本发明涉及无机非金属材料
技术领域：
，具体涉及一种高压低损耗陶瓷电容器介质以及这种高压低损耗陶瓷电容器介质的制备方法。
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。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。现有的陶瓷电容器介质中，有些介质虽属无铅介质材料，但它耐压性较差，介电常数太小；而有些介质虽然介电常数高，但耐压性太差；有些介质虽然介电常数很高，但介质损耗较大，耐压性较差。可见，现有的陶瓷电容器介质不能兼顾高介电常数、低介质损耗和高耐压性等各方面的要求。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种高压低损耗陶瓷电容器介质以及这种高压低损耗陶瓷电容器介质的制备方法，这种高压低损耗陶瓷电容器介质介电常数高、耐电压高且介质损耗小，在制备和使用过程中不污染环境，并且能够在较低温度下烧结。采用的技术方案如下：一种高压低损耗陶瓷电容器介质，其特征在于由下述重量配比的原料制成：batio355-90%，srtio32-25%，conb2o62-15%，bi2(sno3)30.05-10%，mnnb2o60.03-1.0%,zno0.1-1.5%，mno20.03-1.0%。一种优选方案中，上述高压低损耗陶瓷电容器介质由下述重量配比的原料制成：batio360-86%，srtio33-22%，conb2o63-12%，bi2(sno3)30.5-8%，mnnb2o60.2-0.6%，zno0.2-0.7%，mno20.03-1.0%。另一种优选方案中，上述高压低损耗陶瓷电容器介质由下述重量配比的原料制成：batio365-83%，srtio33-19%，conb2o64-10%，bi2(sno3)31-6%，mnnb2o60.2-0.6%，zno0.2-0.7%，mno20.03-1.0%。另一种优选方案中，上述高压低损耗陶瓷电容器介质由下述重量配比的原料制成：batio370-81%，srtio34-17%，conb2o63-8%，bi2(sno3)31-5%，mnnb2o60.2-0.6%，zno0.2-0.7%，mno20.03-1.0%。优选上述batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6分别是采用常规的化学原料以固相法合成。上述batio3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tio2进行研磨并混合均匀，再将baco3和tio2的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1250℃下保温120分钟，得到batio3。得到的batio3冷却后，经研磨并过200目筛，备用。上述srtio3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tio2进行研磨并混合均匀，再将srco3和tio2的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1260℃下保温120分钟，得到srtio3。得到的srtio3冷却后，经研磨并过200目筛，备用。上述conb2o6可采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备coco3和nb2o5，然后对coco3和nb2o5进行研磨并混合均匀，再将coco3和nb2o5的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1250-1280℃下保温120分钟，得到conb2o6。得到的conb2o6冷却后，经研磨并过200目筛，备用。上述bi2(sno3)3可采用如下工艺制备：按1：3的摩尔比配备bi2o3和sno2，然后对bi2o3和sno2进行研磨并混合均匀，再将bi2o3和sno2的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1160-1180℃下保温120分钟，得到bi2(sno3)3。得到的bi2(sno3)3冷却后，经研磨并过200目筛，备用。上述mnnb2o6可采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备mnco3和nb2o5，然后对mnco3和nb2o5进行研磨并混合均匀，再将mnco3和nb2o5的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1150-1200℃保温120分钟，得到mnnb2o6。得到的mnnb2o6冷却后，经研磨并过200目筛，备用。本发明还提供上述高压低损耗陶瓷电容器介质的一种制备方法，其特征在于包括下述步骤：（1）按比例配备batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6、zno和mno2；（2）将步骤（1）所配备的batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6、zno和mno2粉碎并混合均匀，得到混合粉料；（3）对步骤（2）得到的混合粉料进行烘干，得到干粉料；（4）向干粉料中加入粘结剂并进行造粒，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）将生坯片置于1250-1270℃下保温1-4小时，使生坯片排出粘结剂并烧结，得到所述高压低损耗陶瓷电容器介质。得到的高压低损耗陶瓷电容器介质为陶瓷片，在780-870℃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。步骤（2）中，可以分别将各种原料粉碎后混合均匀；也可以将各种原料混合后进行粉碎，随后边粉碎边混合，或粉碎后再使各种原料混合均匀。粉碎设备可采用球磨，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、所用球、所用水的重量比例为：原料:球:水=1:3:(0.6-1.0)，球磨过程持续4-8小时。水可采用蒸馏水或去离子水。步骤（4）的粘结剂可采用聚乙烯醇水溶液（即pva溶液）。优选步骤（4）的粘结剂采用重量百分比浓度为10%的聚乙烯醇溶液，所加入的聚乙烯醇溶液的重量为干粉料的重量的8-10%。步骤（4）中，可在造粒后过40目筛。