X7R型BaTiO3基电容器陶瓷材料及其制备方法与流程

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种x7r型batio3基电容器陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

随着信息技术的迅猛发展，整机产业制备如以平板显示、手机以及汽车等为代表的新型电子产品的不断涌现，使其对电容器的性能要求更加严格。片式多层陶瓷电容器(multilayerceramiccapacitor，mlcc)具有体积小、比容量大、抗湿性好、等效串联电阻小、高可靠和耐高温等优点，从而成为目前使用量最大、发展速度最快的片式元器件之一。x7r型mlcc是指电容器在测试频率1khz、测试电压1v下，满足-55～125℃区间内容温变化率≤15％，介电损耗≤2.0％。主要分为三大类：(a)铅系弛豫类铁电材料；(b)batio3系材料；(c)铅系和batio3系复合材料。由于铅存在严重的环境污染问题，使得batio3基电容器陶瓷材料受到了广泛的关注并具有广阔的应用前景。

batio3在室温下具有较低的介电常数，主要通过添加nb、ta、co、zn、sm、mn、mg、dy、yb等元素来改性batio3基陶瓷材料，其烧结温度一般较高(＞1300℃)。为了降低烧结温度，通常用低温玻璃、二氧化硅和氧化硼等作为烧结助剂，其中低温玻璃的制备工艺复杂且周期较长，而且会造成材料的介电损耗变大。目前x7r型mlcc材料的制备方法存在制备工艺复杂、介电常数较低和损耗偏大的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种x7r型batio3基电容器陶瓷材料，在-55℃～125℃范围内满足容温变化率≤15％，具有较高的介电常数、低的介电损耗且环境友好、烧结范围宽、性能重复性好，本发明还提供其制备方法，工艺简单，成本低，易于工业化生产。

本发明所述的x7r型batio3基电容器陶瓷材料，包括以下质量份数的原料：

本发明所述的x7r型batio3基电容器陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将batio3粉体、cazro3粉体与ta2o5、nb2o5、mnco3、mgo混合，与去离子水混合球磨后烘干，得到陶瓷粉末；

(2)在陶瓷粉末中加入粘结剂，造粒、过筛、压片、排胶，随后烧结、保温，得到陶瓷样品，抛光后制得x7r型batio3基电容器陶瓷材料。

其中：

batio3粉体的制备方法为：将baco3和tio2按照batio3的化学计量比1:1配料，与去离子水混合球磨后烘干，然后升温至1100～1150℃煅烧3～5小时，随炉冷却，制得batio3粉体。batio3粉体的制备方法中的升温速率为2～5℃/分钟。

cazro3粉体的制备方法为：将caco3和zro2按照cazro3的化学计量比1:1配料，与去离子水混合球磨后烘干，然后升温至1400～1450℃煅烧3～5小时，随炉冷却，制得cazro3粉体。cazro3粉体的制备方法中的升温速率为2～5℃/分钟。

通过采用上述方法制备的batio3粉体、cazro3粉体，在高温段的温度稳定性更好。

球磨时间为4～12小时。

粘结剂添加质量为陶瓷粉末的4％～7％。

粘结剂为pva粘结剂，浓度为3～5wt％。

步骤(2)中过筛后的粒径≤150μm。

步骤(2)中的烧结为升温至1200～1280℃烧结；保温为保温2～4小时。

步骤(2)中的排胶温度为600～700℃，升温速率为1～2℃/分钟，保温时间2小时。

制备得到的x7r型batio3基电容器陶瓷材料可以制备银电极，用小毛刷在陶瓷的上下表面涂银浆，在烘箱中100℃下烘干，最后在马弗炉中500℃烧结30分钟，制得产品。

综上所述，本发明具有以下优点：

(1)通过同时添加ta2o5和nb2o5改善陶瓷材料的容温变化率，同时增宽了烧结温度范围(1200～1280℃)。

(2)通过添加cazro3和mgo提高陶瓷材料125℃处的介电常数，并降低高温端介电损耗。

(3)本发明所述的x7r型batio3基电容器陶瓷材料介电损耗低，室温下介电损耗为0.0085～0.0110。

(4)本发明所述的材料体系不含铅，属于环境友好型，具有良好的应用前景；且制备方法工艺简单、可控，便于工业化生产。

(5)本发明所述的材料在-55℃～125℃范围内满足容温变化率≤15％，具有较高的介电常数、低的介电损耗且环境友好、烧结范围宽、性能重复性好。

(6)本发明还提供其制备方法，配方简单可调、烧结范围宽、性能重复性好、工艺简单、成本低、易于工业化生产。

附图说明

图1是实施例1制备的x7r型batio3基电容器陶瓷材料的xrd图谱；

图2是实施例1制备的x7r型batio3基电容器陶瓷材料的sem图谱；

图3是实施例1制备的x7r型batio3基电容器陶瓷材料在1khz时的介电常数和介电损耗随温度的变化图谱；

图4是实施例1制备的x7r型batio3基电容器陶瓷材料在1khz时的容温变化率(以25℃为基准)随温度的变化图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

