专利名称：一种低损耗高耐压陶瓷电容器介质及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷组合物，特别涉及一种以钛酸钡为基的陶瓷电容器介质及其制备方法。
背景技术：
近年来，国内外对X7R陶瓷电容器介质材料进行了广泛的研究(X代表示工作温区的低温极限-55℃，7代表工作温区的高温极限+125℃，R代表在工作温区内所有温度点的电容量相对于室温25℃时的变化率小于或等于±15％)，其中以BaTiO3为基的陶瓷材料在生产和应用中都不会对环境产生污染，制得的陶瓷介电性能优良且稳定，因而一直受到人们的高度关注，发展也异常迅速。然而在某些领域，如军事及航天技术应用领域，X7R系列已不能适应高温环境下的应用，目前发展的起来的X8R系列(其中8表示工作温区的高温极限为+150℃)钛酸钡基陶瓷电容器介质材料，可使抗电磁干扰(EMI)滤波器的工作高温区扩展至150℃。但在该工作温区范围内，该系列陶瓷电容器介质容量变化率虽能达到X8R的要求，但其介电损耗仍在1％以上，且耐压强度并非很高(7kv/mm左右)，因此不能完全适应某些特殊场合，如军事工程方面的使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在以钛酸钡为基的BaTiO3-NiO-Nb2O5三元系陶瓷电容器介质材料的基础上进一步对其进行改进，提供一种低损耗高耐压，且烧结温度低的陶瓷电容器介质及其制备方法。
为达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的一种低损耗高耐压陶瓷电容器介质，它按BaTiO3的重量为1，添加下述重量百分数的成分0.5～1.2％的铌镍化合物、0.1～0.3％的铌锰化合物、0.25～1％MnCO3和4～5％的玻璃粉组成。所述的铌镍化合物是由重量百分比99.6～99.8％的Nb2O5和0.2～0.4％的NiO组成；所述的铌锰化合物是由重量百分比99.2～99.6％的Nb2O5和0.4～0.8％的MnCO3组成；所述的玻璃粉是由下述重量百分比的成分25～35％的Bi2O3、15～25％的Pb3O4、30～40％的ZnO、10～20％的H3BO3组成。
上述低损耗高耐压陶瓷电容器介质的制备方法，它包括下述步骤(1)首先将Nb2O5和NiO按重量百分比99.6～99.8％和0.2～0.4％、Nb2O5和MnCO3按重量百分比99.2～99.6％和0.4～0.8％分别称量混合、过筛，于800～1000℃煅烧，经球磨、烘干制得先驱体铌镍化合物和铌锰化合物；(2)按重量百分比，将组成Bi2O325～35％、Pb3O415～25％、ZnO 30～40％、H3BO310～20％充分混合、熔融淬冷、磨细、过筛，制得玻璃粉；(3)将初始原料钛酸钡进行预烧处理，按BaTiO3的重量为1，添加下述重量百分数的组分0.5～1.5％的铌镍化合物、0.1～0.3％的铌锰化合物、0.25～1％MnCO3和4～5％的玻璃粉配料，所配原料与去离子水混合后球磨至少4小时，烘干后加入重量百分比为5％～7％的粘结剂过筛造粒；(4)将造粒粉料在4～6Mpa的压强下压制成圆片形生坯，最后在电炉中经3～4小时至500～600℃排胶至少0.5小时，再经2～3小时加热至1125-1135℃烧成，保温2～4小时即制得陶瓷电容器介质。
所述步骤(1)中的NiO、Nb2O5和MnCO3最好选用分析纯级化学试剂。
本发明的有益效果是，在BaTiO3-NiO-Nb2O5三元系统中加入适量MnCO3可显著增加瓷体的致密度，使损耗明显下降，并提高耐压强度。配合添加适量玻璃粉作助熔剂，可将瓷料的烧结温度降至1125℃～1135℃，从而可使用成本较低的Ag(70％)/Pd(30％)电极。
此外，本发明陶瓷电容器介质的制备方法是采用钛位先驱体掺杂改性方法，即预先合成先驱体铌镍化合物和铌锰化合物，这样可以避免在烧结过程中产生中间相，如焦绿石相，由于焦绿石相不是钙钛矿型结构，因此会导致材料介电性能的恶化，使掺杂改性功亏一篑，本发明方法很好地克服了这一缺点。所制得的陶瓷电容器介质不但可满足X8R材料的性能要求，同时还兼有介质损耗低(tgδ≤0.007)、击穿强度高(Eb≥13kv/mm)的优点，特别适合制作耐高温、高电压的低损耗EMI滤波多层陶瓷电容器，具有良好的发展前景。
具体实施例方式
以下将结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述实施例1(1)首先选取分析纯级(99.9％)的化学试剂NiO、MnCO3和Nb2O5，按重量比Nb2O59.96g和NiO 0.04g、Nb2O59.92g和MnCO30.08g，分别用电子天平称量混合，过250孔/cm2分样筛，并分别于800℃和900℃煅烧，经球磨、烘干制得先驱体铌镍化合物和铌锰化合物；(2)按表1的组成，经充分混合、熔融淬冷、磨细、过6000孔/cm2分样筛，制得玻璃粉a、b、c。
