專利名稱：(Na<sub>1/2</sub>Bi<sub>1/2</sub>)TiO<sub>3</sub>/BaTiO<sub>3</sub>陶瓷介質(zhì)材料及其電容器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種(Nai/2Bi1/2)Ti03/BaTi03陶瓷介質(zhì)材料及其電容器的制備方法，屬 于陶瓷電介質(zhì)材料及電容器的技術(shù)。
背景技術(shù)：
電容器是電子設(shè)備中必不可少的電子器件。常用的電容器按介質(zhì)區(qū)分有紙介電 容、云母電容、陶瓷電容、電解電容等。其中陶瓷介質(zhì)電容器具有體積小，耐熱性好，絕緣電 阻高，價(jià)格低廉等特點(diǎn)。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，陶瓷介質(zhì)電容器已經(jīng)在電子設(shè)備中大量應(yīng) 用。傳統(tǒng)陶瓷介質(zhì)材料，尤其是中高壓陶瓷電容器中含有危害著環(huán)境和人體健康的鉛元素彭家根，王峰平等.高壓電容器用鐵電陶瓷[J].電子元件與材料，2006，25 (12) :16-19。 近年來(lái)，世界各國(guó)的科學(xué)家都在研制性能優(yōu)越的無(wú)鉛陶瓷介質(zhì)材料以取代傳統(tǒng)的含鉛陶瓷 介質(zhì)材料，但性能較差，依然不能達(dá)到含鉛陶瓷介質(zhì)材料的介電性能，如現(xiàn)有的SrTiO3基陶 瓷介質(zhì)材料的介電損耗(tanS)小，但是介電常數(shù)(ε》也較小[1]肖軍，張啟龍等.新 型BST基高壓電容器陶瓷[J].電子元件與材料，2006,25(11) :ρ47_49 ； [2] Wei Chen, Xi Yao and Xiaoyong Wei. Tunability and ferroelectric relaxorproperties of bismuth strontium titanate ceramics[J]. APPLIED PHYSICSLETTERS 2007，(9)0182902；BaTi03 基陶瓷介質(zhì)材料介電常數(shù)(、)大，但是介電損耗(tan δ)和介電常數(shù)的溫度變化率 (Δ ε/Ο較大張吉林，毛祖佑等.交流高壓介質(zhì)瓷料[J].電子元件與材料，2002，21 (6) pl-3。面對(duì)著較大的電子產(chǎn)品市場(chǎng)，無(wú)鉛陶瓷介質(zhì)材料的研究和開(kāi)發(fā)無(wú)疑具有較大的社會(huì) 和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種(Nav2Biv2)TiCVBaTiO3陶瓷介質(zhì)材料及其電容器的制 備方法。該陶瓷介質(zhì)材料為無(wú)鉛陶瓷介質(zhì)材料，它的介電常數(shù)高，介電損耗(tan δ) 低，介電常數(shù)變化率(△ ε/Ο小。以該陶瓷介質(zhì)材料制備電容器，過(guò)程簡(jiǎn)單，制得的電容 器性能好。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，一種(Nai/2Bi1/2)Ti03/BaTi03陶瓷介質(zhì)材料，其特征在于，該陶瓷介質(zhì)材料由下列組分及其摩爾百分?jǐn)?shù)組成，且各組分的摩爾百分?jǐn)?shù) 之和為100% (Nal72Bil72)TiO3 11. 41 11. 44%，BaCO3 29. 71 29. 79 %，SrCO3 13. 56 13. 60 %，Bi2O3 0. 1990 0. 1995%，SnO2 0. 4423 0. 4435%，TiO2 :43· 77 43. 89%，
Y2O3 :0· 0558 0· 333%，ZnO :0· 2971 0· 2979%，MnO2 :0· 2781 0· 2789%。 以上述陶瓷介質(zhì)材料制備電容器的方法，其特征在于包括以下過(guò)程1.將Bi2O3與Na2COJP TiO2按照摩爾比為1 1 4進(jìn)行配料，按該配料瑪瑙 球去離子水的質(zhì)量比為1 1 1.5混合并置于尼龍球磨罐中濕法球磨4 36h，然后 磨料在溫度110 120°C烘干，烘干料在坩堝中，以250°C /h 400°C /h的升溫速率升溫至 820°C 870°C保溫 1 4h 合成(Na1/2Bi1/2) TiO3 ；2.