(1)将baco3和tio2按照batio3的化学计量比1:1配料，与去离子水混合球磨6小时后烘干，然后升温至1100℃煅烧4小时，随炉冷却，制得batio3粉体；

(2)将caco3和zro2按照cazro3的化学计量比1:1配料，与去离子水混合球磨6小时后烘干，然后升温至1420℃煅烧4小时，随炉冷却，制得cazro3粉体；

(3)将batio3、cazro3、ta2o5、nb2o5、mnco3、mgo按质量比96：2：0.7：1：0.2：0.3配料，与去离子水混合球磨4小时后烘干，得到陶瓷粉末。

(4)将步骤(3)得到的陶瓷粉末外加质量比5％的pva粘结剂，造粒、过筛、压片，制得直径为12mm、厚度1mm～1.5mm的陶瓷胚体。陶瓷胚体在600℃下保温2小时排胶，随后升温至1240℃烧结，保温3小时，抛光后得到x7r型batio3基电容器陶瓷材料。

将实施例1制备的x7r型batio3基电容器陶瓷材料样品抛光后进行xrd测试，xrd图谱如图1所示，分析表明：其结构为完整的立方钙钛矿结构，没有发现杂峰。

将实施例1制备的x7r型batio3基电容器陶瓷材料样品热处理后进行sem测试，sem图谱如图2所示，分析表明：陶瓷材料的微观结构致密度较好，晶粒尺寸较小，约为300nm。

将实施例1制备的x7r型batio3基电容器陶瓷材料样品抛光制备银电极后测试其介电性能，得到其1khz下介电常数和介电损耗随温度的变化图谱(图3)和容温变化率(以25℃为基准)随温度的变化图(图4)，图4中虚线内为容温变化率不超过±15％的范围。由图3和图4可以得到：本发明的陶瓷材料在-55～125℃的温度范围内具有优良的温度稳定性(δc/c25℃<11％)，符合x7r型多层陶瓷电容器材料的要求；在-55～125℃温度范围内的介电损耗较低，其中25℃的介电常数和介电损耗分别为3039和0.0089。

实施例2

(1)将baco3和tio2按照batio3的化学计量比1:1配料，与去离子水混合球磨6小时后烘干，然后升温至1125℃煅烧4小时，随炉冷却，制得batio3粉体；

(2)将caco3和zro2按照cazro3的化学计量比1:1配料，与去离子水混合球磨6小时后烘干，然后升温至1400℃煅烧4小时，随炉冷却，制得cazro3粉体；

(3)将batio3、cazro3、ta2o5、nb2o5、mnco3、mgo按质量比95：3：0.6：1：0.1：0.2配料，与去离子水混合球磨8小时后烘干，得到陶瓷粉末。

(4)将步骤(3)得到的陶瓷粉末外加质量比3％的pva粘结剂，造粒、过筛、压片，制得直径为12mm、厚度1mm～1.5mm的陶瓷胚体。陶瓷胚体在650℃下保温2小时排胶，随后升温至1220℃烧结，保温4小时，得到x7r型batio3基电容器陶瓷材料。

实施例3

(1)将baco3和tio2按照batio3的化学计量比1:1配料，与去离子水混合球磨6小时后烘干，然后升温至1150℃煅烧4小时，随炉冷却，制得batio3粉体；

(2)将caco3和zro2按照cazro3的化学计量比1:1配料，与去离子水混合球磨6小时后烘干，然后升温至1450℃煅烧4小时，随炉冷却，制得cazro3粉体；

(3)将batio3、cazro3、ta2o5、nb2o5、mnco3、mgo按质量比96：1.5：0.8：1.2：0.3：0.5配料，与去离子水混合球磨12小时后烘干，得到陶瓷粉末。

(4)将步骤(3)得到的陶瓷粉末外加质量比4％的pva粘结剂，造粒、过筛、压片，制得直径为12mm、厚度1mm～1.5mm的陶瓷胚体。陶瓷胚体在600℃下保温2小时排胶，随后升温至1260℃烧结，保温2小时，得到x7r型batio3基电容器陶瓷材料。

对实施例2和实施例3制备的x7r型batio3基电容器陶瓷材料在25℃和1khz条件下进行介电性能测试，结果如表1所示。

表1