高介电常数ag特性介电陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，特别是指一种高介电常数AG特性介电陶瓷 材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代电子通信技术和航天军工技术的飞速发展与日益普及，对电子元器件的 要求越来越高。多层瓷介固定电容器（以下简称MLCC)作为一种应用极其广泛的电子元器 件，不断向微型化、集成化、高容量、高频化、高可靠性等特性方面发展。
[0003] 为实现MLCC微型化、集成化、高容量、高频化、高可靠性等特性的开发应用，国内 外现研究较多的是BaO-Nd2O3-TiO2体系（以下简称BNT)的介电陶瓷，其介电常数在65-80 之间，为进一步提高BNT体系的介电常数，通常引入改性剂对其进行改性。如公开号为CN 1101359C的发明专利公开的一种微波介质陶瓷，其是以BaO、Nd203、Sm20 3、Bi203、TiO2组合 而成的结构为Ba6 ^(Nd1 y zSmyBiz)s+2xTils05d^固溶体，各组分的含量分别是：设BaO的含量 为m，Nd2O3的含量为n (1-y-z)，Sm 203的含量为ny，Bi 203的含量为nz，TiO 2的含量为p ;其中 14. 0 摩尔 ％ < m < 17. 6 摩尔 ％，16. 0 摩尔 ％ < η < 18. 0 摩尔 ％，66 摩尔 ％ < p < 68 摩 尔 ％，m+n+p = 100 摩尔 ％ ;0· 4 彡 X 彡 0· 75, 0· 05 彡 y 彡 0· 7, 0· 05 彡 ζ 彡 0· 2。其通过引 入Bi2O3制得的微波介电陶瓷虽然可使介电常数高达87-106,具有低损耗和较低谐振频率 温度系数，但是其烧结温度高达1300_1360°C，制成MLCC时需使用纯Pd内电极，而不能与内 电极Pd30/Ag70匹配，制作成本高，并且不具有AG特性（90±20ppm/K)。又如Wakino ·Κ等 人在BNT体系中引入PbO组成四元系统进行研究，指出随着PbO含量的升高，介电常数逐步 上升，采用该四元系统得到的微波介电陶瓷介电常数可达88,谐振频率温度系数可趋于0， 但是，由于体系中引入一定量的铅，这不仅使在电容器制备、使用、报废过程中对人体健康 和环境有极大危害，而且对电容器的性能稳定性有一定的不良影响。
[0004] 综上所述，制备一种中温（ll〇〇°C -1200°c )烧结、不含Pb等有害组分、介电常数 高达90以上，具有AG特性（90±20ppm/K)，超低介电损耗，高温度稳定性的介电陶瓷材料 具有重要的实际应用价值、科技价值、环保价值，发展前景十分广阔。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种高介电常数AG特性介电陶瓷材料 及其制备方法。具体的说，本发明所要实现的技术问题是提供一种中温（ll〇〇°C-120(TC) 烧结、不含Pb等有害组分、介电常数高达90以上，具有AG特性（90±20ppm/K)，超低介电 损耗，高温度稳定性的环保型钡钕钛铋介电陶瓷材料。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种高介电常数AG特性介电陶瓷材料，其特征在 于，其原料组分及重量百分比含量为：
[0007] wBaO · XNd2O3 · yTi02 · ZBi2O3化合物 88-96 份、Li 1/2Re1/203 2-6 份、BaB2O4 1-3 份、 ZnO 1-3 份；
[0008] 其中 10 彡 w 彡 20、10 彡 x 彡 20、60 彡 y 彡 75、2 彡 z 彡 8 且 w+x+y+z = 100 ;
[0009] Re为稀土元素 Nd、Sm中的一种或两种。
[0010] 优化的，其原料组分及重量百分比含量为：wBaO · XNd2O3 · yTi02 · ZBi2O3化合物 94. 83 份、Li1/2Re1/203 2. 17 份、BaB2O4L 50 份、ZnO 1. 50 份，其中 w = 13. 67、X = 14. 30、y =66. 18、z = 5. 85〇
[0011] 优化的，其原料组分及重量百分比含量为：wBaO · XNd2O3 · yTi02 · ZBi2O3化合物 90. 77 份、Li1/2Re1/203 5. 92 份、BaB2042. 21 份、ZnO I. 10 份，其中 w = 14. 79、X = 13. 63、y =66. 32、z = 5. 26。
[0012] 优化的，其原料组分及重量百分比含量为：wBaO · XNd2O3 · yTi02 · zBi2(Vft合物 89. 00 份、Li1/2Re1/203 6· 00 份、BaB2043. 00、ZnO 2· 00 份，其中 w = 15. 03、x = 13. 09、y = 65. 13> z = 6. 75〇
