一种高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质的制作方法

专利名称：：一种高性能中低温烧结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：
，特指一种高性能中低温烧结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、无镉的高性能中低温烧结(烧结温度为1100~1150°C)高压高稳定陶瓷电容器介质，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，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(如X7R特性等)、可靠性高的陶瓷电容器。一般单片高压陶瓷电容器介质的烧结温度为13001400°C，而本发明的中低温烧结陶瓷电容器介质温度为1100~1150°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。随着多种类型的电子设备如数码相机、移动电话、笔记本电脑、掌上电脑等移动电子设备的高速发展，小型化和轻型化是必然的发展趋势，构成这些电子设备的元器件也必须减少体积和重量，以适应电子元件的安装技术转变为表面贴装技术(SMD)的需要，表面贴装技术要求的元器件为多层片式元器件。多层陶瓷电容器是片式元器件中应用最广泛的一类多层陶瓷电容器(MLCC)。它是将电极材料与陶瓷坯体以多层交替并联叠合起来，并同时烧成一个整体。根据国际电子工业协会EIA标准，温度稳定型(X7R)MLCC是指以25。C的电容值为基准，在温度从-55+125'C的范围内，容温变化率小于等于+/-15%，介质损耗小于等于2.5%。X7R型MLCC按组分分成两大类一类是含铅的铁电体组成，另一类是以BaTi03基非铅系铁电体组成。而后者由于对环境无污染，并且机械强度及可考性优于前者，因此非铅系BaTi03基高稳定MLCC具有广阔的应用前景。通常用于生产中低温烧结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，而且对性能稳定性有不良影响。多层陶瓷电容器介质的烧结温度为U00115(TC，内电极可以用银含量比70Ag/30Pd合金电极更高的内电极，使得MLCC片式多层陶瓷电容器的成本大大降低。中国期刊《电子元件与材料》1993年第4期在"一种用于多层片式电容器的X7R瓷料"一文中公开了一种BaTi03-PbBi4Ti4015-PbNb206中低温烧结电容器介质，虽然是中低温烧结的X7R瓷料，但是配方中含有大量的铅。中国期刊《压电与声光》2001年第4期在"中温烧结BaTi03铁电-玻璃陶瓷介电性能"一文中公开了一种低温烧结BaTi03铁电陶瓷，它采用的是高纯、细颗粒草鈦氧酸液相法合成的BaTi03为主要原料，将使所制备的陶瓷电容器成本增加。同时采用的助熔剂是含大量铅的玻璃料，介质的配方组成也不同于本发明专利，该文在性能测试中未涉及耐压值。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BaTi03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%+Bi2032TiO27.5~10%+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，介质的配方组成也不同于本发明专利，所公布的介质耐压较差。中国期刊《硅酸盐通报》1999年第1期在"工艺对中温烧结高介高稳定MLC介质电性能的影响"一文中公开了工艺对中温烧结高介高稳定MLC介质电性能的影响，并未公开配方组成。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BaTi03基多相铁电瓷料X7R特性"一文中探讨了BaTi03基瓷料中温烧结机帝ij，分析了中温烧结BaTi03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BaTi03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、SrTi03、CaZr03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+)BaTi03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，电容温度变化率在-78~+20%(-30~+85°(:),耐压为700V/mm。该专利虽然介电常数高，但是电容温度变化率大，不满足X7R、Y5T、Y5U特性，会导致使用过程中性能波动大，同时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。还有中国专利CN1212444A"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)(BaTiO393~96%+Nb2O50.8~l.5%+Bi2031.0~2.2%+助熔齐!j1.8~3.5%+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,而且不满足X7R、Y5T和Y5U特性。该专利的助熔剂含有一定量的铅，该专利的温度稳定性和耐压都差。导致使用过程中性能波动大，所得的电容器使用安定性差。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)(BaTiO360-90%，SrTi031-20%，CaZrO30.1-10%,Nb2O50.01-10/o,MgO0.01陽1%，CeO20.01画0.8o/o,ZnO0.01-0.6%,Co2O30.03、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2000~3000，耐压为6kV/mm以上,降低烧结温度的添加物是铋锂固溶体，具体配方组成不同于本专利，而本专利得到的中温烧结的满足如下性能的电容器陶瓷介电常数为2200~3500，耐压为10kV/mm以上,降低烧结温度的添加物是Bi2Sl1207。本专利的介电常数和耐压比该专利高。