优选步骤（5）中，在20-30mpa压力下对颗粒状物料进行干压成型，得到生坯片。本发明与现有技术相比，具有如下优点：（1）本发明的陶瓷电容器介质的介电常数高（介电常数为6000以上），耐电压高（直流耐电压可达19kv/mm以上，交流耐压可达12kv/mm以上），介质损耗小（介质损耗小于0.3%）；由于介电常数高，因而能实现陶瓷电容器的小型化和大容量，同样能降低成本。（2）本发明的陶瓷电容器介质的电容温度变化率小，符合y5u特性的要求；同时由于介质损耗小，因此在使用过程中性能稳定性好，安全性高，并可扩大陶瓷电容器的应用范围。（3）本发明的陶瓷电容器介质可中温烧结（1250-1270℃），这样能大大降低高压陶瓷电容器的成本。（4）本发明的陶瓷电容器介质组分中不含铅和镉，在制备和使用过程中对环境无污染。本发明的陶瓷电容器介质适合于制备单片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器，能大大降低陶瓷电容器的成本，同时能提高耐电压以扩大陶瓷电容器的应用范围。具体实施方式实施例1首先，以固相法合成batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6。batio3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tio2进行研磨并混合均匀，再将baco3和tio2的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1250℃下保温120分钟，得到batio3。得到的batio3冷却后，经研磨并过200目筛，备用。srtio3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进行研磨并混合均匀，再将srco3和tio2的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1260℃下保温120分钟，得到srtio3。得到的srtio3冷却后，经研磨并过200目筛，备用。conb2o6采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备coco3和nb2o5，然后对coco3和nb2o5进行研磨并混合均匀，再将coco3和nb2o5的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1270℃下保温120分钟，得到conb2o6。得到的conb2o6冷却后，经研磨并过200目筛，备用。bi2(sno3)3采用如下工艺制备：按1：3的摩尔比配备bi2o3和sno2，然后对bi2o3和sno2进行研磨并混合均匀，再将bi2o3和sno2的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1170℃下保温120分钟，得到bi2(sno3)3。得到的bi2(sno3)3冷却后，经研磨并过200目筛，备用。mnnb2o6采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备mnco3和nb2o5，然后对mnco3和nb2o5进行研磨并混合均匀，再将mnco3和nb2o5的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1180℃保温120分钟，得到mnnb2o6。得到的mnnb2o6冷却后，经研磨并过200目筛，备用。然后，按下述步骤制备高压低损耗陶瓷电容器介质：（1）按比例配备batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6、zno和mno2；参考表1，配备的各种原料的重量百分比如下：batio381%，srtio36%，conb2o65%，bi2(sno3)37%，mnnb2o60.3%,zno0.3%，mno20.4%；（2）将步骤（1）所配备的batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6、zno和mno2粉碎并混合均匀，得到混合粉料；本步骤（2）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、所用球、所用水的重量比例为：原料:球:水=1:3:0.8，球磨过程持续6小时；（3）对步骤（2）得到的混合粉料进行烘干，得到干粉料；（4）向干粉料中加入粘结剂并进行造粒（在造粒后过40目筛），得到颗粒状物料；本步骤（4）的粘结剂采用重量百分比浓度为10%的聚乙烯醇溶液，所加入的聚乙烯醇溶液的重量为干粉料的重量的9%；（5）将步骤（4）得到的颗粒状物料压制成生坯片；本步骤（5）中，在25mpa压力下对颗粒状物料进行干压成型，得到生坯片；（6）将生坯片置于1260℃下保温3小时，使生坯片排出粘结剂并烧结，得到所述高压低损耗陶瓷电容器介质。得到的高压低损耗陶瓷电容器介质为陶瓷片，在820℃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。实施例2首先，以固相法合成batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6。本实施例中batio3、srtio3的制备工艺与实施例1相同。conb2o6采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备coco3和nb2o5，然后对coco3和nb2o5进行研磨并混合均匀，再将coco3和nb2o5的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1250℃下保温120分钟，得到conb2o6。得到的conb2o6冷却后，经研磨并过200目筛，备用。bi2(sno3)3采用如下工艺制备：按1：3的摩尔比配备bi2o3和sno2，然后对bi2o3和sno2进行研磨并混合均匀，再将bi2o3和sno2的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1160℃下保温120分钟，得到bi2(sno3)3。得到的bi2(sno3)3冷却后，经研磨并过200目筛，备用。mnnb2o6采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备mnco3和nb2o5，然后对mnco3和nb2o5进行研磨并混合均匀，再将mnco3和nb2o5的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1150℃保温120分钟，得到mnnb2o6。