专利名称：：化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料的制作方法
技术领域：
：本发明属于电子陶瓷电容器材料
技术领域：
，特别涉及一种化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料。具体涉及用化学包覆法制造以贱金属(例如镍)做内电极的超细晶温度稳定型贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料。
背景技术：
：多层陶瓷电容器(MultilayerCeramicCapacitors)简称MLCC。它是将陶瓷坯体与内电极交替叠层，共烧为一个整体。MLCC特别适合于片式化表面组装，可大大提高电路组装密度，縮小整机体积，这一突出的特性使MLCC成为世界上用量最大、发展最快的一种片式化元件。根据国际电子工业协会EIA(ElectronicIndustriesAssociation)标准，X7R温度稳定型MLCC是指以25。C的电容值为基准，在温度从-55。C到+125。C的范围之内，容温变化率(TCC)S±15%，介电损耗(DF)^2.5%;X5R温度稳定型MLCC是指以25。C的电容值为基准，在温度从-55。C至lJ+85。C的范围之内，容温变化率^±15%，介电损耗(DF)S2.5%。温度稳定型MLCC按组成分两大类一类由含铅的铁电体组成，另一类以BaTiCb基非铅系的铁电体组成。而后者由于对环境无污染，并且机械强度及可靠性优于前者，因此非铅系BaTi03基温度稳定型MLCC具有广阔的应用前景。基于降低成本的考虑，发展Ni、Cu等贱金属及其合金代替Ag、Pd等贵金属作为内电极材料是MLCC的一个重要发展方向。但是Ni、Cu等金属在空气中烧结会发生氧化，失去作为内电极的作用，因此需要使用中性或者还原性气氛。同时为保证钛酸钡基介电陶瓷在中性或还原气氛下烧结后不成为半导体，而且有足够的绝缘电阻和优良的介电性能，需加入Mg、Mn等受主元素进行调节。目前，在日本专利JP-A-63-103861中，陶瓷材料的基本组成为BaTiOrMnO-MgO-稀土氧化物。这个组成的绝缘电阻和介电温度系数受钛酸钡主料的晶粒大小影响，因此很难通过控制材料组成来获得温度稳定的介电性能。在美国专利US-005403797A中，陶瓷材料的基本组成是BaTi03_Y203-Mg0-V205。该组成基本满足X7R性能要求，室温介电常数为2500以上，但是烧结温度过高，大于1350'C;介电温度系数较大，在-55匸接近-15%;损耗较大，基本都高于2.0%。因此不适合用于大规模生产。在德国专利中DE-19918091A1，陶瓷材料的基本组成是BaTi03-MgO-MnO-VA-A1A-Ho203-BaC03-SrO-CaO-CoO-Zr02。该组成满足X7R性能要求，室温介电常数可在20004000进行调节，但是烧结温度过高，大于1300°C，介电温度系数较大，在-55匸或125'C接近-15%，不适合用于大规模生产。在美国专利US-20040229746A1中，陶瓷材料基本组成为BaTi03-Mn304-Y203-Ho203-CaC03-SiO厂B203-A1203-MgO-CaO，可在1200°C1300°C进行烧结，但陶瓷晶粒大于500nm，不利于介质层的减薄。电子元器件小型化、高性能的发展趋势要求贱金属内电极多层陶瓷电容器朝着大容量、超薄层的方向发展。介质单层厚度不断降低，从5,降到2,，1,甚至更薄。这就对陶瓷介质材料晶粒尺寸提出更高的要求，为保证器件的可靠性，陶瓷晶粒尺寸也要相应的从500纳米降低到200纳米，IOO纳米乃至更小，并且耍求陶瓷晶粒的大小均匀。但是，晶粒尺寸的减小往往引起介电常数的降低，在美国专利US-62709906B1中，陶瓷晶粒尺寸降为100200纳米时，介电常数为16001800，均低于2000。因此，如何更均匀、有效地进行元素掺杂，控制陶瓷介质材料的组成、结构及烧结工艺以获得超细晶、粒度均匀并且高性能的MLCC材料以满足大容量、超薄层贱金属内电极多层陶瓷电容器的要求是本发明所要解决的问题。
