专利名称：一种高温度稳定性的介电陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及介电陶瓷材料技术领域，具体地，涉及一种高温度稳定性的介电陶瓷 材料及其制备方法。
背景技术：
在电子技术迅猛发展的今天，被动元件日益向着小型化、多功能化、高可靠性和低 成本的方向发展。然而，所有被动元件的质量基础都不外乎其对应的功能瓷料之质量水平 和制作工艺中的质量控制程度，是故制作具有高品质功能瓷料是所有被动元件制造厂家的 首要目标。
作为现代电子行业的基础，作为被动元件的重要和主要分支，陶瓷介质电容器以 其体积小、比容大、内部电感小和高频稳定性好等优点，在电容器行业始终占据主导地位。 介电陶瓷材料是制备陶瓷电容器的基础，其同时其还具有易合成、低成本和适宜产业化的 特点。
目前，以BaTiO3或具有ABO3钙钛矿结构原材料为主晶相制备的介电陶瓷，往往不 能兼顾介电常数及其温度变化率、损耗角正切值及其对电压的依赖性，同时还存在陶瓷坯 体脆性大，难以机械加工的缺点；这就提出了如何兼顾介电陶瓷的各项性能之要求。
随着高功率器件及精密滤波器的迅速发展，对介电陶瓷的温度稳定性要求不断提 高；同时，由于对介电陶瓷体外形及结构方面的要求亦日益多样化，因此提高介电陶瓷温度 稳定性，降低瓷体脆性变得尤为重要。
由于具有较高的介电常数，BaTiO3体系介电陶瓷被认为是电子工业的支柱，但其 介电常数在居里点附近有较大突变，且随环境温度的变化较大。目前，广泛应用于移动通信 产品、笔记本电脑、航空仪表等方面的X7R介电陶瓷的温度稳定性(士 15%)已经不能满足 多层陶瓷电容器(MLCC)和电流磁场干扰(EMI)滤波器的使用要求。因此改善介电陶瓷的 介电温度稳定性是目前的研究热点之一，而当前改善介电陶瓷温度稳定性的研究，主要集 中在对以钛酸钡粉体为主的介电陶瓷材料之配方与制备工艺方面。发明内容
本发明的目的在于提供一种高温度稳定性介电陶瓷材料及其制备方法。
该介电陶瓷材料按照规定工艺条件制备成介电陶瓷后，具备如下电气性能温 度变化率|Δ ε(-25 °C 85 °C )，介电常数1000，损耗角正切值 tg5 ^ 1%，击穿电压 VBdc> 10KV/mm。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种高温度稳定性的介电陶瓷 材料，包含以质量百分比计的下述基础原料=BaTiO3 30 60wt%，SrTiO3 5 35wt%， PbTiO3 2 25wt%，CaZrO3 1 20wt%，Bi2O3 · nTi02 :1 30wt% ；基于上述基础原料， 还包含以质量百分比计的添加剂=MgO 1 30wt%，MnCO3 :0. 01 Iwt % ；所述的基础原料 BaTi03、SrTiO3> PbTi03> CaZrO3及Bi2O3 · nTi02均是由固相合成法合成的物质，所述的η =1 5。
为实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种高温度稳定性介电陶瓷 材料的制备方法，包括两次固相合成工艺，具体为
(1)第一次固相合成法预合成基础材料
以BaC03、SrCO3> CaCO3> PbO、Bi203、ZrO2和作为原材料，通过固相合成法分别 预合成基础材料 BaTiO3^ SrTiO3> PbTi03、Bi2O3 · nTi02 及 CaZrO3 ；
预合成的合成条件为升温速率100 300°C /小时，保温时间1 5小时，降 温速率150 300 0C /小时；其中BaT i O3、Sr Ti O3禾口 CaZrO3的合成温度为1050 1300 °C, PbTiO3 和 Bi2O3 · nTi02 的合成温度为 600 900°C ；