发明内容本发明的目的是提供一种高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质。本发明的目的是这样来实现的中低温烧结高压陶瓷电容器介质配方组成包括(重量百分比)BaTiO358-92%，SrTiO32-19%，CaZrO30.5-10%,Nb2O50.05-l%,Y2O30.03-0.8%，Co2O30.3-0.8%,Bi2Sn2O76-30%;其中BaTi03、SrTi03、CaZr03分别是采用常规的化学原料以固相法合成。Bi2Sri207的组成为(摩尔比)Bi203/Sn02=l:2。本发明的介质中所用的Bi2SnA是采用如下工艺制备的将常规的化学原料BiA和Sn02按1:2摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于IOO(TC保温600分钟，固相反应合成Bi2Sn20"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、CaZr03，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釆用下列三种方案(重量百分比)BaTi0366-82%，SrTi032-19%，CaZr033-7%，Nb2050.5-0.8%,Y2030.3-0.6%,Co2030.3-0.7%，Bi2Sn2076-8%;BaTiO370-84%，SrTi032_19%,CaZr035-8%，Nb2050.5-0.8%,Y2030.3-0.6%,Co2030.5-0.7%，Bi2Sn20710-20%;BaTi0376-87%,SrTi035-16%，CaZr033-8%,Nb2050.5-0.8%,Y2030.3-0.6%，Co2030.3-0.7%，Bi2Sn20720_30%。本发明与现有技术相比，具有如下优点1、本专利的介质是中低温烧结(1100~1150°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，对环境无污染。2、本介质的耐压高，可达10kV/mm以上。本介质的介电常数高，能实现陶瓷电容器的小型化。3、本介质的电容温度变化率小，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。6、本介质采用Bi2SnA作为改性和助熔剂，能在保持高性能的基础上，实现中低温烧结。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6个试样的配方。本发明的实施例共6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、CaZr03，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:(0.61.0),球磨4~8小时后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量表1本发明的实施例共6个试样的配方<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>8~10%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1020Mpa压力下进行干压成生坯片，然后在温度为1100-1150'C下保温1~4小时进行排胶和烧结，再在78087(TC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。表2各配方式样的介电性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、一种高性能低温烧结高稳定、高压陶瓷电容器介质，其特征在于所述介质配方以重量百分比表示包括BaTiO358-92％，SrTiO32-19％，CaZrO30.5-10％，Nb2O50.05-1％，Y2O30.03-0.8％，Co2O30.3-0.8％，Bi2Sn2O76-30％。2、根据权利要求1所述的高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质，其特征在于BaTiCb、SrTi03、CaZr03分别是采用常规的化学原料以固相法合成，Bi2Sn207的组成为(摩尔比)Bi203/Sn02=l:2。3、根据权利要求1所述的高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质，其特征在于所述介质配方以重量百分比表示包括BaTiO366-82%,SrTiO32-19%,CaZrO33-7%,Nb2O50.5-0.8%，Y2O30.3-0.6%,Co2O30.3-0,70/0,Bi2Sn2O76-8%。4、根据权利要求1所述的高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质，其特征在于所述介质配方以重量百分比表示包括BaTiO370-84%,SrTiO32-19°/。，CaZrO35-8%,Nb2O50.5-0.8%,Y2O30.3-0.6%，Co2O30,5-0.7%,Bi2Sn2O710-20%。5、根据权利要求1所述的高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质，其特征在于所述介质配方以重量百分比表示包括BaTiO376-87%,SrTiO35-16%，CaZrO33-8%,Nb2O50.5-0.8%,Y2O30.3-0.6%，Co2O30,3-0.7%,Bi2Sn2O720-30%。6、根据权利要求l、2、3或4所述的高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质，其特征在于Bi2Sn207的制备方法为将常规的化学原料Bi203和Sn02按1:2摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1000'C保温600分钟，固相反应合成Bi2Sn207，研磨过200目筛，备用。全文摘要一种高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质，涉及无机非金属材料
技术领域：
，它采用常规的高压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、无镉的无毒高性能中低温烧结(烧结温度为1100～1150℃)高压高稳定陶瓷电容器介质，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，并且在制备和使用过程中不污染环境，其特征在于所述介质的配方包括(重量百分比)BaTiO₃58-92％，SrTiO₃2-19％，CaZrO₃0.5-10％，Nb₂O₅0.05-1％，Y₂O₃0.03-1.0％，Co₂O₃0.03-1.0％，Bi₂Sn₂O₇6-30％；其中BaTiO₃、SrTiO₃、CaZrO₃分别是采用常规的化学原料以固相法合成。其耐压高，可达10kV/mm以上，介电常数为2200-3500，电容温度变化率小，符合X7R特性、Y5T和Y5U特性的要求，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C04B35/468GK101386534SQ20081015505公开日2009年3月18日申请日期2008年10月24日优先权日2008年10月24日发明者军李,晨赵,高春华,黄新友申请人:江苏大学