要
本发明是关于高温度稳定陶瓷电容器介质的配方组成,它采用常规的陶瓷电容器介质制备方法,利用电容器陶瓷普通化学原料,制备得到无铅、无镉的无毒高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于所述介质的配方包括(重量百分比) BaTiO355-90%,SrTiO32-25%,CaTiO32-15%,MgNb2O50.5-9%,Bi3NbTiO30.1-2.5%,Gd2O30.1-0.8%,MnCO30.03-1.0%;其中BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、MgNb2O5、Bi3NbTiO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成。该介质适合于制备单片陶瓷电容器，能减小陶瓷电容器的体积和提高耐压,能大大降低陶瓷电容器的成本和提高安全性，同时温度稳定性高,并且在制备和使用过程中不污染环境。
文档编号C04B35/468GK103113100SQ20131006470
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者高春华, 黄新友 申请人:江苏大学