按照陶瓷介質(zhì)材料配方摩爾百分量稱量BaC03、SrCO3> Bi203、SnO2, TiO2和步驟 1合成的(Nal72Biv2)TiO3進(jìn)行配料，按該配料瑪瑙球去離子水的質(zhì)量比為1 1 1.5 混合并置于尼龍球磨罐中濕法球磨2 36h，然后磨料在溫度110°C 120°C下烘干，烘干料 在坩堝中，以300°C /h 400°C /h的升溫速率升溫至1030°C 1100°C下保溫1 4h進(jìn)行 預(yù)合成得到預(yù)合成料；3.按照陶瓷介質(zhì)材料配方摩爾百分量稱量Υ203、Ζη0、Μη02和步驟2合成的預(yù)合成 料進(jìn)行配料，按該配料瑪瑙球去離子水的質(zhì)量比為1 1 2混合并置于尼龍球磨罐 中濕法球磨4 24h，然后在溫度110 120°C烘干得干磨料；4.取步驟3制得的干磨料，按干磨料質(zhì)量的5 8%計(jì)，向干磨料中加質(zhì)量濃度為 5%的聚乙烯醇水溶液粘合劑，混合均勻后進(jìn)行造粒，造粒料通過(guò)40目篩分，得顆粒料在成 型機(jī)上以150 300MPa壓制成片型，將成型片放在有二氧化鋯粉為墊料的氧化鋁墊板上， 兩成型片之間用二氧化鋯粉隔開(kāi)，然后放入高溫電爐中，控制升溫速度在350 450°C /h, 升溫至1250°C 1350°C下燒結(jié)1 4h，其中在150°C、250°C和350°C時(shí)各保溫10 30min， 燒結(jié)后的試樣隨爐冷卻到室溫，將燒成瓷片上的二氧化鋯墊料清除后，在瓷片兩平面上均 勻涂敷銀電極漿料，在830 870°C下燒滲8 20min制備銀電極，得到無(wú)鉛陶瓷電容器。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于，所提供的BaTiO3陶瓷材料具有較高介電常數(shù)、低介質(zhì)損 耗、介電常數(shù)的溫度變化率較低的特點(diǎn)。以該無(wú)鉛陶瓷材料制備的電容器，介電常數(shù)(、) 為2330 2960，介電損耗(tan δ )為1.02% 1. 40%，_25°C 85°C溫度區(qū)間介電常數(shù) 的溫度變化率(Δ ε/ε)為-5.23% _9.66%。
具體實(shí)施例方式按照(Na1Z2Biv2)TiO3的化學(xué)計(jì)量比稱量所需要的Na2C03、Bi203和TiO2料，以配料 瑪瑙球去離子水=1 1 1.5的質(zhì)量比將配料置于尼龍球磨罐中濕法球磨4h，將球磨 料在溫度110°C條件下烘干，然后將烘干料放入氧化鋁陶瓷坩堝中，在電爐中以300°C /h 的升溫速率在850°C保溫2h合成Nav2Biv2TiO3。按照摩爾百分量配方29. 72mol % BaCO3, 13. 57mol% SrCO3,0. 1991mol % Bi2O3,0. 4425mol% SnO2,43. 80mol% TiO2 和 11. 42mol% 的 Nav2Biiy2TiO3進(jìn)行稱量配料，然后以該配料瑪瑙球去離子水=1 1 1. 5的質(zhì)量比 將配料置于尼龍球磨罐中濕法球磨4h。球磨料在110°C條件下烘干。再將烘干料放入氧化 鋁陶瓷坩堝中，在電爐中以300°C /h的升溫速率，升溫至1080°C保溫2h進(jìn)行預(yù)合成。將上 述預(yù)合成料中按照摩爾百分量配方配入0. 2783mol% Y2O3，0. 2972mol% ZnO,0. 2782mol% MnO2進(jìn)行稱量配料，以配料瑪瑙球去離子水=1 1 2的質(zhì)量比將配料置于尼龍球磨罐中濕法球磨6h， 球磨料在110°C條件下烘干。以質(zhì)量百分比為5 8%、濃度為5%的聚 乙烯醇水溶液為粘合劑加入到該烘干配料中混合均勻，進(jìn)行造粒，造粒料通過(guò)40目篩。在 成型機(jī)上以壓力170MPa將造粒料壓制成型0 15mmX2mm的成型坯片。成型后的試樣放在 有二氧化鋯粉為墊料的氧化鋁墊板上，成型片與片間用二氧化鋯粉隔開(kāi)，然后放入高溫電 爐中，控制升溫速度300°C /h，在溫度1320°C時(shí)保溫2h燒成，其中在溫度150°C、溫度250°C 和溫度350°C時(shí)各保溫20min，然后試樣隨爐冷卻到室溫。將燒成瓷片上的二氧化鋯墊料清 除后，在瓷片兩平面上均勻涂敷銀電極漿料，在溫度850°C條件下燒滲15min制備銀電極， 制成本發(fā)明的無(wú)鉛陶瓷電容器。制成的無(wú)鉛陶瓷介質(zhì)材料的性能為介電常數(shù)(ε r) =2960, 介電損耗(tan δ) :1.05%，-25°C 85°C溫度區(qū)間內(nèi)介電常數(shù)變化率(Δ ε/ε) :_9· 19%。
