一种高介电常数低损耗陶瓷电容器介质及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电容器的电介质，具体涉及一种高介电常数低损耗陶瓷电容器介质及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 彩电、计算机、通讯、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 介质的耐电压高；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介质不含 铅、镉等金属元素。
[0003] 目前，通常用于生产高压高介陶瓷电容器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。有些陶瓷电容器介质虽然不含铅，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，但是介电常数太小，且/或耐电压较低，且/或介质损耗较大。 综上所述，现有的各种用于陶瓷电容器的介质无法同时满足高介电常数、高耐电压、低损耗 及环保等方面的要求。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种高介电常数低损耗陶瓷电容器介质以及 这种陶瓷电容器介质的制备方法，这种陶瓷介质介电常数高、耐电压高、介质损耗低，并且 在使用过程中对环境无污染；本发明提供的陶瓷电容器介质的制备方法，在制备过程中对 环境无污染。采用的技术方案如下： 一种高介电常数低损耗陶瓷电容器介质，其特征在于由下述重量百分比的原料制 成：BaTiO3 54-91%，MgSnO3 2-13%，SrZrO3 2-15%，Nb2O5 0· 05-1%，CeO2 0· 03-1. 0%，ZnO 0· 1-1. 0%，Co2O3 0· 03-1. 0%，BiScO3 2-15%。
[0005] 在一种具体方案中，优选上述高介电常数低损耗陶瓷电容器介质由下述重量 百分比的原料制成：BaTiO 3 66-82%，MgSnO3 3-13%，SrZrO3 3-9%，Nb2O5 0· 5-0. 8%，CeO2 0· 3-0. 6%，ZnO 0· 3-0. 7%，Co2O3 0· 3-0. 7%，BiScO3 4-10%。
[0006] 在另一种具体方案中，优选上述高介电常数低损耗陶瓷电容器介质由下述重 量百分比的原料制成：BaTi0 3 70-85%，MgSnO3 3-13%，SrZrO3 3-8%，Nb2O5 0· 5-0. 8%，CeO2 0· 3-0. 6%，ZnO 0· 3-0. 7%，Co2O3 0· 5-0. 7%，BiScO3 4-10%。
[0007] 在另一种具体方案中，优选上述高介电常数低损耗陶瓷电容器介质由下述重 量百分比的原料制成：BaTi0 3 7 3-88%，MgSnO3 3-13%，SrZrO3 3-8%，Nb2O5 0· 5-0. 8%，CeO2 0· 3-0. 6%，ZnO 0· 3-0. 7%，Co2O3 0· 3-0. 7%，BiScO3 4-10%。
[0008] 优选上述8&1103、1^11〇3、5拉1〇 3』丨5(3〇3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BaCOjP TiO 2，然后 对BaCOjP TiO 2进行研磨并混合均匀，再将BaCO 3和TiO 2的混合物料放入氧化铝坩埚内，于 1260°C下保温120分钟，得到BaTiO3。得到的BaTiO^W磨并过200目筛，备用。
[0009] 上述MgSnO3 (锡酸镁）可采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备MgCOjP SnO 2， 然后对MgCOjP SnO 2进行研磨并混合均匀，再将MgCO 3和SnO 2的混合物料放入氧化铝坩埚 内，于1280°C下保温120分钟，得到MgSnO3。得到的MgSnO^W磨并过200目筛，备用。
[0010] 上述SrZrO3 (锆酸锶）可采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备SrCOjP ZrO2, 然后对SrCOjP ZrO 2进行研磨并混合均匀，再将SrCO 3和ZrO 2的混合物料放入氧化铝坩埚 内，于1280°C下保温120分钟，得到SrZrO3。得到的3拉1〇 3经研磨并过200目筛，备用。
[0011] 上述BiScO3 (钪酸铋）可采用如下工艺制备：按1 :1的摩尔比配备Sc2O3和Bi 203， 然后对Sc2O3和Bi 203进行研磨并混合均勻，再将Sc 203和Bi 203的混合物料放入氧化铝坩埚 内，于820°C下保温120分钟，得到BiScO 3。得到的扮3(3〇3经研磨并过200目筛，备用。
[0012] 本发明还提供上述高介电常数低损耗陶瓷电容器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、MgSn03、SrZr03、Nb20 5、Ce02、ZnO、Co2O3和 BiScO 3; (2) 将步骤（I)所配备的 BaTiO3、MgSnO3、SrZrO3、Nb2O 5、CeO2、ZnO、Co2O3和 BiScO 3粉碎 并混合均匀，得到混合料； (3) 对步骤（2)得到的混合料进行烘干； (4) 向经步骤（3)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，得到高介电常数低损耗陶瓷电容器介质。