[0013] -种高介电常数AG特性介电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，使用权利要求1 至4中任意一项所述的高介电常数AG特性介电陶瓷材料，包括以下步骤：
[0014] 步骤 1，按分子式 wBaO · XNd2O3 · yTi02 · ZBi2O3,以 BaC03、Nd203、Ti02、Bi 2O3为原料 进行配料，通过水为分散介质进行球磨、烘干、粉碎、过30-50目标准筛网，在1050-1250°C 煅烧 2-8h 合成 wBaO · XNd2O3 · yTi02 · ZBi2O3化合物（以下简称 BNTB);
[0015] 步骤2,以Li2C03、Nd2O 3或者Sm 203、1102为原料进行配料，通过无水酒精为分散介 质进行球磨、烘干、破碎、过30-50目标准筛网，在950-1200°C煅烧2-6h合成Li1/2Re1/20 3;
[0016] 步骤3,以H3B03、Ba(0H)2 ·6Η20为原料进行配料，通过无水酒精为分散介质进行球 磨、干燥、破碎、过30-50目标准筛网，在500-700°C煅烧2-6h合成BaB2O4;
[0017] 步骤4,根据原料组分，以步骤1合成的wBaO ^xNd2O3 ^yTiO2 WBi2O3为主基料，添 加步骤2合成的Lil72Rel72O3、步骤3合成的BaB2O zpZnO进行配料，以水为分散介质，球磨、烘 干、粉碎并造粒；
[0018] 步骤5,将造粒后的粉料压制成圆片生坯，然后在空气气氛中升温至1100~ 1200°C，保温烧结2-4h，即制得高介电常数AG特性介电陶瓷材料。
[0019] 进一步的，在制得的高介电常数AG特性介电陶瓷材料两侧烧制银电极，制成圆片 电容器，测试并计算圆片电容器的介电常数ε，介电损耗@，电容温度系数，绝缘电阻率Pv 及击穿电压BOT。
[0020] 进一步的，步骤4中采用2_5mm的氧化错球作磨介，研磨6_15h，其中径粒度在 0. 60-1. 20um ;烘干后过80目筛，加入3~7%石蜡做粘结剂共同烘焙造粒，再次过80目筛。
[0021] 进一步的，步骤5中造粒后的粉料在5~IOMPa下压制成圆片生坯，然后在空气气 氛中用4-7h升温至1100~1200°C，保温烧结2~4h，即制得高介电常数AG特性介电陶瓷 材料，其介电常数高达90以上。
[0022] 由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0023] 第一，本发明的介电陶瓷材料是中温（1100°C -1200°C )烧结的钡钕钛铋介电陶瓷 材料，制成MLCC的烧结温度能与内电极Ag30/Pd70匹配，从而大大降低MLCC的制造成本， 且不含Pb等有害组分，对环境无污染；
[0024] 第二，本发明的介电陶瓷材料介电常数高达90以上，具有AG特性（90±20ppm/k) 的电容温度系数，具有高温度稳定性；
[0025] 第三，本发明的介电陶瓷材料具有高耐压强度，直流耐电压达12kv/mm以上，具有 超低介电损耗以及高电阻率，使用过程稳定性好，安全性高；
[0026] 第四，本发明的介电陶瓷材料采用传统固相法工艺即可制备，工艺要求不高；
[0027] 总之，本发明所制得的介电陶瓷材料能够中温烧结、不含pb等有害组分、介电常 数高达90以上，具有AG特性（90±20ppm/K)，超低介电损耗，高温度稳定性。在实现MLCC 微型化、集成化、高容量、高频化、高可靠性等特性方面发展过程中具有重要的实际应用价 值、科技价值、环保价值，发展前景十分广阔。
【具体实施方式】
[0028] 以下通过【具体实施方式】对本发明作进一步的描述。
[0029] 本发明的一种高介电常数AG特性介电陶瓷材料，由以下重量份的原料组分制备 而成：
[0030] wBaO · XNd2O3 · yTi02 · ZBi2O3化合物 88-96 份、Li 1/2Re1/2032_6 份、BaB204l_3 份、 ZnO 1-3 份；
[0031] 其中 10 彡 w 彡 20, 10 彡 X 彡 20, 60 彡 y 彡 75, 2 彡 z 彡 8 且 w+x+y+z = 100 ;
[0032] Re为稀土元素 Nd、Sm中的一种或两种。
[0033] -种高介电常数AG特性介电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0034] (1)按分子式 wBaO · XNd2O3 · yTi02 · ZBi2O3,分别称取 BaC03、Nd203、Ti02、Bi 2O3为 原料进行配料，通过水为分散介质进行球磨、烘干、粉碎、过40目标准筛网，在1050-1250°C 煅烧2-8