专利名称：一种高介金属－电介质复合陶瓷电容器介质及其制备方法
技术领域：
本发明属于电子信息材料与元器件领域，特别是涉及一种金属-电介质陶瓷电容器介质及其制备方法。
背景技术：
抗电磁干扰(EMI)滤波器是近年来被广泛应用的一种新型组合器件。它能有效地抑制电磁噪声，提高电子设备的抗干扰能力及微电路系统的可靠性。目前大多数EMI电容滤波器的介质材料采用以钛酸钡为基的X7R陶瓷配方，按照EIA(Electronic IndustriesAssociation)标准，X代表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％。但X7R系列陶瓷材料在+125℃以上时性能会急剧恶化，为了适应特定的高温环境下的应用，可以用X8R系列(其中8表示工作温区的高温极限为+150℃)的EMI滤波电容器陶瓷介质材料取代X7R系列。这就要求在材料的制备过程中提高室温介电常数的同时，进一步展宽工作温区。
然而，现有的以钛酸钡为基的陶瓷电容器介质材料的常规掺杂改性方法，均是通过调节改性剂的种类和添加量来实现，此种方法虽能展宽工作温区，但却会使介电常数有所降低。王升等人在《无机材料学报》的2006年3月第21卷第2期中发表的《BaTiO3-Nb2O5-Ni2O3三元系统的介电性能研究》一文中提到他们制作的X8R材料的室温介电常数达到2080，这很难满足陶瓷电容器小型化、高性能的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种能满足X8R性能要求，在展宽工作温区的同时，有效提高其介电常数的高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质。
本发明的第二个目的是提供一种高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质的制备方法。
本发明的技术方案概述如下一种高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质，用下述方法制成(1)按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O50.5～4份、MgO 3～6份、Gd2O30.5～3份、MnCO30.02～0.2份，玻璃粉3～8份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O315～40％，Pb3O415～25％、TiO210～40％、H3BO310～30％；所述BaTiO3是经1050～1100℃预烧处理；(2)将原料按重量比为1∶1～5的比例加入去离子水，混合，球磨3～6小时，于120～140℃烘5～8小时；(3)在300～400℃预烧3～6小时；
(4)按重量比为100∶2～6∶100～500的比例将预烧后的粉料、Ag2O和去离子水混合后球磨0.5～2小时，于120～140℃烘5～8小时；(5)在经步骤(4)烘烤后的粉料中加入重量百分比为5％～7％的粘结剂石蜡加热混匀，过1000孔/cm2分样筛，在4～8Mpa压强下压制成圆片形生坯，将生坯经3～6小时升温至450～600℃排蜡0.5～2.5小时；(6)经1～3小时加热至1130～1150℃，保温1～4小时，制得高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质。
优选的是，所述步骤(1)按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O51份、MgO 4份、Gd2O32份、MnCO30.05份，玻璃粉6份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O325％，Pb3O425％、TiO230％、H3BO320％；所述BaTiO3是经1050～1100℃预烧处理。
一种高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质的制备方法，包括下述步骤(1)按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O50.5～4份、MgO 3～6份、Gd2O30.5～3份、MnCO30.02～0.2份，玻璃粉3～8份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O315～40％，Pb3O415～25％、TiO210～40％、H3BO310～30％；所述BaTiO3是经1050～1100℃预烧处理；(2)将原料按重量比为1∶1～5的比例加入去离子水，混合，球磨3～6小时，于120～140℃烘5～8小时；(3)在300～400℃预烧3～6小时；(4)按重量比为100∶2～6∶100～500的比例将预烧后的粉料、Ag2O和去离子水混合后球磨0.5～2小时，于120～140℃烘5～8小时；(5)在经步骤(4)烘烤后的粉料中加入重量百分比为5％～7％的粘结剂石蜡加热混匀，过1000孔/cm2分样筛，在4～8Mpa压强下压制成圆片形生坯，将生坯经3～6小时升温至450～600℃排蜡0.5～2.5小时；(6)经1～3小时加热至1130～1150℃，保温1～4小时，制得高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质。
优选的是，所述步骤(1)按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O51份、MgO 4份、Gd2O32份、MnCO30.05份，玻璃粉6份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O325％，Pb3O425％、TiO230％、H3BO320％；所述BaTiO3是经1050～1100℃预烧处理。
