专利名称：一种高介电高压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，特指一种高介电高压陶瓷电容器介质；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、无镉的高介高压陶瓷电容器介质，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，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 130(T143(TC，而本发明的陶瓷电容器介质烧结温度为125(T1270°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” 一文中公开了一种高压陶瓷电容器介质材料，该介质材料采用97. 8wt. %BaTi03+0. 8wt. %Bi20 3+0. 7wt. %Nb205+0. 5wt. %Ce02+0. 2wt. %Mn02的配方，以常规的工艺制备试样，其介电常数 ε =2500^2600, tg δ =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U60-1400°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” 一文中公开了一种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。中国期刊《华南理工大学学报(自然科学版)》1996年第3期在“中温烧结BaTiO3基多相铁电瓷料X7R特性”一文中探讨了 BaTiO3基瓷料中温烧结机制，分析了中温烧结BaTiO3 基瓷料的组成及不均勻结构分布对介电常数与温度特性的影响；所用的BaTiO3原料是采用化学共沉淀的方法来制备的，这样会增加陶瓷电容器的成本，而本专利所用的BaTi03、 SrTiO3, CaZrO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成，组成不同于本专利，组分中含有一定量的铅，并且未涉及耐电压。另有专利“高介高性能中温烧结片式多层瓷介电容器瓷料”(专利申请号
97117286.2)，它是采用固相法合成等价和异价离子同时取代(Sr2+，Zr4+, Sn4+，Nb5+) BaTiO3 固溶体，加入适量的硼铅锌铜玻璃烧结剂，使瓷料在中温烧结，其性能为介电常数大于等于16000，耐压为700V/mm;该专利虽然介电常数高，但是所报道的材料的耐压太差，仅为 700V/mm,另外其组分含有一定量的铅。另有专利“高压陶瓷电容器介质的制造方法”(专利号91101958. 8)，其采用非常规工艺制备介质，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勻压、冲片、然后进行排胶、烧成而得；该专利的缺点是制备工艺方法复杂、导致产品制造成本增加， 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。还有中国专利“高性能中温烧结片式多层瓷介电容器瓷料”(专利申请号
97117287.0)，它采用独特的配方(重量百分比)(BaTi0393 96%+Nb2050. 8 1. 5%+Bi203l. 0 2. 2%+助熔剂1. 8^3. 5%+改性剂0. 25^1. 0%)得到中温烧结的满足如下性能的电容器陶瓷介电常数为3000，介质损耗小于1. 5%，耐压为860V/mm ；该专利的助熔剂含有一定量的铅，该专利的耐电压太差，同时介电常数太低，远小于本专利。还有中国专利“一种中低温烧结高压陶瓷电容器介质”(专利申请号 200410041863. χ)，它采用独特的配方(重量百分比)(BaTiO3 60-90%, SrTiO3 1-20% CaZrO 30· 1-10%, Nb2O5O. 01-1%, MgOO. 01-1%, CeO2O. 01-0. 8%, ZnOO. 01-0. 6%, Co2O3O. 03-1%,铋锂固溶体0. 05-10%)得到中温烧结的满足如下性能的电容器陶瓷介电常数为200(Γ3000，耐电压为6kV/mm以上，降低烧结温度的添加物是铋锂固溶体，该专利的介电常数和耐电压没有本专利高，该专利的配方组成不同于本专利。
发明内容
本发明的目的是提供一种高介电高压陶瓷电容器介质。本发明的目的是这样来实现的
所述高介电高压陶瓷电容器介质配方组份按重量百分比计算BaTi0355-90%，SrTiO3 2-25%, MgZrO3 2-15%, Bi3NbZrO3 2-10%, CeO2 0. 1-1. 0%, ZnO 0. 5-1. 5%,，MnCO3O. 2-1. 0% ；其中BaTiO3和SrTi03、MgZrO3、Bi3NbZrO3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Mg^O3是采用如下工艺制备的将常规的化学原料 MgO和^O2按1 :1摩尔比配料，研磨混合均勻后放入氧化铝坩埚内于1200°C -1230°C保温 120分钟，固相反应合成Mg&03，冷却后研磨过200目筛，备用。本发明的介质中所用的Bi3NWrO3是采用如下工艺制备的将常规的化学原料Bi203、Nb2O5和^O2按3/2 1/2 1摩尔比配料，研磨混合均勻后放入氧化铝坩埚内于 9000C _960°C保温120分钟，固相反应合成Bi3NWrO3,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工艺，即首先采用常规的化学原料用固相法分别合成BaTi03、SrTi03、MgZrO3> Bi3NbZrO3,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%, MgZr033-12%, Bi3NbZr033-8%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 8-1. 3% ，MnCO3O. 2-0. 8% ；