[0013] 优选上述步骤（1)所配备的BaTi03、MgSn03、SrZr0 3、BiScO3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。
[0014] 上述步骤（2)中，可以分别将各种原料粉碎后再混合均匀。也可以将各种原料混 合后进行粉碎；随后边粉碎边混合，或完成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。
[0015] 优选上述步骤（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 - 1.0)，球磨过程持续4 一 8小时。
[0016] 上述步骤（3)中烘干的目的是去除混合料的水分。优选上述步骤（3)中烘干温度 为IKTC，烘干时间为12小时。
[0017] 上述步骤（4)中，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（3)烘干的混合料的重 量的8 - 10%。造粒后可过40目筛。
[0018] 上述步骤（5)中，可采用干压成型技术将步骤（4)得到的颗粒状物料压制成生坯 片。优选上述步骤（5)中，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。
[0019] 得到的高介低损耗陶瓷电容器介质可用于制作陶瓷电容器。将上述高介电常数低 损耗陶瓷电容器介质置于温度为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，即得高介低损耗陶瓷电容器。
[0020] 本发明的高介电常数低损耗陶瓷电容器介质具有如下优点：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18700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14kV/mm以上，交流耐电压可达6kV/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 0. 4%)，因而陶瓷电容器在使用过程中性能稳定性好，安全性高。
[0021] 本发明的陶瓷电容器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介质，在制备过程中对环境无污染。
[0022] 总而言之，本发明的高介电常数低损耗陶瓷电容器介质介电常数高、耐电压高、介 质损耗低，在制备和使用过程中对环境无污染，并且能降低高介低损耗陶瓷电容器的成本， 适合于制备单片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器。
【具体实施方式】
[0023] 实施例1 首先，以固相法合成 BaTi03、MgSn03、SrZr03、BiScO3。
[0024] 8&1103采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备BaCOjP TiO2，然后对BaCOjP TiO2 进行研磨并混合均匀，再将BaCOjP TiO 2的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1260°C下保温 120分钟，得到BaTiO3。得到的BaTiO^W磨并过200目筛，备用。
[0025] 1%511〇3采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备MgCOjPSnO 2，然后对MgCOjP SnO2 进行研磨并混合均匀，再将MgCOjP SnOj^混合物料放入氧化铝坩埚内，于1280°C下保温 120分钟，得到MgSnO3。得到的MgSnO#^ff磨并过200目筛，备用。
[0026] 5拉1〇3采用如下工艺制备：按1:1的摩尔比配备SrCOjPZrO2，然后对SrC0#PZr0 2 进行研磨并混合均匀，再将SrCOjP ZrO 2的混合物料放入氧化铝坩埚内，于1280°C下保温 120分钟，得到SrZrO3。得到的SrZrOg^jff磨并过200目筛，备用。
[0027] 815〇03采用如下工艺制备：按1 :1的摩尔比配备Sc2O3和Bi2O3，然后对Sc 2O3和 Bi2O3进行研磨并混合均匀，再将Sc 203和Bi 203的混合物料放入氧化铝坩埚内，于820°C下保 温120分钟，得到BiScO 3。得到的扮3(3〇3经研磨并过200目筛，备用。
[0028] 然后，依次按下述步骤制备高介电常数低损耗陶瓷电容器介质： (1) 按比例配备 BaTi03、MgSn03、SrZr03、Nb20 5、Ce02、ZnO、Co2O3和 BiScO 3; 参照表I，配备的各种原料的重量百分比如下=BaTiO3 80%，MgSnO3 6%，SrZrO3 7. 5%， Nb2O5 0. 5%, CeO2 0. 4%, ZnO 0. 4%, Co2O3 0. 8%, BiScO3 4. 4% ； (2) 将步骤（1)所配备的 BaTiO3、MgSnO3、SrZrO3、Nb2O 5、CeO2、ZnO、Co2O3和 BiScO 3粉碎 并混合均匀，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,得到上述混合料； (3) 对步骤（2)得到的混合料进行烘干； 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（3)烘干的混