专利名称：一种新型管式陶瓷电容器的制备方法
技术领域：
本发明属于陶瓷电容器技术领域，它特别涉及管式陶瓷电容器制备技术。
背景技术：
众所周知，陶瓷电容器是使用面宽，用量大的基础电子元件。据统计，陶瓷电容器用量占各类电容器用量的80％以上。陶瓷电容器在电子线路中主要完成耦合，隔直，旁路，滤波，储能等功能，还可以与其他电子元件组合构成振荡电路，执行信号发射，接收，处理等任务。随着电子设备应用领域的迅速拓展，各种由于自然或人为因素造成的电磁干扰问题日显突出。目前抑制电磁干扰的主要方式包括屏蔽、接地、滤波，其中滤波技术是抑制电磁干扰最经济最有效的手段。因此，抗电磁干扰滤波器在许多新型电子设备的信号输入输出端应用已成为普遍趋势。滤波器种类、型号很多，但是结构最简单，用量最大的是由管式陶瓷电容和电感插针构成的滤波器。目前国内外生产销售的滤波器用管式陶瓷电容器在结构上均采用常规I类或II类介质陶瓷制作而成，电容器的电容量约在10---4700pF右。在实际应用中，为了取得对较低频率干扰信号的有效抑制，需要大幅度提高管式电容器的电容量，常规介质陶瓷材料由于介电常数低(约在几十到数千)，因而难以在不增大器件几何尺寸的条件下满足电容量大幅度提高的性能指标。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型管式陶瓷电容器的制备方法，与现有的管式陶瓷电容器相比，它具有在不增大器件几何尺寸的条件下满足电容量大幅度提高的性能指标的特点。本发明的一种新型管式陶瓷电容器的制备方法，包括制备表面层管式陶瓷电容器的方法和制备晶界层管式陶瓷电容器的方法，其具体制作过程如下对于表面层管式陶瓷电容器第一步(瓷料制备步骤)配制掺有0.1-5wt％杂质的BaTiO3基瓷料；所述的杂质可以是由Nd2O3、CeO2、Pr6O11、Nb2O5、Bi2/3ZrO3、MnO2中一种以上组成；所述的BaTiO3基型瓷料可以是BaTiO3基Y5V型瓷料，也可以是BaTiO3基Y5U型瓷料，还可以是BaTiO3基Y5P型瓷料；第二步(挤管、排胶步骤)采用传统的陶瓷挤管工艺挤制出瓷管，在600-800℃温度环境下排胶，如图1(a)所示；第三步(高温烧结步骤)将第二步得到的瓷管，在空气中在1300-1380℃环境下保温2-3小时高温烧结，以获得本征介电性能良好的瓷体(介质的电阻率大于1010Ω·cm)，如图1(b)所示；第四步(还原气氛热处理步骤)将空气中高温烧结后的瓷管在液氨分解的N2∶H2＝1∶3的还原气氛和在950-1100℃温度环境下进行还原热处理，使高度绝缘的介质变成半导体，电阻率小于10Ω·cm，如图1(c)所示；第五步(空气中热处理步骤)将第四步得到的半导化的陶瓷，在空气中经950-1050℃热处理，让空气的氧由表面向体内扩散，使介质表面均匀绝缘形成氧化层介质，如图1(d)所示；第六步(电极制作步骤)将第五步得到的半导化的陶瓷在600-900℃温度下烧渗银电极后，就可以得到本发明的表面层管式陶瓷电容器，如图1(e)所示。