BaTi0365-83%, SrTi033-19%, MgZr034-10%, Bi3NbZr033-8%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 9-1. 2%, MnCO3O. 4-0. 7% ；
BaTi0370-81%, SrTi035-15%, MgZr033-8%, Bi3NbZr034-7%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 9-1. 2%， MnCO3O. 5-0. 7%ο本发明与现有技术相比，具有如下优点
1、本专利的介质是中温烧结(125(T128(TC)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10000以上；耐电压高，直流耐电压可达10kV/mm以上； 介质损耗小，小于0. 5% ；本介质的介电常数高，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，符合Y5U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工艺即可进行制备。
具体实施例方式现在结合实施例对本发明作进一步的描述。表1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、MgZr03、Bi3Nb&03，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，料球水的质量比=1:3: (0. 6^1. 0)，球磨4、小时后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量纩10%的浓度为10%的聚乙烯醇溶液，进行造粒，混研后过40目筛，再在2(T30Mpa压力下进行干压成生坯片，然后在温度为125(T1270°C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 10kV/mm(直流电压，DC)以上；介电常数为10000以上；介质损耗小于0. 5% ；电容温度变化率小，符合Y5U特性的要求。
表1本发明的实施例共9个试样的配方
权利要求
1.一种高介电高压陶瓷电容器介质，其特征在于所述电容器介质的组份按重量百分比计算为:BaTi0355-90%, SrTiO3 2-25%, MgZrO3 2-15%, Bi3NbZrO3 2-10%, CeO2 0. 1-1. 0%, ZnO 0. 5-1. 5%,，MnCO3O. 2-1. 0% ；其中 BaTi03、SrTiO3、MgZrO3 和 Bi3NbZrO3 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所述的一种高介电高压陶瓷电容器介质，其特征在于BaTi0360-86%， SrTi033-22%, MgZr033-12%, Bi3NbZr033-8%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 8-1. 3%，MnCO3O. 2-0. 8%。
3.如权利要求1所述的一种高介电高压陶瓷电容器介质，其特征在于BaTi0365-83%， SrTi033-19%, MgZr034-10%, Bi3NbZr033-8%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 9-1. 2%, MnCO3O. 4-0. 7% ；如权利要求1所述的一种高介电高压陶瓷电容器介质，其特征在于BaTi0370-8P/。，SrT i035-15%, MgZr033-8%, Bi3NbZr034-7%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 9-1. 2%，MnCO3O. 5-0. 7%。
4.如权利要求1所述的一种高介电高压陶瓷电容器介质，其特征在于所述Mg&03是采用如下工艺制备的将常规的化学原料MgO和^O2按1 :1摩尔比配料，研磨混合均勻后放入氧化铝坩埚内于1200°C -1230°C保温120分钟，固相反应合成Mg&03，冷却后研磨过 200目筛，备用。
5.如权利要求1所述的一种高介电高压陶瓷电容器介质，其特征在于所述的 Bi3NbZrO3是采用如下工艺制备的将常规的化学原料Bi203、Nb2O5和^O2按3/2 :1/2 :1摩尔比配料，研磨混合均勻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 Bi3Nl^rO3,冷却后研磨过200目筛，备用。
全文摘要
本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种高介电高压陶瓷电容器介质；所述电容器介质的组份按重量百分比计算为BaTiO355-90%，SrTiO32-25%，MgZrO32-15%，Bi3NbZrO32-10%，CeO20.1-1.0%，ZnO0.5-1.5%,，MnCO30.2-1.0%；其中BaTiO3、SrTiO3、MgZrO3和Bi3NbZrO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成。所制备的电容器陶瓷耐电压高，直流电压,可达10kV/mm以上，介电常数高，可以达到10000以上，电容温度变化率小，符合Y5U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，对环境无污染。
文档编号H01G4/12GK102568821SQ201210034278
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者高春华, 黄新友 申请人:江苏大学