专利名称：一种陶瓷电介质材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷电介质材料，本发明还涉及一种制备该陶瓷电介质材料的制
备方法。
背景技术：
长期以来，国内外对中高压陶瓷电容器，尤其是无铅电容器陶瓷介质的研究十分 活跃。目前这些研究结果表明，电容器陶瓷介质还存在诸多问题，主要是介电常数、损耗、低 介电系数温度变化率和击穿电场强度等参数之间相互制约。 如[黄新友，高春华，工业化(Ba， Sr， Ca) (Ti， Zr) 03基电容器陶瓷的研究，仪器仪 表学报，2003， 24(1)]中的电容器陶瓷介质的室温介电常数高达11535，而且tgS偏大，为 71X10—4 ;[张其土，张校平等，BaTi03基无铅高压陶瓷电容器材料性能的研究，电子元件与 材料，2005， 24 (12)]中公开了 CaO、BiA对BaTi03铁电介质瓷介电性能的影响，虽然tan S 降到6X 10—4，但室温介电常数e r仅为2089 ; [Tao Hu， Tim J. Price, et al， the effect of Mn onmicrostructure and properties of BaSrTi03 with B203_LiC03， Journal of the European Ceramic Society, 25(2005)2531 2535]中公开了 B203_LiC03对Mn掺杂(Ba，Sr)Ti03陶瓷性能的影响，该陶 瓷材料的tan S较高；[郭炜，李玲霞等。掺杂稀土元素对细晶BaTi03系统耐压及介电性能的影响，中国 稀土学报，2003，21(2)]中公开了稀土氧化物掺杂对细晶BaTi03系陶瓷的耐压及介电性能 的影响，虽然该陶瓷的击穿电场强度通过掺杂Ho"、Ei^等提高到8KV/mm以上，但tan S偏 大，为70X10—4 180X 10—4。 故此，现有的电容器用电介质陶瓷材料还有待于进一步改善。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种高介电常数、低损耗 的电介质陶瓷材料； 本发明的另一个目的是提供一种制备该电介质陶瓷材料的方法。 为了达到上述目的，本发明采用以下方案 —种陶瓷电介质材料，按摩尔百分比由以下组分组成BaC03 12. 50 34. 50% SrC03 1 4. 79 37. 49%Ti02 45. 29 49. 39% Ce020 . 01 0.99%Dy203 0. 02 0. 89% Mn020 . 01 0.14%。 —种制备上述陶瓷电介质材料的方法，包括以下步骤 a、按比例称取BaC03、 SrC03和Ti02进行配料，得到配料物； b、采用湿法球磨的方法对上述配料物进行第一次球磨混合，然后将所得的球磨料置于料盘中，放入干燥设备，在110 13(TC下烘干，然后置于氧化铝坩埚中，放入电炉在 1020 IIO(TC下预合成BaxSivxTi03 ; c、在上述Ba,SivxTi03中按比例加入Ce02、Dy203和Mn02，采用湿法球磨的方法对上
述配料物进行第二次球磨混合，然后在110 13(TC下烘干，得烘干料； d、向上述烘干料加入聚乙烯醇水溶液进行混合、过筛造粒，将所得的造粒料放入
成型机，在300 390MPa条件下压制成型为坯片，再将所述的坯片放入电炉中烧结成型，即
得本发明陶瓷电介质材料。 如上所述的陶瓷电介质材料的制备方法，步骤b中所述的第一次湿法球磨混合具 体做法为 按配料物氧化锆陶瓷球去离子水=l:i:2的质量比放入聚氨酯内衬的球
磨罐中进行球磨(4 24)小时； 如上所述的陶瓷电介质材料的制备方法，其特征在于步骤c中所述的第二次湿法 球磨混合具体做法为 以配料氧化锆陶瓷球去离子水=i : i : i. 5的质量比将该配料球磨(6