得到的mnnb2o6冷却后，经研磨并过200目筛，备用。然后，按下述步骤制备高压低损耗陶瓷电容器介质：（1）按比例配备batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6、zno和mno2；参考表1，配备的各种原料的重量百分比如下：batio383%，srtio38%，conb2o66%，bi2(sno3)32%，mnnb2o60.3%,zno0.5%，mno20.2%；（2）将步骤（1）所配备的batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6、zno和mno2粉碎并混合均匀，得到混合粉料；本步骤（2）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、所用球、所用水的重量比例为：原料:球:水=1:3:1.0，球磨过程持续4小时；（3）对步骤（2）得到的混合粉料进行烘干，得到干粉料；（4）向干粉料中加入粘结剂并进行造粒（在造粒后过40目筛），得到颗粒状物料；本步骤（4）的粘结剂采用重量百分比浓度为10%的聚乙烯醇溶液，所加入的聚乙烯醇溶液的重量为干粉料的重量的8%；（5）将步骤（4）得到的颗粒状物料压制成生坯片；本步骤（5）中，在20mpa压力下对颗粒状物料进行干压成型，得到生坯片；（6）将生坯片置于1250℃下保温4小时，使生坯片排出粘结剂并烧结，得到所述高压低损耗陶瓷电容器介质。得到的高压低损耗陶瓷电容器介质为陶瓷片，在780℃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。实施例3首先，以固相法合成batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6。本实施例中batio3、srtio的制备工艺与实施例1相同。conb2o6采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备coco3和nb2o5，然后对coco3和nb2o5进行研磨并混合均匀，再将coco3和nb2o5的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1280℃下保温120分钟，得到conb2o6。得到的conb2o6冷却后，经研磨并过200目筛，备用。bi2(sno3)3采用如下工艺制备：按1：3的摩尔比配备bi2o3和sno2，然后对bi2o3和sno2进行研磨并混合均匀，再将bi2o3和sno2的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1180℃下保温120分钟，得到bi2(sno3)3。得到的bi2(sno3)3冷却后，经研磨并过200目筛，备用。mnnb2o6采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备mnco3和nb2o5，然后对mnco3和nb2o5进行研磨并混合均匀，再将mnco3和nb2o5的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1200℃保温120分钟，得到mnnb2o6。得到的mnnb2o6冷却后，经研磨并过200目筛，备用。然后，按下述步骤制备高压低损耗陶瓷电容器介质：（1）按比例配备batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6、zno和mno2；参考表1，配备的各种原料的重量百分比如下：batio355-90%，srtio32-25%，conb2o62-15%，bi2(sno3)30.05-10%，mnnb2o60.03-1.0%,zno0.1-1.5%，mno20.03-1.0%；（2）将步骤（1）所配备的batio3、srtio3、conb2o6、bi2(sno3)3、mnnb2o6、zno和mno2粉碎并混合均匀，得到混合粉料；本步骤（2）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、所用球、所用水的重量比例为：原料:球:水=1:3:0.6，球磨过程持续8小时；（3）对步骤（2）得到的混合粉料进行烘干，得到干粉料；（4）向干粉料中加入粘结剂并进行造粒（在造粒后过40目筛），得到颗粒状物料；本步骤（4）的粘结剂采用重量百分比浓度为10%的聚乙烯醇溶液，所加入的聚乙烯醇溶液的重量为干粉料的重量的10%；（5）将步骤（4）得到的颗粒状物料压制成生坯片；本步骤（5）中，在30mpa压力下对颗粒状物料进行干压成型，得到生坯片；（6）将生坯片置于1270℃下保温2小时，使生坯片排出粘结剂并烧结，得到所述高压低损耗陶瓷电容器介质。得到的高压低损耗陶瓷电容器介质为陶瓷片，在870℃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。实施例4-9实施例4-9中，各种原料的配比如表1所示。实施例4、7中制备高压低损耗陶瓷电容器介质的方法与实施例1相同（可根据实际情况对各步骤的温度、时间、压力等工艺条件进行调整）；实施例5、8中制备高压低损耗陶瓷电容器介质的方法与实施例3相同（可根据实际情况对各步骤的温度、时间、压力等工艺条件进行调整）；实施例6、9中制备高压低损耗陶瓷电容器介质的方法与实施例2相同（可根据实际情况对各步骤的温度、时间、压力等工艺条件进行调整）。以上各实施例制得陶瓷电容器后，测试其性能，各实施例陶瓷电容器介质的性能如表2所示。从表2可以看出，所制备的陶瓷电容器介质耐电压高，直流耐电压可达19kv/mm以上，交流耐压可达12kv/mm以上；介电常数为6000以上；介质损耗小于0.3%；电容温度变化率小，符合y5u特性的要求。表1本发明各实施例的原料配比（重量百分比）实施例batio3srtio3conb2o6bi2(sno3)3mnnb2o6znomno21816570.30.30.42838620.30.50.23864450.40.40.248156.560.50.40.657810650.40.30.367511940.20.60.277413570.40.40.287214760.30.30.497011980.50.70.8表2本发明各实施例制得的陶瓷电容器介质的性能当前第1页12