一种宽温稳定、高介、低损耗的mlcc介质材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种W成分为特征的介质材料组合物，尤其设及一种BaTi〇3基宽溫稳 定、高介、低损耗的多层陶瓷电容器介质材料基体及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着电子行业的快速发展，新一代电子信息功能材料广泛被应用于通讯导航、运 载系统、雷达测控、汽车电子、石油勘探等领域。片式多层陶瓷电容器（MultilayerCeramic Capacitor,简称MLCC)作为基础电子元器件，广泛地应用于智能手机、平板电脑、广播电 视、移动通信等民用产品及消费电子；航空航天、坦克电子、武器弹头控制等军用电子设备； W及石油勘探等能源行业。铁酸领度aTi〇3)是一种强介电化合物材料，具有典型的巧铁矿 结构。BaTi化陶瓷W其高的介电常数、优良的绝缘性能、对环境无污染等特性成为MLCC的 主要瓷料之一u]。
[0003] 现有的BaTi〇3基X7R、X8R、X9R宽溫稳定介质材料工作溫度上限只能达到 125-200°C，当溫度超过200°C时，介电常数急剧下降，不能满足更高工作溫度环境的应用要 求。在航空航天、地下勘探、汽车电子等领域，由于其恶劣的工作环境，迫切需求电子器件能 在更高溫度环境下具有更高的可靠性。目前研究的宽溫稳定型介质器件与高工作溫度环境 不匹配，严重限制了电子设备的应用。因此，宽溫稳定型介质材料在保证高介电常数、高稳 定性的前提下，需要向更高的工作溫度上限方向发展。但运一方向国内外却鲜有研究。目 前，在宽溫稳定型介质材料的基础上，研究可稳定应用于-55°C~300°C的超宽溫稳定型介 质材料具有重大的科研价值和广阔的应用前景。
[0004] 本发明提供的BaixBiJiiXy化。.75A.25X+A介质体系具有优异的介电性能， 在-35~375°C整个工作溫区内具有较高介电常数e 800 + 15%，优异的绝缘性能 1〇11Q'em,较低的介电损耗tan5《0.02。本发明体系烧结溫度为1175°C~1250。 是一种很有前景的应用于制作宽溫稳定、高介、低损耗的多层陶瓷电容器介质材料。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的，是在现有技术的宽溫稳定型介质材料的基础上，在保证高介电常 数、高稳定性的前提下，提供一种更宽溫稳定、高介、低损耗的陶瓷电容器介质材料。
[0006] 本发明通过如下技术方案予W实现：
[0007] -种宽溫稳定、高介、低损耗的MLCC介质陶瓷陶瓷，其组成为BaixBiJiiXy化。.75xW 0.况x+y〇3,其中 0. 20《X《0. 30,0. 015《y《0. 02。
[0008] 该MLCC介质陶瓷的制备方法，步骤如下：
[000引 （1)将化0、Bi203、W03按摩尔比1:3/2:1/2配料，与去离子水混合球磨也烘干后 于850°C预烧，制得Bi狂叫/4胖1/4) 03粉体；
[0010] 似将步骤（1)预烧所得BiCn^Wi/A) 〇3粉体与去离子水混合进行二次球磨，球磨 时间5~lOh，烘干后，过40目筛，待用；
[0011]做WBaTiOs为基，添加步骤似所得的BUZn3/4Wi/4)〇3,再添加W〇3粉料，BaTiO3、Bi狂叫/4胖1/4)化与WO3的摩尔比为1:0. 20~0. 30:0. 015~0. 02,与去离子水混合球磨化~ 4h;
[001引 （4)将步骤做球磨后所得粉料烘干后，过40目筛，外加质量百分比为5%~8% 的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，在200MPa压强下压制成生巧。
[001引 妨将步骤（4)所得生巧使用埋烧的方式烧结，先经3~化升溫至550°C排蜡，再 经过1~化升至1175°C~1250°C烧结，保溫1~化，制得MLCC介质材料。
[0014] 所述步骤（3)的8曰1'1〇3与61狂113/4胖1/4)〇3和胖〇3的摩尔比为1:〇.24:0.018。
[001引所述步骤（4)的烧结溫度为1200°C烧结，保溫化。
[0016] 本发明提供的BaixBiJiiXyZn〇.7日xW〇.2日x+y〇3介质材料，在-35°C~+375°C整个工作 溫区内具有较高介电常数800+15%和优异的绝缘性能P10IiQ?cm,室溫介电 损耗tan5《0.02。因此，本发明是一种很有前景的、可稳定应用于超宽工作溫区的、低频 旁路滤波多层陶瓷电容器介质材料。本发明制备工艺简洁，获得粉体组分均一，制备过程绿 色环保无污染。
【具体实施方式】
[0017] 本发明采用分析纯原料，将化〇、812〇3、胖〇3按质摩尔比1:3/2:1/2配料，与去 离子水混合球磨地后，烘干并于850°C预烧，制得Bi狂叫/4胖1/4)〇3固体颗粒；将预烧所得 Bi狂nwWi/4)〇3固体颗粒在去离子水中进行二次球磨，球磨时间5~lOh，烘干，过40目筛， 待用；W铁酸领为基，添加Bi姑3/4胖1/4) 〇3与TO3粉料，BaTiO3、Bi姑3/4胖1/4) 〇3和TO3的摩尔 比为1:0. 2~0. 3:0. 015~0. 02;于去离子水中球磨化~地。将所得粉料烘干后，过40 目筛；再外加质量百分比为5%~8%的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，在200MPa 压强下压制成生巧。使用埋烧的方式对生巧进行烧结，经3~地升溫至55(TC排蜡，经过 1~化分别升至1175°C~1250°C烧结，保溫化，制得MLCC介质陶瓷。将所得制品的上下 表面均匀涂覆银浆，经800°C烧渗制备电极，制得宽工作溫度范围的陶瓷电容器。