发明内容本发明的目的在于提供一种化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料，其特征在于该材料是通过化学共沉淀将掺杂元素均匀包覆于钛酸钡颗粒表面的化学包覆方法制备得到具有较高介电常数的超细晶温度稳定型贱金属内电极多层陶瓷电容器介电材料，由钛酸钡主料和纳米包覆层复合氧化物组成，所述钛酸钡BaTi03主料在配方中所占摩尔分数为9097irol^;所述纳米包覆层复合氧化物的用量占材料总量的310mol%。所述纳米包覆层由下列成分的氧化物复合组成wA+xB+yC+zD其中A表示为CaTi03，Ca0，Ba0，Sr0，Mg0中的一种以上;B表示为Mn02，Co203，Co304,Fe203，丫203中的一种以上；C表示包含Si02，BA，L"O中的一种以上;D表示稀土氧化物Re203，Re为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种以上。w、x、y、z是各类氧化物相对于BaTi03的摩尔分数，其中w:0.012mol%，x:0.013mol%，y:0.l6mol%，z:04mol%.所述化学包覆制备纳米包覆钛酸钡陶瓷材料的步骤如下①将钛酸钡粉体以溶剂水、乙醇、丙醇或异丙醇为介质，球磨6h48h，得到分散良好的钛酸钡悬浮液。②将可溶性的A，B，D类氧化物所对应的金属硝酸盐或醋酸盐按摩尔比称重，溶解于去离子水中，得到澄清的混合无机盐溶液。③按体积比，将硅的醇盐乙醇醋酸去离子水=1:(115):(18):(540)混合均匀，得到澄清稳定的溶液；④将步骤②的无机溶液与步骤③的溶液分别滴加到钛酸钡悬浮液中，其中，歩骤②的无机溶液步骤③的溶液钛酸钡悬浮液=18:14:1050(体积比)，强烈搅拌，使混合均匀；⑤加入氨水溶液，调节pH值至611，通过共沉淀反应，使各掺杂元素均匀包覆在钛酸钡颗粒表面；⑥将所得悬浮液烘干；⑦所得粉体于30(TC60(TC在空气中预烧16h，得到所需的包覆钛酸钡粉体。所述制造MLCC的具体工艺步骤如下①将上述包覆钛酸钡粉体介质瓷料，加入有机溶剂、粘结剂、分散剂、增塑剂，按质量比，介质瓷料有机溶剂粘结剂分散剂增塑剂二(1060):(315):(15):Cl10):(13)，球磨648小时，获得流延浆料；②流延成介电层介电层厚度《l(Him;③与贱金属内电极层相互叠加，制造出生坯；排胶在300。C，空气中，保温20小时；若高于300。C排胶温度的话，则使用氮气保护；⑤在还原气氛下烧结烧结过程中通入按体积比40:115:l的Nz/H2，同时加湿，将氧分压控制在10—『10、tm的范围内，采用两段式烧结或常规烧结(a)"两段式"烧结，指生坯的致密化经历两个阶段，先在L温度下，短暂保温030分钟，然后降温到T2温度继续保温210小时，达到完全致密化，其中T>T2，即1250OT)T2《950。C;(b)常规烧结，指生坯烧结是在L为10501250。C温度下直接恒温210小时完成致密化过程。⑥在弱氧化条件下退火炉温在8ocrciio(rc，保温4小时，氧分压控制在10—510—^tm的范围内；⑦冷却至室温；⑧端电极工艺端电极为Cu或Ag，炉温在60(TC80(rC，保温1小时，氮气保护，自然冷却后，即得到温度稳定型内电极为贱金属的多层陶瓷电容介电材料。所述硅的醇盐为正硅酸乙酯或正硅酸丁酯等。所述有机溶剂为甲苯或乙醇等、粘结剂为聚乙烯醇縮丁醛、分散剂为磷酸酯、增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。本发明的有益效果为按本发明的工艺及材料配方，可以在95(TC125(TC的温度下，采用"两段式"烧结或常规烧结，制成性能优异的温度稳定型(X7R/X5R型)MLCC材料。其室温介电常数(圆片样品)可以控制在20002700之间，满足X7R/X5R性能要求，容温变化率小，介电损耗小，并且具有高绝缘电阻率，性能稳定。晶粒尺寸小于200nm，粒度均匀，可靠性强，适用于生产大容量、超薄介电层(介电层厚度小于3,)的多层陶瓷电容器。图1对应于实施例1包覆的钛酸钡样品的透射电镜照片;图2对应于实施例2样品1介电常数的温度特性曲线图3对应于实施例2样品1电容变化率随温度变化的曲线；图4对应于实施例2样品1烧结后表面形貌的扫描电镜照片。