24)小时； 如上所述的陶瓷电介质材料的制备方法，其特征在于步骤d中聚乙烯醇水溶液的 浓度为5%，其占混合物料质量的5 10% ; 如上所述的陶瓷电介质材料的制备方法，其特征在于步骤d中坯片烧结成型具体 为将坯片放在表面均匀、分散有二氧化锆垫料粉的氧化铝陶瓷板或二氧化锆陶瓷板上，在 片与片之间设置二氧化锆垫料粉，放入电炉中先在150°C 、200°C和250°C各保温20分钟，控 制升温速度为300°C /h左右，在温度为1230 135(TC烧结成型，然后保温1 3h ;
如上所述的陶瓷电介质材料的制备方法，其特征在于步骤d中烘干料和聚乙烯醇 水溶液混合均匀后过40目筛造粒。
综上所述，本发明的有益效果 本发明产品通过调节基础配方中Ba和Sr的比例，将陶瓷材料的居里温度调至室 温以下，陶瓷介质材料的晶粒较小，陶瓷介质材料具有高介电常数、低介电损耗和高的击穿 电场强度。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明做进一步描述 实施例1 制备本发明陶瓷电介质材料，按摩尔百分比称取一下组分 BaC03 34. 50% SrC03 1 4. 79% Ti0249.29% Ce02 0.99% Dy203 0.29%Mn02 0.14%。 先将BaC03、SrC03和Ti02进行配料，得到配料物，按照配料物氧化锆陶瓷球去
离子水=1 : i : 2的质量比放入球磨罐中进行球磨24h;将球磨料置于料盘中放入干燥设
备中，在12(TC的温度下进行烘干，该烘干料置于氧化铝坩埚中，放入电炉经108(TC预合成 2小时，合成(Ba， Sr) Ti03。在上述合成料中加入Ce02、Dy203和Mn02，得到混合料，再按照混合料氧化锆陶瓷球水=i : i : i. 5，进行二次球磨24h ;将球磨料置于料盘中，在干燥 设备中在ii(rc条件下进行烘干。球磨料干燥后加入质量百分比为7%，浓度为5%的聚乙
烯醇水溶液混合均匀后进行造粒，过40目筛造粒，将所得的造粒料放入成型机，在350MPa 压强下压制成①15mmX3mm圆片坯片；将成型后的坯片放在表面均匀分散有二氧化锆垫料 粉的氧化铝陶瓷板或二氧化锆陶瓷板上，在片与片之间设置二氧化锆垫料粉，然后放入电 炉，先在15(TC、20(TC和25(TC各保温20分钟，然后控制升温速度为300°C /h左右，烧结温 度为123(TC然后保温lh，然后试样随炉冷却到室温，得到陶瓷片；将陶瓷片上的二氧化锆 垫料清除后，经过超声波清洗和烘干，即得本发明陶瓷电介质材料。经检测本发明陶瓷电介 质材料的介电常数为3200、介电损耗为0. 23%，击穿电场强度为5. 8kv/mm。
实施例2 制备本发明陶瓷电介质材料，按摩尔百分比称取一下组分
BaC03 12.50% SrC03 37.49%
Ti02 48.12% Ce02 0.99%
Dy203 0.89% Mn02 0 . 01%。 先将BaC03、SrC03和Ti02进行配料，得到配料物，按照配料物氧化锆陶瓷球去
离子水=1 : i : 2的质量比放入球磨罐中进行球磨4h;将球磨料置于料盘中放入干燥设
备中，在ll(TC的温度下进行烘干，该烘干料置于氧化铝坩埚中，放入电炉经IIO(TC预合成 4小时，合成(Ba， Sr) Ti03。在上述合成料中加入Ce02、Dy203和Mn02，得到混合料，再按照混
合料氧化锆陶瓷球水=i : i : i. 5，进行二次球磨6h ;将球磨料置于料盘中，在干燥
