一种低损耗高压陶瓷电容器介质的制作方法

专利名称：一种低损耗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，特指一种低损耗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、无镉的低损耗高压陶瓷电容 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，同时能提高耐电压和降低损耗以扩大陶瓷电容器的应用范围，而且能大大提高陶瓷电容器的安全性，同时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；一般低损耗高耐压的(Ba，Sr)TiO3单片高压陶瓷电容器介质的烧结温度为140(T142(TC，而本发明的陶瓷电容器介质烧结温度为133(T135(TC，这样能大大降低低损耗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质损耗低，温度稳定性好，符合陶瓷电容器的发展趋势，同样由于烧结温度低，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. %Bi203+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，介质损耗较大，配方组成不同于本专利。中国期刊《南京化工大学学报》1999年第4期在“SrTiO3基高压陶瓷电容器材料的组成与性能”一文中公开了一种低损耗高耐压的电容器陶瓷介质，但该介质含有18mol%左右的钛酸铅，在制备和使用过程中会对环境和人体有污染。中国期刊《江苏陶瓷》1999年第2期在“BaTi03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
O.8%+50%Mn (NO3) 2 (水溶液)O. 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，介质损耗太大，远大于本专利的介质损耗，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匀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，并且未涉及耐电压和介质损耗。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匀压、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。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 I. 5%+Β 2031. 0 2·2%+助熔剂I. 8^3. 5%+改性剂O. 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I. 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，同时介质损耗太大，远大于本专利。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. X)，它采用独特的配方(重量百分比)(BaTiO3 60-90%, SrTiO3 1-20% CaZrO30· 1-10%, Nb2O5O. 01-1%, MgOO. 01-1%, CeO2O. 01-0. 8%, ZnOO. 01-0. 6%, Co2O3O. 03-1%,铋锂固溶体O. 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，该专利的介质损耗太高。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性能低损耗高压陶瓷电容器陶瓷材料。本发明的目的是这样来实现的
一种低损耗高压陶瓷电容器介质，其组成按照重量百分比计算BaTiO3 54-91%,MgTiO3 1-4%, BaZrO3 4-20%, SrZrO3 3-12%, CeO2 O. 03-1. 0%, ZnO O. 1-1. 5%, CaTiSiO3O. 5-7. 5% ;其中BaTi03、MgTi03、BaZrO3> SrZrO3> CaTiSiO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成。本发明的陶瓷材料中所用的MgTiO3的制备过程包括将常规的化学原料MgCO3和TiO2按I :1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1300°C保温120分钟，固相反应合成MgTiO3,冷却后研磨过200目筛,备用。本发明的陶瓷材料中所用的SrZrO3的制备过程包括将常规的化学原料SrCO3和ZrO2按I :1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1350°C保温120分钟，固相反应合成SrZrO3,冷却后研磨过200目筛,备用。本发明的陶瓷材料中所用的CaTiSiOJ^制备过程包括将常规的化学原料CaC03、TiO2, SiO2按I :1 :1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1200-1250°c保温120分钟，固相反应合成CaTiSiO3，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、MgTi03、BaZr03、SrZr03、CaTiSi03，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)
BaTi0366-82%, MgTiO31-4%, BaZr035-15%, SrZrO3 5-10%, CeO2O. 3-0. 6%, ZnO
O. 3-0. 7% , CaTiSiO3 I. 5-7. 5% ；
BaTi0370-85%, MgTiO31-4%, BaZr035-15%, SrZr035-10%, CeO2O. 3-0. 6%, ZnO0. 3-0. 7% , CaTiSiO3L 5-7. 5% ；
BaTiO3 73-88%, MgTiO3 1-4%, BaZrO3 4-14%, SrZrO3 4-9%, CeO2 0. 3-0. 6%, ZnO
0.3-0. 7% , CaTiSiO3 I. 5-7. 5%。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(133(Tl350°C)鈦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、本介质的耐电压高，直流耐电压可达12kV/mm以上；介质损耗小，小于O. 1%。3、本介质的电容温度变化率小，符合Y5P特性的要求。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I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、MgTi03、BaZrO3> SrZrO3> CaTiSiO3，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=1:3: (O. 6^1. O),球磨Γ8小时后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8 10%的浓度为10%(重量百分比)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133(T135(TC下保温f 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12kV/mm(直流电压，DC)以上；介质损耗小于O. 1% ；电容温度变化率小，符合Y5P特性的要求。表I本发明的实施例共9个试样的配方
权利要求
1.一种低损耗高压陶瓷电容器介质，其组成按照重量百分比计算=BaTiO3 54-91%,MgTiO3 1-4%, BaZrO3 4-20%, SrZrO3 3-12%, CeO2 0. 03-1. 0%, ZnO 0. 1-1. 5%, CaTiSiO30.5-7. 5% ;其中BaTi03、MgTi03、BaZrO3> SrZrO3> CaTiSiO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成。
2.如权利要求I所述的一种低损耗高压陶瓷电容器介质，其特征在于其组成按照重量百分比计算BaTi0366-82%, MgTiO31-4%, BaZr035-15%, SrZrO3 5-10%, CeO2O. 3-0. 6%,ZnOO. 3-0. 7% , CaTiSiO3 I. 5-7. 5%。
3.如权利要求I所述的一种低损耗高压陶瓷电容器介质，其特征在于其组成按照重量百分比计算BaTi0370-85%, MgTiO31-4%, BaZr035-15%, SrZr035-10%,CeO2O. 3-0. 6%, ZnOO. 3-0. 7%，CaTiSiO3L 5-7. 5%。
4.如权利要求I所述的一种低损耗高压陶瓷电容器介质，其特征在于=BaTiO373-88%, MgTiO3 1-4%, BaZrO3 4-14%, SrZrO3 4-9%, CeO2 0. 3-0. 6%, ZnO 0. 3-0. 7%，CaTiSiO3 I. 5-7. 5%。
5.如权利要求I所述的一种低损耗高压陶瓷电容器介质，其特征在于所述MgTiO3的制备过程如下将常规的化学原料MgCOjP TiO2按I :1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化招坩埚内于1300°C保温120分钟，固相反应合成MgTiO3,冷却后研磨过200目筛,备用。
6.如权利要求I所述的一种低损耗高压陶瓷电容器介质，其特征在于所述SrZrO3的制备过程如下将常规的化学原料SrCOjP ZrO2按I :1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化招i甘埚内于1350°C保温120分钟，固相反应合成SrZrO3,冷却后研磨过200目筛,备用。
7.如权利要求I所述的一种低损耗高压陶瓷电容器介质，其特征在于所述CaTiSiO3的制备过程如下将常规的化学原料CaC03、Ti02、Si02按I :1 :1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1200-1250°C保温120分钟，固相反应合成CaTiSiO3，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，特指一种低损耗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、无镉的低损耗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，同时能提高耐电压和降低损耗以扩大陶瓷电容器的应用范围,而且能大大提高陶瓷电容器的安全性，同时在制备和使用过程中不污染环境。
文档编号H01G4/12GK102627456SQ20121011877
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者高春华, 黄新友 申请人:江苏大学