具体实施例方式本发明提供了一种化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料。利用化学包覆的方法制备具有较高介电常数的超细晶温度稳定型贱金属内电极多层陶瓷电容器介电材料。该材料由钛酸钡主料和纳米包覆层复合氧化物组成，所述钛酸钡BaTi03主料在配方中所占摩尔分数为9CT97mol^;所述纳米包覆层复合氧化物的用量占材料总量的310mol%。所述纳米包覆层由下列成分的氧化物复合组成wA+xB+yC+zD其中A表示为CaTi03，CaO，BaO，SrO，MgO中的一种以上；B表示为Mn02，CoA，Co304，Fe203，丫203中的一种以上；C表示包含Si02，B203，L"O中的一种以上;D表示稀土氧化物Re203，Re为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种以上。w、x、y、z是各类氧化物相对于BaTi03的摩尔分数，其中w:0.012mol%，x:0.013mol%，y:0.l6mol%，z:04mol%.所述化学包覆制备纳米包覆钛酸钡陶瓷材料的步骤如下①将钛酸钡粉体以溶剂水、乙醇、丙醇或异丙醇为介质，球磨6h48h，得到分散良好的钛酸钡悬浮液。②将可溶性的A，B，D类氧化物所对应的金属硝酸盐或醋酸盐按摩尔比称重，溶解于去离子水中，得到澄清的混合无机盐溶液。③按体积比，将正硅酸乙酯或正硅酸丁酯乙醇醋酸去离子水=1:(l15):(卜8):(540)混合均匀，得到澄清稳定的溶液；④将步骤②的无机溶液与步骤③的溶液分别滴加到钛酸钡悬浮液中，其中，步骤②的无机溶液步骤③的溶液钛酸钡悬浮液=18:14:1050(体积比)，强烈搅拌，使混合均匀；⑤加入氨水溶液，调节pH值至611，通过共沉淀反应，使各掺杂元素均匀包覆在钛酸钡颗粒表面；⑥将所得悬浮液烘干；⑦所得粉体于300'C60(TC在空气中预烧16h，得到所需的包覆钛酸钡粉体。所述制造MLCC的具体工艺步骤如下①将上述包覆钛酸钡粉体介质瓷料，加入有机溶剂、粘结剂、分散剂、增塑剂，按质量比，介质瓷料有机溶剂粘结剂分散剂增塑剂=(1060):(315):U5):(110):(13)，球磨648小时，获得流延桨料；②流延成介电层介电层厚度《10pm;③与贱金属内电极层相互叠加，制造出生坯；@排胶在30(TC，空气中，保温20个小时；若高于30(TC排胶温度的话，则使用氮气保护；⑤在还原气氛下烧结烧结过程中通入按体积比40:115:1的N2/H2，同时加湿，将氧分压控制在10—6~10—^tm的范围内，采用两段式烧结或常规烧结(a)"两段式"烧结，指生坯的致密化经历两个阶段，先在L温度下，短暂保温030分钟，然后降温到T2温度继续保温210小时，达到完全致密化,其中T\>T2，即1250。C》T,T^95(TC;(b)常规烧结，指生坯烧结是在L为10501250。C温度下直接恒温210小时完成致密化过程。⑥在弱氧化条件下退火炉温在80(TC110(rC，保温4小时，氧分压控制在10—510—2atm的范围内；⑦冷却至室温；⑧端电极工艺端电极为Cu或Ag，炉温在60(rC80(TC，保温1小时，氮气保护，自然冷却后，即得到温度稳定型内电极为贱金属的多层陶瓷电容介电材料。下面举实施例进一步说明如下实施例l包覆钛酸钡粉体的制备。将钛酸钡(晶粒大小为120nm)以乙醇为介质球磨12h，按照钛酸钡(BaTi03)与包覆层复合氧化物(CL)96:4以及Y:Ce:Mn:Mg:Si:Ca=4:1:3:12:5:2(均为摩尔比)，称取相应重量的可溶性盐及正硅酸乙酯。由本发明的化学包覆法工艺，制得包覆的钛酸钡颗粒悬浊液，烘干后得包覆的钛酸钡粉体。所得粉体于50(TC热处理2h后，过筛，得到所需介质材料。图l是包覆的钛酸钡颗粒的透射电子显微镜照片。实施例2由本发明的化学包覆法工艺制备包覆的钛酸钡粉体，其中钛酸钡晶粒大小分别为120nm，135nm，150nm，复合氧化物包覆层中各元素摩尔比为Y:Ce:Mn:Mg:Si:Ca=3:2:3:12:4:2。钛酸钡(BaTi03)与包覆层复合氧化物(CL)摩尔比为95:5。