设备中在13(TC条件下进行烘干。球磨料干燥后加入质量百分比为5%，浓度为5%的聚乙 烯醇水溶液混合均匀后进行造粒，过40目筛造粒，将所得的造粒料放入成型机，在300MPa 压强下压制成①15mmX3mm圆片坯片；将成型后的坯片放在表面均匀分散有二氧化锆垫料 粉的氧化铝陶瓷板或二氧化锆陶瓷板上，在片与片之间设置二氧化锆垫料粉，然后放入电 炉，先在15(TC、20(TC和25(TC各保温20分钟，然后控制升温速度为300°C /h左右，烧结温 度为123(TC然后保温3h，然后试样随炉冷却到室温，得到陶瓷片；将陶瓷片上的二氧化锆 垫料清除后，经过超声波清洗和烘干，即得本发明陶瓷电介质材料。经检测本发明陶瓷电介 质材料的介电常数为3300、介电损耗为0. 21%，击穿电场强度为6. 2kv/mm。
实施例3 制备本发明陶瓷电介质材料，按摩尔百分比称取一下组分
BaC03 25.9% SrC03 25%
Ti02 48%Ce02 0 . 5%
Dy203 0.5% Mn02 0.1%。 先将BaC03、SrC03和Ti02进行配料，得到配料物，按照配料物氧化锆陶瓷球去
离子水=1 : i : 2的质量比放入球磨罐中进行球磨4h;将球磨料置于料盘中放入干燥设
备中，在13(TC的温度下进行烘干，该烘干料置于氧化铝坩埚中，放入电炉经102(TC预合成 3小时，合成(Ba， Sr) Ti03。在上述合成料中加入Ce02、Dy203和Mn02，得到混合料，再按照混
合料氧化锆陶瓷球水=i : i : i. 5，进行二次球磨12h ;将球磨料置于料盘中，在干燥
设备中在13(TC条件下进行烘干。球磨料干燥后加入质量百分比为10%，浓度为5%的聚乙 烯醇水溶液混合均匀后进行造粒，过40目筛造粒，将所得的造粒料放入成型机，在390MPa压强下压制成①15mmX3mm圆片坯片；将成型后的坯片放在表面均匀分散有二氧化锆垫料 粉的氧化铝陶瓷板或二氧化锆陶瓷板上，在片与片之间设置二氧化锆垫料粉，然后放入电 炉，先在15(TC、20(TC和25(TC各保温20分钟，然后控制升温速度为300°C /h左右，烧结温 度为123(TC然后保温2h，然后试样随炉冷却到室温，得到陶瓷片；将陶瓷片上的二氧化锆 垫料清除后，经过超声波清洗和烘干，即得本发明陶瓷电介质材料。经检测本发明陶瓷电介 质材料的介电常数为3500、介电损耗为0. 25%，击穿电场强度为6. 5kv/mm。
实施例4 制备本发明陶瓷电介质材料，按摩尔百分比称取一下组分
BaC03 2 2 . 45% SrC03 30%
Ti0247% Ce020 . 01%
Dy203 0.49% Mn02 0 . 05%。 先将BaC03、 SrC03和Ti02进行配料，得到配料物，按照配料物氧化锆陶瓷球
去离子水=i:i:2的质量比放入球磨罐中进行球磨20h ;将球磨料置于料盘中放入干
燥设备中，在15(TC的温度下进行烘干，该烘干料置于氧化铝坩埚中，放入电炉经106(TC预 合成2. 5小时，合成(Ba， Sr)Ti03。在上述合成料中加入Ce02、 Dy203和Mn02，得到混合料，
再按照混合料氧化锆陶瓷球水=i : i : i. 5，进行二次球磨ish ;将球磨料置于料盘
中，在干燥设备中在125t:条件下进行烘干。球磨料干燥后加入质量百分比为8%，浓度为 5%的聚乙烯醇水溶液混合均匀后进行造粒，过40目筛造粒，将所得的造粒料放入成型机， 在320MPa压强下压制成①15mmX3mm圆片坯片；将成型后的坯片放在表面均匀分散有二氧 化锆垫料粉的氧化铝陶瓷板或二氧化锆陶瓷板上，在片与片之间设置二氧化锆垫料粉，然 后放入电炉，先在15(TC、20(TC和25(TC各保温20分钟，然后控制升温速度为300°C /h左 右，烧结温度为128(TC然后保温2h，然后试样随炉冷却到室温，得到陶瓷片；将陶瓷片上的 二氧化锆垫料清除后，经过超声波清洗和烘干，即得本发明陶瓷电介质材料。经检测本发明 陶瓷电介质材料的介电常数为3000、介电损耗为0. 20%，击穿电场强度为5. 6kv/mm。