(2)第二次固相合成法再合成高温度稳定性的介电陶瓷材料
将所述的步骤(1)中预合成的基础材料辅以添加剂MgO和MnCO3,按照权利要求 1中所述的配比，通过固相合成法进行再合成，然后再辅之以离心造粒等常规的介电陶瓷材 料制备工艺制备成高温度稳定性的介电陶瓷材料；
再合成的合成条件为升温速率100 300°C /小时，合成温度1050 1300°C， 保温时间1 5小时，降温速率150 300°C /小时。
进一步地，经过两次固相合成工艺并辅之以离心造粒等常规的工艺制成的介电陶 瓷材料，再经过3000 30000高斯除铁处理，可制成高温度稳定性的介电陶瓷材料。
在上述制备方法中，两次固相合成工艺直接影响该介电陶瓷材料(制成陶瓷电容 器后)的综合性能及其烧结温度。
进一步地，所述的再合成后的材料经过离心造粒后进行除铁处理，此除铁工艺可 直接影响介电陶瓷材料(制成陶瓷电容器后)的击穿电压性能。
将经过除铁工艺后的两次固相合成介电陶瓷材料，按照以下工艺加工成介电陶瓷 体并进行检测
(A)干压成型成型密度=3. 0 4. Og/cm3。
(B)烧结
室温一250"C/ 小时丨一800"C X 1 小时一250°C / 小时丨一1250°C 1400X 1 3小时一2000C /小时丨一8000C- 2500C /小时丨一200°C以下。
(C)制备电极使用含银量70wt%的银浆，丝网印刷，820°C保温10 20分钟烧渗 银电极。
经检测，由该介电陶瓷材料加工成的介电陶瓷电容器具备如下电气性能温度变 化率I Δ ε /ε25^5% (_25°C 85°C )，介电常数ε M彡1000，损耗角正切值tg δ ^ 1%, 击穿电压VBdc彡10KV/mm。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果
1、本发明采用的基础原料为经固相合成法合成的钛酸盐材料，相对于通过化学合 成法合成的钛酸盐材料，有利于介电陶瓷材料的温度稳定性。
2、本发明采用两次固相合成工艺进行合成介电陶瓷材料，与传统的烧结工艺 相比，经该介电陶瓷材料加工成的介电陶瓷体具备如下电气性能特点材料温度变化率Δ ε I/ ε 25 ^ 5% (_25°C 85°C )，介电常数1000，损耗角正切值tg δ彡1%，击 穿电压VBrc ^ 10KV/mm ；即在具有较高介电常数和低损耗的同时，具有优良的介电温度稳定性和可加工性，可用于对温度稳定性要求严格的高压电容器及相关元器件的制造。
3、采用本发明的介电陶瓷材料所制备的介电陶瓷电容器瓷坯在正常的磨削、切割 等机械加工过程中，不会出现崩瓷、碎裂现象。
4、本发明所选用原料价格低廉、来源广泛，新配方的高温度稳定性具有良好的市 场前景，可作为同类材料的换代产品。
具体实施方式
实施例1
本发明的高温度稳定性的介电陶瓷材料，按如下方法进行制备
(1)所选用的原材料，其主含量大于98. 5%。
(2)按照以下摩尔配比计算基础材料配方
BaCO3 TiO2 = 1 1，用于制备 BaTiO3 ；
SrCO3 TiO2 = 1 1，用于制备 SrTiO3 ；
PbO TiO2 = 1 1，用于制备 PbTiO3 ；
Bi2O3 nTi02 = 1 η，用于制备 Bi2O3 · nTi02 (η = 1 5)；
CaCO3 ZrO2 = 1 1，用于制备 Ca&03 ；
(3)将按照步骤O)中计算并称量好的基础材料之原材料，按照以下工艺要求进 行加工
(A)湿式球磨球磨时间=12小时。
(B)出料并压滤脱水。