该瓷料压成圆片后，在N乂H2(30:1)还原气氛下，于1200"C烧结2h，然后在弱氧化条件下于105(TC退火2h。样品表面被上银电极，进行电学性能测试，介电性能参数见表1。图2的曲线给出的是本实施例样品1的介电常数随温度变化的特性曲线，图3给出样品1的电容变化率随温度变化的曲线。图4为样品l在烧结后表面形貌的扫描电镜照片，陶瓷晶粒大小均一，平均晶粒尺寸为150纳米。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>实施例3采用本发明的化学包覆法工艺，选取不同初始粒径钛酸钡粉体，包覆不同元素种类及含量的氧化物层，各种包覆层成分如表2所示。各种氧化物总含量占钛酸钡的310moP/。，如表3所示。瓷料压制成圆片后，在N2/H2(35:1)还原气氛下，于1150125(TC烧结23h，然后在弱氧化条件下于105(TC退火3h。样品表面被上银电极，进行电学性能测试，介电性能参数见表3。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>实施例4采用本发明的化学包覆法工艺，以成分为CL2CL4的复合氧化物层对钛酸钡进行包覆，如表4所示。所得瓷料压制成圆片后，在还原气氛下，采用"两段式"烧结，升温至1200。C125(rC后迅速降温至95(TC110(rC保温28h，然后在弱氧化条件下于90(TC100(TC退火3h。样品表面被上银电极，进行电学性能测试，介电性能参数见表4。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>上述实施例在95(TC125(TC的温度范围内，采用"两段式"烧结或常规烧结，制备出满足温度稳定型X7R/X5R型性能指标要求的纳米晶钛酸钡基.贱金属内电极MLCC瓷料。MLCC的室温介电常数(圆片样品)可以控制在20002700，容温变化率小于±15%，介电损耗小于2%。绝缘电阻率为大于1012Q*cm，击穿电压大于5KV/mm，晶粒小于200nm。采用该介质材料在1200'C可以烧制成介质层厚度为2.5pm的贱金属内电极多层陶瓷片式电容器，室温介电常数达3600，温度特性满足X5R标准，平均晶粒尺寸小于200nm。该材料可以应用于大容量、超薄层(介电层厚度小于3pm)多层陶瓷电容器，是一种具有广泛应用前景的MLCC材料。权利要求1.一种化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料，其特征在于该材料是通过化学共沉淀将掺杂元素均匀包覆于钛酸钡颗粒表面的化学包覆方法制备得到具有较高介电常数的超细晶温度稳定型贱金属内电极多层陶瓷电容器介电材料，该材料由钛酸钡主料和纳米包覆层复合氧化物组成，所述钛酸钡BaTiO3主料在配方中所占摩尔分数为90～97mol％；所述纳米包覆层复合氧化物的用量占材料总量的3～10mol％。2.根据权利要求1所述化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料，其特征在于所述纳米包覆层由下列成分的氧化物复令组成<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中A表示为CaTi03，CaO，BaO，SrO，MgO中的一种以上;B表示为Mn02，Co203，Co304，Fe203，YA中的一种以上；C表示包含Si02，B203，L"O中的一种以上;D表示稀土氧化物Re203，Re为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种以上；w、x、y、z是各类氧化物相对于BaTi03的摩尔分数，其中w:0.012mol%，x:0.013mol%，y:0.l6mol%，z:04mol%。3.