權(quán)利要求
一種(Na1/2Bi1/2)TiO3/BaTiO3陶瓷介質(zhì)材料，其特征在于，該陶瓷介質(zhì)材料由下列組分及其摩爾百分?jǐn)?shù)組成，且各組分的摩爾百分?jǐn)?shù)之和為100％Na1/2Bi1/2TiO311.41～11.44％，BaCO329.71～29.79％，SrCO313.56～13.60％，Bi2O30.1990～0.1995％，SnO20.4423～0.4435％，TiO243.77～43.89％，Y2O30.0558～0.333％，ZnO0.2971～0.2979％，MnO20.2781～0.2789％。
2.一種以權(quán)利要求1所述的(Nai/2Bi1/2)Ti03/BaTi03陶瓷介質(zhì)材料制備電容器的方法， 其特征在于包括以下過(guò)程1)將Bi2O3與Na2CO3和TiO2按照摩爾比為1 1 4進(jìn)行配料，按該配料瑪瑙球去 離子水的質(zhì)量比為1 1 1.5混合并置于尼龍球磨罐中濕法球磨4 36h，然后磨料在溫 度110 120°C烘干，烘干料在坩堝中，以250°C /h 400°C /h的升溫速率升溫至820°C 870°C保溫 1 4h 合成(Nal72Bil72)TiO3 ；2)按陶瓷介質(zhì)材料配方摩爾百分量稱量徹0)3、5比03、81203、51102、1102和步驟1)合成 的(Na1/2Bi1/2)Ti03進(jìn)行配料，按該配料瑪瑙球去離子水的質(zhì)量比為1 1 1.5混合 并置于尼龍球磨罐中濕法球磨2 36h，然后磨料在溫度110°C 120°C下烘干，烘干料在坩 堝中，以300°C /h 400°C /h的升溫速率升溫至1030°C 1100°C下保溫1 4h進(jìn)行預(yù)合 成得到預(yù)合成料；3)按陶瓷介質(zhì)材料配方摩爾百分量稱量Y203、ZnO,MnO2和步驟2)合成的預(yù)合成料進(jìn) 行配料，按該配料瑪瑙球去離子水的質(zhì)量比為1 1 2混合并置于尼龍球磨罐中濕 法球磨4 24h，然后在溫度110 120°C烘干得干磨料；4)取步驟3)制得的干磨料，按干磨料質(zhì)量的5 8%計(jì)，向干磨料中加質(zhì)量濃度為5% 的聚乙烯醇水溶液粘合劑，混合均勻后進(jìn)行造粒，造粒料通過(guò)40目篩分，得顆粒料在成型 機(jī)上以壓力150 300MPa壓制成片型，將成型片放在有二氧化鋯粉為墊料的氧化鋁墊板 上，兩成型片之間用二氧化鋯粉隔開(kāi)，然后放入高溫電爐中，控制升溫速度在350 450°C / h，升溫至1250°C 1350°C下燒結(jié)1 4h，其中在溫度150°C、溫度250°C和溫度350°C時(shí)各 保溫10 30min，燒結(jié)后的試樣隨爐冷卻到室溫，將燒成瓷片上的二氧化鋯墊料清除后，在 瓷片兩平面上均勻涂敷銀電極漿料，在溫度830 870°C下燒滲8 20min制備銀電極，得 到無(wú)鉛陶瓷電容器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種(Na1/2Bi1/2)TiO3/BaTiO3陶瓷介質(zhì)材料及其電容器的制備方法。該陶瓷材料，由BaCO3、SrCO3、Bi2O3、SnO2、TiO2、(Na1/2Bi1/2)TiO3、Y2O3、ZnO和MnO2組成，各組分的摩爾百分?jǐn)?shù)之和為100％；以該材料制備電容器過(guò)程合成(Na1/2Bi1/2)TiO3；由BaCO3、SrCO3、Bi2O3、SnO2、TiO2和(Na1/2Bi1/2)TiO3制預(yù)合成料；由3Y2O3、ZnO、MnO2和預(yù)合成料制干磨料；干磨料加聚乙烯醇溶液后，經(jīng)造粒、篩分、壓制、燒結(jié)和制備銀電極得電容器。本發(fā)明的陶瓷介質(zhì)材料具有較高介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗、介電常數(shù)的溫度變化率較低的特點(diǎn)。制的電容器性能參數(shù)佳。
文檔編號(hào)C04B35/622GK101798214SQ20101011632
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者徐世國(guó), 曲遠(yuǎn)方 申請(qǐng)人:天津大學(xué)