本发明通过金属与BaTiO3基陶瓷的复合可有效地增大瓷料的介电常数，配合添加MnCO3与Gd2O3可显著改善瓷料的容量温度变化率，且使瓷料在室温下具有较高的介电常数。玻璃的添加可有效降低烧结温度，并降低室温下的损耗。本发明的高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质烧结温度低(1130～1150℃)，并具有大容量(ε≥5000)、高温度稳定性(ΔC/C25℃≤±15％，-55～+150℃)、低损耗(tgδ≤1.5％)和较好的绝缘电阻率ρv≥1011Ω·cm等优良性能，具有广阔的应用发展前景。此外，本发明的制备工艺简单、制备过程无污染，并且可使用30％Pd-70％Ag的电极浆料，使片式电容器内电极与复合介质材料同时烧成，从而可进一步降低生产成本。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对发明作进一步的说明。
实施例1一种高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质的制备方法，包括下述步骤(1)按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O51份、MgO 4份、Gd2O32份、MnCO30.05份，玻璃粉6份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O325％，Pb3O425％、TiO230％、H3BO320％；所述BaTiO3是经1060℃预烧处理；(2)将原料按重量比为1∶3的比例加入去离子水，混合，球磨5小时，于130℃烘6小时；(3)在300℃预烧4小时；(4)按重量比为100∶5∶300的比例将预烧后的粉料、Ag2O和去离子水混合后球磨1.5小时，于130℃烘6小时；(5)在经步骤(4)烘烤后的粉料中加入重量百分比为6％的粘结剂石蜡加热混匀，过1000孔/cm2分样筛，在6Mpa压强下压制成圆片形生坯，将生坯经4小时升温至550℃排蜡0.5小时；(6)经2小时加热至1130℃，(也可以加热至1140℃或1150℃)，保温3小时，制得高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质。
实施例2一种高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质的制备方法，包括下述步骤(1)按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O50.5份、MgO 3份、Gd2O30.5份、MnCO30.2份，玻璃粉3份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O315％，Pb3O415％、TiO240％、H3BO330％；所述BaTiO3是经1050℃预烧处理；(2)将原料按重量比为1∶1的比例加入去离子水，混合，球磨3小时，于120℃烘8小时；(3)在400℃预烧3小时；(4)按重量比为100∶2∶100的比例将预烧后的粉料、Ag2O和去离子水混合后球磨0.5小时，于120℃烘8小时；(5)在经步骤(4)烘烤后的粉料中加入重量百分比为5％的粘结剂石蜡加热混匀，过1000孔/cm2分样筛，在4Mpa压强下压制成圆片形生坯，将生坯经3小时升温至450℃排蜡2.5小时；(6)经1小时加热至1130℃(也可以加热至1140℃或1150℃)，保温1小时，制得高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质。
实施例3一种高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质的制备方法，包括下述步骤
(1)按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O54份、MgO 6份、Gd2O33份、MnCO30.02份，玻璃粉8份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O340％，Pb3O425％、TiO225％、H3BO310％；所述BaTiO3是经1100℃预烧处理；(2)将原料按重量比为1∶5的比例加入去离子水，混合，球磨6小时，于140℃烘5小时；(3)在300℃预烧6小时；(4)按重量比为100∶6∶500的比例将预烧后的粉料、Ag2O和去离子水混合后球磨2小时，于140℃烘5小时；(5)在经步骤(4)烘烤后的粉料中加入重量百分比为7％的粘结剂石蜡加热混匀，过1000孔/cm2分样筛，在8Mpa压强下压制成圆片形生坯，将生坯经6小时升温至600℃排蜡1小时；(6)经3小时加热至1130℃(也可以加热至1140℃或1150℃)，保温4小时，制得高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质。
实施例4一种高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质的制备方法，包括下述步骤(1)按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O53份、MgO 5份、Gd2O31.5份、MnCO30.1份，玻璃粉5份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O335％，Pb3O425％、TiO210％、H3BO330％；所述BaTiO3是经1070℃预烧处理；(2)将原料按重量比为1∶4的比例加入去离子水，混合，球磨4小时，于130℃烘7小时；(3)在350℃预烧4小时；(4)按重量比为100∶4∶300的比例将预烧后的粉料、Ag2O和去离子水混合后球磨1小时，于130℃烘8小时；(5)在经步骤(4)烘烤后的粉料中加入重量百分比为6％的粘结剂石蜡加热混匀，过1000孔/cm2分样筛，在5Mpa压强下压制成圆片形生坯，将生坯经4小时升温至550℃排蜡1小时；(6)经2小时加热至1130℃(也可以加热至1140℃或1150℃)，保温2小时，制得高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质。