本发明中可利用实施例1至4的陶瓷电介质材料制作陶瓷电容器，具体的做法是 在所述的陶瓷电介质材料的两面上均匀涂敷银电极浆料，然后在810 86(TC条件下保温 10 20分钟，这样就能在陶瓷电介质材料上设置银电极，制成本发明的陶瓷电容器。
权利要求
一种陶瓷电介质材料，其特征在于按摩尔百分比由以下组分组成BaCO3 12.50～34.50％SrCO3 14.79～37.49％TiO2 45.29～49.39％CeO2 0.01～0.99％Dy2O3 0.02～0.89％MnO2 0.01～0.14％。
2. —种制备权利要求1所述陶瓷电介质材料的方法，其特征在于包括以下步骤a、 按比例称取BaC03、 SrC03和Ti02进行配料，得到配料物；b、 采用湿法球磨的方法对上述配料物进行第一次球磨混合，然后将所得的球磨料置于 料盘中，放入干燥设备，在110 13(TC下烘干，然后置于氧化铝坩蜗中，放入电炉在1020 IIO(TC下预合成BaxSivxTi03 ;c、 在上述Ba,Siv;Ti03中按比例加入Ce(^、DyA和Mn02，采用湿法球磨的方法对上述配 料物进行第三次球磨混合，然后在110 13(TC下烘干，得烘干料；d、 向上述烘干料加入聚乙烯醇水溶液进行混合、过筛造粒，将所得的造粒料放入成型 机，在300 390MPa条件下压制成型为坯片，再将所述的坯片放入电炉中烧结成型，即得本 发明陶瓷电介质材料。
3. 根据权利要求2所述的陶瓷电介质材料的制备方法，其特征在于步骤b中所述的第 一次湿法球磨混合具体做法为按配料物氧化锆陶瓷球去离子水=l:i:2的质量比放入聚氨酯内衬的球磨罐中进行球磨(4 24)小时。
4. 根据权利要求2所述的陶瓷电介质材料的制备方法，其特征在于步骤c中所述的第二次湿法球磨混合具体做法为以配料氧化锆陶瓷球去离子水=i : i : i. 5的质量比将该配料球磨(6 24) 小时。
5. 根据权利要求2所述的陶瓷电介质材料的制备方法，其特征在于步骤d中聚乙烯醇 水溶液的浓度为5%，其占混合物料质量的5 10%。
6. 根据权利要求2所述的陶瓷电介质材料的制备方法，其特征在于步骤d中坯片烧结 成型具体为将坯片放在表面均匀、分散有二氧化锆垫料粉的氧化铝陶瓷板或二氧化锆陶 瓷板上，在片与片之间设置二氧化锆垫料粉，放入电炉中先在15(TC、20(TC和25(TC各保温 20分钟，控制升温速度为300°C /h左右，在温度为1230 135(TC烧结成型，然后保温1 3h。
7. 根据权利要求2所述的陶瓷电介质材料的制备方法，其特征在于步骤d中烘干料和 聚乙烯醇水溶液混合均匀后过40目筛造粒。
全文摘要
本发明公开了一种陶瓷电介质材料，按摩尔百分比由以下组分组成BaCO312.50～34.50％，SrCO314.79～37.49％，TiO245.29～49.39％，CeO20.01～0.99％，Dy2O30.02～0.89％，MnO20.01～0.14％。本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种高介电常数、低损耗的电介质陶瓷材料；本发明的另一个目的是提供一种制备该电介质陶瓷材料的方法。本发明产品通过调节基础配方中Ba和Sr的比例，将陶瓷材料的居里温度调至室温以下，陶瓷介质材料的晶粒较小，陶瓷介质材料具有高介电常数、低介电损耗和高的击穿电场强度。
文档编号C04B35/465GK101774802SQ20101010077
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月16日 优先权日2010年1月16日
发明者冯砚儒, 曲远方, 江美新 申请人:中山市天键电子工业有限公司;天津大学