表1 玻璃粉的组成 重量g
(3)取预烧处理的BaTiO3100g，添加铌镍化合物0.5g、铌锰化合物0.3g、MnCO30.75g、玻璃粉a 5g配料，其组成代号为A，所配原料与去离子水混合后球磨4小时，于120℃烘干，加入5g的石蜡，过1000孔/cm2分样筛造粒；(4)将造粒粉料分别在4Mpa、5Mpa和6Mpa压强下压制成Ф20mm×1～1.5mm的圆片生坯三组共9片，最后在电炉中经3.5小时至550℃排蜡0.5小时，再经2小时加热至1125～1135℃烧成，保温2～4小时即制得陶瓷电容器介质；将烧成试样上、下表面涂覆银浆，经800℃±20℃烧渗制备电极后进行各项介电性能测试。
实施例2按重量比Nb2O59.98g和NiO 0.02g、Nb2O59.96g和MnCO30.04g的组成参照实施例1的步骤(1)制备先驱体铌镍化合物和铌锰化合物，其中铌镍化合物和铌锰化合物的煅烧温度分别为900℃和1000℃。
取预烧处理的BaTiO3100g，添加上述铌镍化合物1.5g、铌锰化合物0.2g、MnCO31g、玻璃粉b 4g配料，其组成代号为B，所配原料球磨5小时，加入6g石蜡造粒，压制成的圆片生坯在电炉中经3小时至600℃排蜡0.5小时，再经3小时加热至1125～1135℃烧成，其它工艺步骤及试样电极制备同实施例1。
实施例3按重量比Nb2O59.97g和NiO 0.03g、Nb2O59.97g和MnCO30.03g的组成参照实施例1的步骤(1)制备先驱体铌镍化合物和铌锰化合物，其中铌镍化合物和铌锰化合物的煅烧温度分别为1000℃和900℃。
取预烧处理的BaTiO3100g，添加上述铌镍化合物1g、铌锰化合物0.1g、MnCO30.25g、玻璃粉c 5g配料，其组成代号为C，所配原料球磨5小时，加入7g石蜡造粒，压制成的圆片生坯在电炉中经4小时至500℃排蜡1小时，其它工艺步骤及试样电极制备同实施例1。
上述实施例的配方组成A、B、C在烧成步骤中，可各取不同配方的干压生坯三片，按9片为一组，分别于1125℃、1130℃、1135℃三个温度点同时烧成并分别保温4小时、3小时、2小时，最后制得三组不同配方和烧成温度的27片试样，从中拣选出9片烧结良好的试样测其介电性能，其结果列于表2。
表2中的Max|ΔC/C25℃|(％)的值的温区范围为-55℃～+150℃。
表2 本发明陶瓷电容器介质试样的测试结果
权利要求
1.一种低损耗高耐压陶瓷电容器介质，其特征是，它按BaTiO3的重量为1，添加下述重量百分数的成分0.5～1.5％的铌镍化合物、0.1～0.3％的铌锰化合物、0.25～1％MnCO3和4～5％的玻璃粉组成。
2.根据权利要求1所述的低损耗高耐压陶瓷电容器介质，其特征是，所述的铌镍化合物由重量百分比99.6～99.8％的Nb2O5和0.2～0.4％的NiO组成。
3.根据权利要求1所述的低损耗高耐压陶瓷电容器介质，其特征是，所述的铌锰化合物由重量百分比99.2～99.6％的Nb2O5和0.4～0.8％的MnCO3组成。
4.根据权利要求1所述的低损耗高耐压陶瓷电容器介质，其特征是，所述的玻璃粉由下述重量百分比的成分25～35％的Bi2O3、15～25％的Pb3O4、30～40％的ZnO、10～20％的H3BO3组成。
5.一种低损耗高耐压陶瓷电容器介质的制备方法，其特征是，它包括下述步骤(1)首先将Nb2O5和NiO按重量百分比99.6～99.8％和0.2～0.4％、Nb2O5和MnCO3按重量百分比99.2～99.6％和0.4～0.8％分别称量混合、过筛，于800～1000℃煅烧，经球磨、烘干制得先驱体铌镍化合物和铌锰化合物；(2)按重量百分比，将组成Bi2O325～35％、Pb3O415～25％、ZnO 30～40％、H3BO310～20％充分混合、熔融淬冷、磨细、过筛，制得玻璃粉；(3)将初始原料钛酸钡进行预烧处理，按BaTiO3的重量为1，添加下述重量百分数的组分0.5～1.5％的铌镍化合物、0.1～0.3％的铌锰化合物、0.25～1％MnCO3和4～5％的玻璃粉配料，所配原料与去离子水混合后球磨至少4小时，烘干后加入重量百分比为5％～7％的粘结剂过筛造粒；(4)将造粒粉料在4～6Mpa的压强下压制成圆片形生坯，最后在电炉中经3～4小时至500～600℃排胶至少0.5小时，再经2～3小时加热至1125-1135℃烧成，保温2～4小时即制得陶瓷电容器介质。
6.根据权利要求5所述的低损耗高耐压陶瓷电容器介质的制备方法，其特征是，所述的NiO、Nb2O5和MnCO3选用分析纯级化学试剂。
全文摘要
本发明公开了一种低损耗高耐压陶瓷电容器介质，它按BaTiO
文档编号C04B35/622GK1793028SQ20051001619
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月21日 优先权日2005年11月21日
发明者李玲霞, 明翠, 孙晓东, 王大鹏, 王洪儒 申请人:天津大学