对于晶界层管式陶瓷电容器第一步(瓷料制备步骤)配制掺有杂质的SrTiO3瓷料，所述杂质是由0.2wt％Ta2O5，0.4wt％SiO2及0.1wt％Al2O3组成；第二步(挤管、排胶步骤)将第一步得到的瓷料，采用传统的陶瓷挤管工艺挤制出瓷管，在600-800℃温度环境下排胶，如图2(a)所示；第三步(高温还原气氛烧结步骤)将第二步得到的瓷管，在液氨分解的N2∶H2＝1∶3的还原气氛和1400-1500℃温度环境下进行还原烧结，使SrTiO3陶瓷半导化，电阻率小于10Ω·cm，如图2(b)所示；第四步(晶界绝缘热处理步骤)在第三步得到的半导化的陶瓷表面均匀涂覆由PbO、Bi2O3、B2O3、Cu2O等组成的晶界绝缘剂后，在1100-1250℃温度环境下进行热处理，使半导化的SrTiO3晶界绝缘，而晶粒还是半导化的，如图2(C)所示；第五步(电极制作步骤)将第五步得到的半导化的陶瓷在600-800℃温度环境下烧渗银电极后，就可以得到本发明的晶界层管式陶瓷电容器，如图2(d)所示。
本发明的实质是采用本发明的方法制备出具有高比容特性的半导体陶瓷管式电容器。
半导体陶瓷有两种一种是瓷体内部半导化、瓷体表面绝缘化的表面层半导体陶瓷；另一种是晶粒半导化的、晶界绝缘化的晶界层半导体陶瓷。采用本发明的方法制备出的管式陶瓷电容器具有独特的显微结构瓷体内晶粒是半导化、晶界是绝缘化或瓷体表面是绝缘化、内部是半导化。因为半导体陶瓷的有效介电常数通常可达数万乃至十几万，因此，用半导体陶瓷制作的管式电容器较之用常规I类或II类介质陶瓷制作的相同尺寸管式电容器，其电容量至少大一个数量级；所以采用本发明的方法制备出的管式陶瓷电容器具有在不增大器件几何尺寸的条件下满足电容量大幅度提高的性能指标的特点。可以用它替代采用已有技术制备的传统的I类或II类介质(瓷体内晶粒、晶界，瓷体表面、内部均是绝缘的)滤波器用管式陶瓷电容器。
图1是本发明的表面层管式陶瓷电容器制备流程示意1(a)是瓷料混炼后挤制成瓷管的结构示意图，其中，1是瓷管，2是空气；图1(b)是瓷管在空气中进行烧结形成介质后的结构示意图，其中，2是空气，3是介质；图1(c)是瓷管在还原气氛中还原成半导体的结构示意图，其中，2是空气，4是半导体；图1(d)是半导化的瓷管表面氧化成氧化层介质的结构示意图，其中，2是空气，4是半导体，5是氧化层介质；图1(e)是本发明的表面层管式陶瓷电容器的结构示意图，其中，2是空气，4是半导体，5是氧化层介质，6是上电极，7是下电极。
图2是本发明的晶界层管式陶瓷电容器制备流程示意2(a)是瓷料混炼后挤制成瓷管的结构示意图，其中，1是瓷管，2是空气；图2(b)是瓷管在还原气氛中烧结成半导体的结构示意图，其中，2是空气，3是半导化晶粒，4是半导化晶界；图2(c)是形成的绝缘晶界的结构示意图，其中，2是空气，3是半导化晶粒，5是绝缘的晶界；图2(d)是本发明的晶界层管式陶瓷电容器的结构示意图，其中，2是空气，3是半导化晶粒，5是绝缘的晶界，6是上电极，7是下电极。
具体实施例方式例1表面层管式陶瓷电容器在添加0.5wt％Nd2O3，0.4wt％Bi2/3ZrO3及0.1wt％MnO2的高介高稳定BaTiO3半导体陶瓷瓷料，经挤制工艺获得外径φ外＝2.4mm，内径φ内＝1.8mm，长度L＝4mm的瓷管，该瓷管经过1320℃空气中烧结后，再在1000℃-1100℃的还原气氛热处理1-2小时后，可获得电阻率小于2Ω·cm的半导化瓷管.半导化瓷管再在空气中经900℃-1000℃适当氧化，可获得性能为电容量C＞10000pF，介电损耗tgδ＜3.0％，绝缘电阻R＞1000MΩ，电容量温度变化率ΔC/C(-25-+85℃)≤±15％，击压电压Vb≥800v的表面层管式陶瓷电容器.