实施例5本发明测试方法如下一、圆片形介质的介电常数的检测利用HP427gA电容仪测量样品的电容量C，根据公式1计算样品的介电常数。
ϵ=14.4×C×dD2---(1)]]>
其中C为试样的电容量，单位是pF。
D为试样的直径，单位为cm。
d为试样的厚度，单位为cm。
二、样品绝缘电阻率的测量利用ZC36型超高电阻仪测量杨品德绝缘电阻，利用下式计算材料的体电阻率ρv(单位为Ω·cm)ρv=Ri×π×D24d---(2)]]>其中Ri为样品的绝缘电阻，单位为Ω。
D为试样的直径，单位为cm。
d为试样的厚度，单位为cm。
三、样品介电损耗的测量利用HP4278A电容仪测量样品的介电损耗tgδ(1kHz)。
本发明实施例的测试结果列于表1中，Max|ΔC/C25℃|(％)值的温区范围为-55℃～+150℃。
表1本发明陶瓷电容器介质试样的测试结果
由表1的测试结果可以看出，全部实施例的高温度稳定性，在-55～+150℃的范围内ΔC/C25℃小于±15％，损耗tgδ小于1.5％、电阻率ρv大于1011Ω·cm、除实施例3的1150℃烧成温度外，其余实施例全部具有较大容量，ε大于5000，达到本发明提供的中温烧结、具有较之当前更高介电常数的X8R复合陶瓷电容器介质的发明目的。
权利要求
1.一种高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质，其特征是用下述方法制成(1)按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O50.5～4份、MgO 3～6份、Gd2O30.5～3份、MnCO30.02～0.2份，玻璃粉3～8份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O315～40％，Pb3O415～25％、TiO210～40％、H3BO310～30％；所述BaTiO3是经1050～1100℃预烧处理；(2)将原料按重量比为1∶1～5的比例加入去离子水，混合，球磨3～6小时，于120～140℃烘5～8小时；(3)在300～400℃预烧3～6小时；(4)按重量比为100∶2～6∶100～500的比例将预烧后的粉料、Ag2O和去离子水混合后球磨0.5～2小时，于120～140℃烘5～8小时；(5)在经步骤(4)烘烤后的粉料中加入重量百分比为5％～7％的粘结剂石蜡加热混匀，过1000孔/cm2分样筛，在4～8Mpa压强下压制成圆片形生坯，将生坯经3～6小时升温至450～600℃排蜡0.5～2.5小时；(6)经1～3小时加热至1130～1150℃，保温1～4小时，制得高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质。
2.根据权利要求1所述的一种高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质，其特征是所述步骤(1)为按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O51份、MgO 4份、Gd2O32份、MnCO30.05份，玻璃粉6份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O325％，Pb3O425％、TiO230％、H3BO320％；所述BaTiO3是经1050～1100℃预烧处理。
3.一种高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质的制备方法，其特征是包括下述步骤(1)按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O50.5～4份、MgO 3～6份、Gd2O30.5～3份、MnCO30.02～0.2份，玻璃粉3～8份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O315～40％，Pb3O415～25％、TiO210～40％、H3BO310～30％；所述BaTiO3是经1050～1100℃预烧处理；(2)将原料按重量比为1∶1～5的比例加入去离子水，混合，球磨3～6小时，于120～140℃烘5～8小时；(3)在300～400℃预烧3～6小时；(4)按重量比为100∶2～6∶100～500的比例将预烧后的粉料、Ag2O和去离子水混合后球磨0.5～2小时，于120～140℃烘5～8小时；(5)在经步骤(4)烘烤后的粉料中加入重量百分比为5％～7％的粘结剂石蜡加热混匀，过1000孔/cm2分样筛，在4～8Mpa压强下压制成圆片形生坯，将生坯经3～6小时升温至450～600℃排蜡0.5～2.5小时；(6)经1～3小时加热至1130～1150℃，保温1～4小时，制得高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质。
4.根据权利要求3所述的一种高介金属-电介质复合陶瓷电容器介质的制备方法，其特征是所述步骤(1)为按重量称取原料BaTiO3100份、Nb2O51份、MgO 4份、Gd2O32份、MnCO30.05份，玻璃粉6份，所述玻璃粉是按重量百分比由下述组份组成Bi2O325％，Pb3O425％、TiO230％、H3BO320％；所述BaTiO3是经1050～1100℃预烧处理。
全文摘要
本发明公开了一种高介金属－电介质复合陶瓷电容器介质及其制备方法，制备方法是(1)按重量称取原料BaTiO
文档编号C04B35/468GK101030478SQ20071005700
公开日2007年9月5日 申请日期2007年3月27日 优先权日2007年3月27日
发明者李玲霞, 郭锐, 张平, 杨麟, 薛建文 申请人:天津大学