—种化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料的方法，其特征在于所述制备纳米包覆钛酸钡粉体的步骤如下①将钛酸钡粉体以溶剂水、乙醇、丙醇或异丙醇为介质，球磨6h48h，得到分散良好的钛酸钡悬浮液；②将可溶性的A，B，D类氧化物所对应的金属硝酸盐或醋酸盐按摩尔比称重，溶解于去离子水中，得到澄清的混合无机盐溶液；③按体积比，将硅的醇盐乙醇醋酸去离子水二l:(115):(18):(540)混合均匀，得到澄清稳定的溶液；④将步骤②的无机溶液与步骤(D的溶液分别滴加到钛酸钡悬浮液中，其中，步骤②的无机溶液步骤③的溶液钛酸钡悬浮液=18:14:1050(体积比)，强烈搅拌，使混合均匀；⑤加入氨水溶液，调节pH值至611，通过共沉淀反应，使各掺杂元素均匀包覆在钛酸钡颗粒表面；⑥将所得悬浮液烘干；⑦所得粉体于30(TC60(TC在空气中预烧16h，得到所需的包覆钛酸钡粉体。4.根据权利要求3所述化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料的方法，其特征在于所述制造多层陶瓷片电容器介质材料的工艺步骤如下①将上述包覆钛酸钡粉体介质瓷料，加入有机溶剂、粘结剂、分散剂、增塑剂，按质量比，介质瓷料有机溶剂粘结剂分散剂增塑剂=(1060):(315):(15):(110):(13)，球磨648小时，获得流延浆料；②流延成介电层介电层厚度《10^im;③与贱金属内电极层相互叠加，制造出生坯；④排胶在30CTC，空气中，保温20个小时；若高于30(TC排胶温度的话，则使用氮气保护；⑤在还原气氛下烧结烧结过程中通入N2/H2(40:115:1)，同时加湿，将氧分压控制在10—610—"atm的范围内，采用两段式烧结或常规烧结(a)"两段式"烧结，指生坯的致密化经历两个阶段，先在T,温度下，短暂保温030分钟，然后降温到L温度继续保温210小时，达到完全致密化，其中Ti:>T2，即1250。C》T》D950。C;(b)常规烧结，指生坯烧结是在L为10501250。C温度下直接恒温210小时完成致密化过程；⑥在弱氧化条件下退火炉温在80(TCll(XrC，保温4小时，氧分压控制在10—510—Satm的范围内；⑦冷却至室温；⑧端电极工艺端电极为Cu或Ag，炉温在6ocrc80(rc，保温i小时，氮气保护，自然冷却后，即得到温度稳定型内电极为贱金属的多层陶瓷电容介电材料。5.根据权利要求3所化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料的方法，其特征在于所述硅的醇盐为正硅酸乙酯或正硅酸丁酯。6.根据权利要求4所述化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料的方法，其特征在于所述有机溶剂为甲苯或乙醇。7.根据权利要求4所述化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料的方法，其特征在于所述粘结剂为聚乙烯醇縮丁醛。8.根据权利要求4所述化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料的方法，其特征在于所述分散剂为磷酸酯。9.根据权利要求4所述化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料的方法，其特征在于所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。全文摘要本发明公开了属于电容器材料制备技术范围的一种化学包覆制备贱金属内电极多层陶瓷片式电容器介质材料。通过化学共沉淀将掺杂元素均匀包覆于钛酸钡颗粒表面；钛酸钡BaTiO<sub>3</sub>主料在配方中所占90～97mol％；纳米包覆层复合氧化物的用量占材料总量的3～10mol％。该陶瓷材料，在以氮气和氢气混合的加湿气体控制的还原气氛中，在950℃～1250℃的温度范围内进行烧结，可获得X7R/X5R型MLCC材料，材料的室温介电常数为2000～2700，容温变化率≤±15％，室温介电损耗≤2％，陶瓷的晶粒在200nm以下，介电损耗小，材料均匀性好，适用于生产大容量、超薄介电层(介电层厚度小于3μm)的多层陶瓷电容器。文档编号H01G4/12GK101183610SQ20071017813公开日2008年5月21日申请日期2007年11月27日优先权日2007年11月27日发明者李龙土,天王,王晓慧,田之滨申请人:清华大学