例2晶界层管式陶瓷电容器在添加0.2wt％Ta2O5，0.4wt％SiO2及0.1wt％Al2O3的SrTiO3瓷料，经挤制工艺获得外径φ外＝2.4mm，内径φ内＝1.8mm，长度L＝4mm的瓷管，该瓷管经过1450℃还原烧结后电阻率约为0.5Ωcm，半导化的瓷管表面均匀涂覆组成为50wt％PbO+40wt％Bi2O3+5wt％Cu2O+15wt％B2O3的混合涂料后再在空气中1200℃热处理1-2小时后，可获得性能为电容量C＞10000pF，介电损耗tgδ＜1.0％，绝缘电阻R＞1000MΩ，电容量温度变化量ΔC/C(-25～+85℃)≤±10％，击穿电压Vb≥300v的晶界层管式陶瓷电容器。
权利要求
1.一种新型管式陶瓷电容器的制备方法，包括制备表面层管式陶瓷电容器的方法和制备晶界层管式陶瓷电容器的方法，其具体制作过程如下对于表面层管式陶瓷电容器第一步(瓷料制备步骤)配制掺有0.1-5wt％杂质的BaTiO3基瓷料；所述的杂质可以是由Nd2O3、CeO2、Pr6O11、Nb2O5、Bi2/3ZrO3、MnO2中一种以上组成；所述的BaTiO3基型瓷料可以是BaTiO3基Y5V型瓷料，也可以是BaTiO3基Y5U型瓷料，还可以是BaTiO3基Y5P型瓷料；第二步(挤管、排胶步骤)采用传统的陶瓷挤管工艺挤制出瓷管，在600-800℃温度环境下排胶；第三步(高温烧结步骤)将第二步得到的瓷管，在空气中在1300-1380℃温度环境下保温2-3小时高温烧结，以获得本征介电性能良好的瓷体(介质的电阻率大于1010Ω·cm)；第四步(还原气氛热处理步骤)将空气中高温烧结后的瓷管在液氨分解的N2∶H2＝1∶3的还原气氛和950-1100℃温度环境下进行还原热处理，使高度绝缘的介质变成半导体，电阻率小于10Ω·cm；第五步(空气中热处理步骤)将第四步得到的半导化的陶瓷，在空气中经950-1050℃热处理，让空气的氧由表面向体内扩散，使介质表面均匀绝缘形成氧化层介质；第六步(电极制作步骤)将第五步得到的陶瓷瓷管在600-900℃温度下烧渗银电极后，就可以得到本发明的表面层管式陶瓷电容器；对于晶界层管式陶瓷电容器第一步(瓷料制备步骤)配制掺有杂质的SrTiO3瓷料，所述杂质是由0.2wt％Ta2O5，0.4wt％SiO2及0.1wt％Al2O3组成；第二步(挤管、排胶步骤)将第一步得到的瓷料，采用传统的陶瓷挤管工艺挤制出瓷管，在600-800℃温度环境下排胶；第三步(高温还原气氛烧结步骤)将第二步得到的瓷管，在液氨分解的N2∶H2＝1∶3的还原气氛和1400-1500℃温度环境下进行还原烧结，使SrTiO3陶瓷半导化，电阻率小于10Ω·cm；第四步(晶界绝缘热处理步骤)在第三步得到的半导化的陶瓷表面均匀涂覆由PbO、Bi2O3、B2O3、Cu2O组成的晶界绝缘剂后，在1100-1250℃温度环境下进行热处理，使半导化的SrTiO3晶界绝缘，而晶粒还是半导化的；第五步(电极制作步骤)将第五步得到的陶瓷瓷管在600-800℃温度环境下烧渗银电极后，就可以得到本发明的晶界层管式陶瓷电容器。
全文摘要
本发明提供了一种新型管式陶瓷电容器的制备方法，包括制备表面层管式陶瓷电容器和制备晶界层管式陶瓷电容器的方法，它是通过制备出有效介电常数很大的半导体陶瓷材料取代I类或II类介质陶瓷材料来制备滤波器用大容量的管式电容器。半导体陶瓷的有效介电常数通常可达数万乃至十几万，因此，采用本发明制备的新型管式陶瓷电容器较之用常规I类或II类介质陶瓷制作的相同尺寸管式电容器，其电容量至少大一个数量级。
文档编号H01G13/00GK1629990SQ20031010401
公开日2005年6月22日 申请日期2003年12月15日 优先权日2003年12月15日
发明者钟朝位, 张树人 申请人:电子科技大学