一种基于前驱体预烧法制备的高容多层BME瓷介电容器及制作方法与流程

本发明属于电容器制备领域，具体涉及一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器及制作方法。

背景技术：

1、储能装置的发展一直是科学界和产业界研究的焦点。在现有的超级电容器、电池等储能器件中，多层陶瓷电容器(multilayer ceramic capacitor，mlcc)凭借其超高的功率密度特性，已广泛应用于通信终端、汽车电子、军事武器等诸多领域。电容器是电子设备大量使用的电子元件之一，其产量占电子元件产量的40％以上，伴随着电子设备小型化的需求提升，给电容器的发展带来了更好的机遇，对多层陶瓷电容器在小型化、高容量等方面提出了更高的要求。

2、从mlcc的结构来看，它的制造似乎很简单，实际上，它的制作步骤很长并且有一定难度。通过浆料制备、流延、印刷、叠压、水压将电极层与介电层相互叠加，再通过切片、脱脂、烧结、端外电极，从而制成多层陶瓷电容器。20世纪90年代，以贱金属电极(bme)核心技术为基础的低成本mlcc开始进入了商业实用化阶段。一方面，由于贱金属电极在空气气氛中烧结会发生氧化，需要在还原性气氛下进行烧结，所以烧结是一个关键步骤。另一方面，纯钛酸钡材料在还原气氛下烧结会被还原半导体化，导致绝缘电阻降低，因此要在钛酸钡中掺杂一些金属元素使得陶瓷材料适合于还原气氛中烧结，所以瓷浆配料影响重大。

3、更高的介电常数、更薄的介质层厚度有利于mlcc的小型化、大容量化。但是介质层厚度会影响到其绝缘电阻的大小和稳定性，所以可改变浆料的配方和烧结方法来提升其绝缘电阻性能。本发明所要解决的问题是如何进行高效的掺杂以及如何烧结出高容、高绝缘电阻性能的mlcc。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器，另一目的是提供一种制作上述高容多层bme瓷介电容器的方法。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器，由介电层相互叠加烧制而成，所述介电层包括介质层和印刷在介质层上的内电极，所述介质层是基于100重量份的前驱体混合掺杂剂制成，

4、所述掺杂剂包括以下重量份的原料；氧化镁0.3-0.5份、碳酸锰0.08-0.15份、五氧化二钒0.03-0.5份、稀土氧化物0.5-1.5份、二氧化硅0.3-0.8份、硝酸钙0.1-0.4份、氧化锆0.4-0.6份；

5、所述前驱体由100重量份的钛酸钡混合0.2-2.0重量份的稀土氧化物，在1000-1200℃的温度下焙烧0.5-3h而成。

6、进一步的，所述介质层中稀土氧化物与前驱体中稀土氧化物的种类一样。

7、进一步的，所述稀土氧化物为纳米氧化镱和纳米氧化镝中的一种或多种。

8、进一步的，所述钛酸钡的粒度小于300nm。

9、进一步的，所述硝酸钙为四水合硝酸钙。

10、一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器的制作方法，包括以下步骤：

11、步骤一，前驱体制备：将钛酸钡和稀土氧化物按照所需重量比称取后混合，然后球磨1-3h，再将球磨分散后的粉料在1000-1200℃下焙烧0.5-3h，降温过筛得所述前驱体；

12、步骤二，流延浆料制备：按照介质层的原料组成，经分散、球磨、过滤、消泡获得流延浆料；

13、步骤三，生胚制造：将浆料流延成介质层薄带，随后把内电极印刷至介质层上形成介电层，并将介电层与介电层相互错位叠加，再经过水压、切片等工序，制造出生坯；

14、步骤四，脱脂：对生胚进行140-150h氮气脱脂；

15、步骤五，烧结：将脱脂后的生坯在还原气氛下烧结成瓷体；

16、步骤六，倒角端附：把烧结后的瓷体进行球磨倒角，以此引出电极，并采用铜电极浆进行端附，烘干后进行烧附，温度为800-900℃，采用氮气保护，烧附的过程保温1-2h，冷却后，即得所述高容多层bme瓷介电容器。

17、进一步的，步骤五中，烧结为两步烧结，升温速率为5-30℃/min，第一个温度平台为800℃，保温半小时，然后到达第一步烧结温度1220-1260℃，保温5-10min，随即降温至第二步烧结温度1130-1180℃，保温50-80min；随后在800-1000℃回氧，氧气含量10-50ppm，保温2-6h，降至室温，得瓷体。

18、进一步的，步骤二中，流延浆料制备具体包括：将添加的掺杂剂按照比例混合，按重量比加入掺杂剂总重：乙醇：甲苯：分散剂＝1：(10-20)：(10-20)：(0.2-0.5)，球磨3-6h，使掺杂剂完全分散；再按重量比加入前驱体、乙醇、甲苯、分散剂，其中按重量比，前驱体：乙醇：甲苯：分散剂＝100：(5-10)：(5-10)：(0.5-2)，球磨2-8h，将粉体分散均匀；再按重量比加入聚二甲苯二异氰酸酯、聚乙烯醇缩丁醛酯，其中按重量比，前驱体：聚二甲苯二异氰酸酯：聚乙烯醇缩丁醛酯＝100：(2-8)：(5-15)，球磨3-10h，过滤、消泡，获得流延浆料。