[0018] 本发明具体实施例的主要工艺参数及其介电性能测试结果详见表1。
[0019]表 1 中MaxlAC/C25.CI(% )值的溫区范围是-35°C~+375°C。
[0020] 表 1
[0023] 本发明测试方法和检测设备如下：（交流测试信号：频率为I曲z，电压为IV)。
[0024] (1)介电常数和损耗的测试（室溫25°C)
[002引使用HEWLETTPACKA畑4278A型电容量测试仪测试样品的电容量C和损耗tan5， 并换算出样品的介电常数。对于圆片电容器，换算关系如下：
[0027] 式中：C-电容量，单位为pF;d、D分别为样品的厚度、直径，单位为cm。
[0028] (2)电阻率的测试
[0029] 使用Agilent 4339B高阻计测试样品的绝缘电阻Ri,并换算出样品的绝缘电阻率 P V，对于圆片型样品换算公式如下：
[003。 式中：PV为样品的体积电阻率，单位为Q'em耻为样品的绝缘电阻，单位为Q;d、D分别为样品的厚度、直径，单位为cm。
[003引 做TC特性测试
[0033] 测量样品在溫区-35°C~+375°C的电容量。而后采用下述公式计算容量溫度变化 率：
[003引式中：Cl为25°C下的电容量，单位为nF;C2为-35°C~+375°C溫区内任意溫度点 的电容量，单位为nF;AC/Czgt为电容量的相对变化率。
[0036] 实验利用GZ-ESP邸高低溫箱及STH-120型高溫箱共同创造-35°C~+375°C的测 试溫度环境，并采用歷27002型电容器C-T/V特性专用测试仪和肥WLETT PACKA畑4278A 测试显示。将歷27002型电容器C-T/V特性专用测试仪设置为"内偏"，从-35°C开始测试， 再升至室溫25°C，最后升至+375°C，用4278A型电容测试仪测量样品在整个溫区内的电容 量。
[0037]本发明提供的Bai xBi Jii X y化。.75xWa25x+y〇3介质体系，烧结溫度1175~1250°C，工 作溫度范围为-35°C~+375°C，在整个工作溫区内满足W下介电性能：
[0038] 介电常数：e>800;
[0039] 损耗：tan 5《0. 02 ;
[0040] 溫度特性：AC/C25,c《±15% (-35°C~+375°C)。
【主权项】
1. 一种宽温稳定、高介、低损耗的MLCC介质材料，其组成为BaixBi；^xyZna75xWa25x+y0 3,其中 0· 20 彡x彡 0· 30,0· 015 彡y彡 0· 02。 该MLCC介质陶瓷的制备方法，步骤如下： (1)将ZnO、Bi203、103按摩尔比1:3/2:1/2配料，与去离子水混合球磨411，烘干后于 850°C预烧，制得Bi(Zn3/4W1/4) 03粉体； ⑵将步骤⑴预烧所得Bi(Zn3/4W1/4)03粉体与去离子水混合进行二次球磨，球磨时间 5~10h，烘干后，过40目筛，待用； (3) 以BaTi03为基，添加步骤⑵所得的Bi(Zn3/4W1/4)03，再添加冊3粉料，BaTiO3、 Bi(Zn3/4W1/4) 03与W0 3的摩尔比为1:0. 20~0. 30:0. 015~0. 02,与去离子水混合球磨2h~ 4h； (4) 将步骤（3)球磨后所得粉料烘干后，过40目筛，外加质量百分比为5%~8%的石 蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，在200MPa压强下压制成生坯； (5) 将步骤（4)所得生坯使用埋烧的方式烧结，先经3~5h升温至550°C排蜡，再经过 1~3h升至1175°C~1250°C烧结，保温1~3h，制得MLCC介质材料。2. 根据权利要求1所述的一种宽温稳定、高介、低损耗的MLCC介质材料，其特征在于， 所述步骤（3)的8&1103与扮（211 3/411/4)03和恥3的摩尔比为1:0.24 :0.018。3. 根据权利要求1所述的一种宽温稳定、高介、低损耗的MLCC介质材料，其特征在于， 所述步骤（4)的烧结温度为120(TC烧结，保温2h。
【专利摘要】本发明公开了一种宽温稳定、高介、低损耗的MLCC介质材料，其组成为Ba1-xBixTi1-x-yZn0.75xW0.25x+yO3，其中0.20≤x≤0.30，0.015≤y≤0.02。先将ZnO、Bi2O3、WO3按摩尔比1:3/2:1/2配料，球磨、烘干后于850℃预烧，制得Bi(Zn3/4W1/4)O3粉体；再将该粉体二次球磨，烘干，过筛；以BaTiO3为基，按BaTiO3、Bi(Zn3/4W1/4)O3与WO3的摩尔比为1:0.20～0.30:0.015～0.02配料，球磨、烘干、过筛后，外加石蜡造粒，压制成生坯；生坯于1175℃～1250℃烧结，制得MLCC介质材料。本发明在-35～375℃整个工作温区内具有较高介电常数εr≥800±15％，优异的绝缘性能ρV≥1011Ω·cm，较低的介电损耗tanδ≤0.02，是一种很有前景的多层陶瓷电容器介质材料。
【IPC分类】C04B35/622, C04B35/468
【公开号】CN105272220
【申请号】CN201510789902
【发明人】李玲霞, 张博文, 陈俊晓
【申请人】天津大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月17日