(C)干燥120°C保持12小时。
(D)压块压制密度=2. 2g/cm3。
(E)预合成升温速率=1500C /小时，BaTi03、SrTiO3和Ca^O3的合成温度为 1200°C，PbTiOjP Bi2O3 ·ηΤi02的合成温度为750°C，保温时间=3小时，降温速率=250 °C / 小时。
(F)破碎辊轧后的材料颗粒度小于2mm。
(4)将C3)步骤所生产出的基础材料按照表1计算本发明所涉及的介电陶瓷材料 的配比
表1介电陶瓷材料的配比
权利要求
1.一种高温度稳定性的介电陶瓷材料，其特征在于，包含以质量百分比计的下述基础 原料=BaTiO3 30 60wt%，SrTiO3 5 35wt%，PbTiO3 2 25wt%，CaZrO3 1 20wt%， Bi2O3 · nTi02 1 30wt% ；基于上述基础原料，还包含以质量百分比计的添加剂MgO :1 30wt%，MnCO3 :0. 01 Iwt % ；所述的基础原料BaTi03、SrTiO3> PbTi03、CaZrO3及Bi2O3 · nTi02均是由固相合成法合 成的物质，所述的η = 1 5。
2.根据权利要求1所述的一种高温度稳定性的介电陶瓷材料的制备方法，其特征在 于，包括两次固相合成工艺，具体为(1)第一次固相合成法预合成基础材料以BaC03、SrCO3> CaCO3> PbO, Bi203、ZrO2和TiR作为原材料，通过固相合成法分别预合 成基础材料 BaTiO3^ SrTiO3> PbTi03、Bi2O3 · nTi02 及 CaZrO3 ；预合成的合成条件为升温速率100 300°C /小时，保温时间1 5小时，降温速 率:150 300°C/小时；其中 BaTi03、SrTi0jn CaZrO3 的合成温度为 1050 1300°C，PbTiO3 和Bi2O3 · nTi02的合成温度为600 9000C ；(2)第二次固相合成法再合成高温度稳定性的介电陶瓷材料将所述的步骤(1)中预合成的基础材料辅以添加剂MgO和MnCO3,按照权利要求1中所 述的配比，通过固相合成法进行再合成，然后再辅之以离心造粒等常规的介电陶瓷材料制 备工艺制备成高温度稳定性的介电陶瓷材料；再合成的合成条件为升温速率100 300°C /小时，合成温度1050 1300°C，保温 时间1 5小时，降温速率150 300°C /小时。
3.根据权利要求2所述的一种高温度稳定性的介电陶瓷材料的制备方法，其特征在 于，经过两次固相合成工艺并辅之以离心造粒等常规的工艺而制成的介电陶瓷材料，再经 过3000 30000高斯除铁处理。
全文摘要
本发明属于电容器介电材料制备领域，为一种高温度稳定性的介电陶瓷材料及其制备方法。本发明以BaCO3、SrCO3、CaCO3、PbO、Bi2O3、ZrO2及TiO2为原材料，采用固相合成工艺预合成基础材料BaTiO3、SrTiO3、PbTiO3、CaZrO3以及Bi2O3·nTiO2(n＝1～5)；按照配比要求，将基础材料与辅助添加剂MgO、MnCO3进行调和并采用固相合成工艺进行再合成；后再辅之以常规的介电陶瓷材料制备工艺制成本发明的高温度稳定性的介电陶瓷材料。由上述介电陶瓷材料制成的陶瓷电容器，经检测，具有如下的电气特性温度变化率|Δε|/ε25≤5％(-25℃～85℃)，介电常数ε25≥1000，损耗角正切值tgδ≤1％，击穿电压VBDC≥10kV/mm。
文档编号C04B35/622GK102030528SQ20091017699
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者吴纪梁, 吴迪, 居涌 申请人:无锡隆傲电子有限公司