19、进一步的，步骤三中，内电极为镍电极。

20、进一步的，步骤三中，介质层薄带厚度≤8um。

21、由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、第一，本发明限定bme瓷介电容器的原料组成及制作工艺，不同于以往的常规瓷粉配料方式，促进稀土元素掺杂：常规的配料方式是把钛酸钡和各种掺杂剂加在一起分散混匀，然后进行下一步工序，由于稀土元素在钛酸钡中的固溶极限很小，而氧化镁等掺杂元素形成的外壳会抑制稀土元素向核心扩散，所以最终导致钛酸钡中掺杂稀土的含量下降；为了解决这个问题，本发明采用前驱体预烧法，先把稀土氧化物和钛酸钡分散均匀后在1000-1200℃焙烧0.5-3h成为前驱体，以此增加钛酸钡中稀土元素的掺杂量；使制备的mlcc具有了极高的介电常数和平稳的介温特性曲线，以及低损耗、高绝缘电阻的优良综合性能、在电路中将具有更小的漏电流，更高的可靠性；

23、第二，掺杂配方合适的配比，形成核壳结构：以前驱体为基质，添加氧化镁、碳酸锰、五氧化二钒、稀土氧化物、二氧化硅、硝酸钙、氧化锆作为掺杂剂进行烧结；镁、稀土元素有助于形成核壳结构，锰、钙元素可以提高介电常数和抗还原性，二氧化硅可以促进烧结，其余元素的掺入可以使得材料具有较高的绝缘电阻和良好的容温特性；

24、第三，两步烧结法，使得烧结核壳结构中的壳层较薄：把烧结的保温部分分成两个步骤，第一步先升至一个较高的温度保持5-10分钟，第二步则是降低温度再保温30-80分钟；第一步的烧结就可以使陶瓷致密化，5分钟的致密化可以达到96％以上，第二步降低温度进行烧结保温是为了防止晶粒过快生长，快速晶粒长大会破坏核壳结构；两步烧结法的改进是为了得到更好的核壳结构。

技术特征：

1.一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器，由介电层相互叠加烧制而成，所述介电层包括介质层和印刷在介质层上的内电极，其特征在于：所述介质层是基于100重量份的前驱体混合掺杂剂制成，

2.根据权利要求1所述的一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器，其特征在于：所述介质层中稀土氧化物与前驱体中稀土氧化物的种类一样。

3.根据权利要求2所述的一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器，其特征在于：所述稀土氧化物为纳米氧化镱和纳米氧化镝中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器，其特征在于：所述钛酸钡的粒度小于300nm。

5.根据权利要求1所述的一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器，其特征在于：所述硝酸钙为四水合硝酸钙。

6.一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器的制作方法，其特征在于：步骤五中，烧结为两步烧结，升温速率为5-30℃/min，第一个温度平台为800℃，保温半小时，然后到达第一步烧结温度1220-1260℃，保温5-10min，随即降温至第二步烧结温度1130-1180℃，保温50-80min；随后在800-1000℃回氧，氧气含量10-50ppm，保温2-6h，降至室温，得瓷体。

8.根据权利要求6所述的一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器的制作方法，其特征在于：步骤二中，流延浆料制备具体包括：将添加的掺杂剂按照比例混合，按重量比加入掺杂剂总重：乙醇：甲苯：分散剂＝1：(10-20)：(10-20)：(0.2-0.5)，球磨3-6h，使掺杂剂完全分散；再按重量比加入前驱体、乙醇、甲苯、分散剂，其中按重量比，前驱体：乙醇：甲苯：分散剂＝100：(5-10)：(5-10)：(0.5-2)，球磨2-8h，将粉体分散均匀；再按重量比加入聚二甲苯二异氰酸酯、聚乙烯醇缩丁醛酯，其中按重量比，前驱体：聚二甲苯二异氰酸酯：聚乙烯醇缩丁醛酯＝100：(2-8)：(5-15)，球磨3-10h，过滤、消泡，获得流延浆料。

9.根据权利要求6所述的一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器的制作方法，其特征在于：步骤三中，内电极为镍电极。

10.根据权利要求6所述的一种基于前驱体预烧法制备的高容多层bme瓷介电容器的制作方法，其特征在于：步骤三中，介质层薄带厚度≤8um。

技术总结
一种基于前驱体预烧法制备的高容多层BME瓷介电容器及制作方法，高容多层BME瓷介电容器，由介电层相互叠加烧制而成，介电层包括介质层和印刷在介质层上的内电极，介质层是基于100重量份的前驱体混合掺杂剂制成；掺杂剂包括以下原料；氧化镁、碳酸锰、五氧化二钒、稀土氧化、二氧化硅、硝酸钙、氧化锆；前驱体由钛酸钡混合稀土氧化物，在1000‑1200℃的温度下焙烧0.5‑3h而成；本发明采用前驱体预烧法，先把稀土氧化物和钛酸钡分散均匀后在1000‑1200℃焙烧0.5‑3h成为前驱体，以此增加钛酸钡中稀土元素的掺杂量，使制备的MLCC具有了极高的介电常数和平稳的介温特性曲线，以及低损耗、高绝缘电阻的优良综合性能、在电路中将具有更小的漏电流，更高的可靠性。

技术研发人员：罗培福,洪志超,周永昌,陈本夏,宋运雄,陈永虹,林志盛
受保护的技术使用者：福建火炬电子科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15