專利名稱：一種高介電性能x8r型陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高介電性能X8R型陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法。
背景技術：
隨著多層陶瓷電容器(MLCC)的快速發(fā)展，為了滿足小型化、大容量、在高溫環(huán)境中應用等要求，陶瓷介質(zhì)材料不僅要具備高的介電性能，而且要求其溫度變化率在較寬溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)平緩變化特性。目前，X8R型陶瓷介電材料因為在較寬的溫度范圍內(nèi)具有較好的溫度穩(wěn)定性，被廣泛應用于石油勘探、汽車引擎、抗沖擊系統(tǒng)等領域。X8R的EIA (Electronic International Association)標準如下:8和X分別代表上下工作溫限+ 150°C和一 55°C，R代表電容的溫度變化率不超過±15 %，室溫介電損耗〈2.5%。為了降低MLCCs的制造成本，研究可匹配30/70甚至更低鈀含量的鈀/銀合金內(nèi)電極的MLCC具有廣闊的應用前景。目前，在公開的X8R專利中，日本專利(特開平4-292458)介電常數(shù)達到4670，但燒結溫度高達1360°C，而且材料的介電損耗較大；美國專利(US Patent N0.5990029)報道其材料的室溫介電常數(shù)達到2500，燒結溫度較高(1280 1400°C);中國專利I (公開號102503407 A)報道其材料燒結溫度為1220°C時，介電常數(shù)在2000左右；中國專利2 (公開號101033132A)報道其材料的燒結溫度可降低到1100°C，但介電常數(shù)僅僅在2200左右；中國專利3 (公開號102320826A)雖然燒結溫度為較低(1050°C)，但介電常數(shù)(1800)偏低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高介電性能的X8R型陶瓷電容器介質(zhì)材料，該介質(zhì)材料能夠在較低的溫度下燒結，可匹配30/70甚至更低鈀含量的鈀/銀合金內(nèi)電極制成多層陶瓷電容器。 本發(fā)明的另一目的是提供上述X8R型陶瓷電容器介質(zhì)材料的制備方法，
本發(fā)明實現(xiàn)過程如下:
通式(I)表示的陶瓷介質(zhì)材料，
Ba1^BixTiO3 + aNb205 + bCo203+ CNd2O3+ dMn02+ eZr02 (I)
其中，0.010 < X < 0.045, a=0.6 0.9 wt%> b=0.1 0.2 wt%> c=0.3 0.6 wt%>d=0.01 0.03 wt%, e=0.5 2.0 wt%，其余為 Ba1^xBixTiO30制備方法1:采用溶膠-凝膠法制備陶瓷介質(zhì)材料，包括如下步驟:
(1)按化學計量比稱量鈦酸四丁酯，加入冰醋酸和無水乙醇充分攪拌，繼續(xù)加入醋酸鋇溶液及硝酸鉍溶液攪拌得到透明溶膠；
(2)溶膠凝膠化，干燥得干凝膠粉；
(3)干凝膠粉在900 1100°C煅燒得到Ba1^xBixTiO3粉體；
(4 )將計量的五氧化銀、三氧化鈷、三氧化釹、二氧化猛、二氧化錯及BahBixTiO3粉體球磨得到陶瓷介質(zhì)粉體；(5)陶瓷介質(zhì)粉體經(jīng)造粒、成型，在1100 1200 °C燒結制成陶瓷介質(zhì)材料。上述步驟(3)中，干凝膠粉在900 1100 °C煅燒0.5 6小時得到Ba^BixTiO3粉體。上述步驟(5)中，在1100 1200 °C保溫2 6h燒結制成陶瓷介質(zhì)材料。制備方法2:采用固相法制備陶瓷介質(zhì)材料，包括如下步驟:
(I)按化學計量比將碳酸鋇、二氧化鈦和氧化鉍球磨、烘干，于900 1100 1:煅燒得到Ba1^xBixTiO3 粉體；
(2 )將計量的五氧化銀、三氧化鈷、三氧化釹、二氧化猛、二氧化錯及BahBixTiO3粉體混合球磨得到陶瓷介質(zhì)粉體；
(3)陶瓷介質(zhì)粉體經(jīng)造粒、成型，在1100 1200 °C燒結制成陶瓷介質(zhì)材料。上述步驟(3)中，陶瓷介質(zhì)粉體在1100 1200 °C保溫2 6h燒結制成陶瓷介質(zhì)材料。本發(fā)明在具有“芯-殼”結構X7R型陶瓷介質(zhì)材料的研究基礎上，一方面通過鉍取代“芯”部鈦酸鋇中的部分鋇得到鈦酸鉍鋇，目的是將陶瓷的高溫居里溫度移向高溫方向，而且氧化鉍本身熔點較低，可作為助燒劑降低燒結溫度；另一方面，通過二次添加改性劑引入鋯的氧化物取代“殼”部的鈦形成鋯鈦酸鋇，將其陶瓷的室溫居里峰移向低溫方向，而且鋯鈦酸鋇具有較高的介電常數(shù)，可以提高材料的介電常數(shù)。這樣，就可以通過調(diào)控改性劑鉍和鋯的含量來控制陶瓷居里峰和室溫峰兩峰之間的距離，最終在較低燒結溫度下得到高溫度穩(wěn)定性和高性能的X8R型陶瓷電容器介質(zhì)材料。本發(fā)明的有 益效果是:
(O本發(fā)明制備得到的陶瓷介質(zhì)材料性能達到如下指標:陶瓷圓片燒結溫度在IlOO0C -1200°c之間，晶粒尺寸可以控制在0.1-0.5 μ m，室溫介電損耗〈1.0 %。形成具有優(yōu)良的介電性能和顯微結構的X8R型高介電常數(shù)，低介電損耗，高耐壓介質(zhì)材料。(2)本發(fā)明得到的陶瓷材料可匹配30/70甚至更低鈀含量的鈀/銀合金內(nèi)電極制成多層陶瓷電容器，顯著地降低材料的成本。(3)本發(fā)明得到的陶瓷不含鉛，環(huán)境友好。符合EI X8R標準，可以作為陶瓷材料應用于高溫穩(wěn)定型多層陶瓷電容器。


為BaTiO3 和 Ba^BixTiO3 干凝膠(1000°C煅燒)的 XRD 圖。
具體實施例方式下面結合實例對本發(fā)明作進一步詳細描述，但不局限于實例。實施例1
按照組成式為=BahBixTiO3 + aNb205 + bCo203+ CNd2O3+ dMn02+ eZr02其中，a= 0.86 wt%> b=0.18 wt%> c=0.51 wt%> d=0.02wt%, e=l.50 wt%。主晶相Ba1^xBixTiO3中鉍的含量(X)分別為0.025，0.030，0.040和0.045，采用固相法合成鈦酸鉍鋇粉體，粉體的預燒溫度為1000°C，其陶瓷介質(zhì)材料(依次記為#1-1、#1-2、#1-3和#1-4)，具體步驟如下:a)按化學計量比稱取碳酸鋇、二氧化鈦、氧化鉍加水球磨6-48h，100°C烘干；1000°C下煅燒2小時得到鈦酸鉍鋇主成分粉體；
b)按照化學計量比分別稱取5g主晶相粉體和相應的五氧化鈮、三氧化鈷、三氧化釹、二氧化錳、二氧化鋯加水混合、以氧化鋯球為磨介進行球磨、球磨6-48小時。將球磨后的樣品經(jīng)造粒，于4MPa壓力下壓制成8mm的圓片，于1180°C進行燒結并保溫4_8h，制成陶瓷。陶瓷圓片經(jīng)兩面涂覆銀漿后于560 °C保溫20min燒成銀電極。陶瓷(1180°C/4h)樣品1_1到1-4的性能參數(shù)見表I。
權利要求
1.通式(I)表示的陶瓷介質(zhì)材料，Ba1^BixTiO3 + aNb205 + bCo203+ CNd2O3+ dMn02+ eZr02 (I)其中，0.010 < X < 0.045, a=0.6 0.9 wt%> b=0.1 0.2 wt%> c=0.3 0.6 wt%>d=0.01 0.03 wt%, e=0.5 2.0 wt%，其余為 Ba1^xBixTiO30
2.權利要求1所述陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)按化學計量比稱量鈦酸四丁酯，加入冰醋酸和無水乙醇充分攪拌，繼續(xù)加入醋酸鋇溶液及硝酸鉍溶液攪拌得到透明溶膠； (2)溶膠凝膠化，干燥得干凝膠粉； (3)干凝膠粉在900 1100°C煅燒得到Ba1^xBixTiO3粉體； (4 )將計量的五氧化銀、三氧化鈷、三氧化釹、二氧化猛、二氧化錯及BahBixTiO3粉體球磨得到陶瓷介質(zhì)粉體； (5)陶瓷介質(zhì)粉體經(jīng)造粒、成型，在1100 1200 °C燒結制成陶瓷介質(zhì)材料。
3.根據(jù)權利要求2所述的陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，干凝膠粉在900 1100 °C煅燒0.5 6小時得到Ba^xBixTiO3粉體。
4.根據(jù)權利要求2所述的陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于:步驟(5)中，在1100 1200 °C保溫2 6h燒結制成陶瓷介質(zhì)材料。
5.權利要求1所述陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (I)按化學計量比將碳酸鋇、二氧化鈦和氧化鉍球磨、烘干，于900 1100 1:煅燒得到Ba1^xBixTiO3 粉體； (2 )將計量的五氧化銀、三氧化鈷、三氧化釹、二氧化猛、二氧化錯及BahBixTiO3粉體混合球磨得到陶瓷介質(zhì)粉體； (3)陶瓷介質(zhì)粉體經(jīng)造粒、成型，在1100 1200 °C燒結制成陶瓷介質(zhì)材料。
6.根據(jù)權利要求5所述的陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，陶瓷介質(zhì)粉體在1100 1200 °C保溫2 6h燒結制成陶瓷介質(zhì)材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高介電性能X8R型陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法，該陶瓷介質(zhì)材料的化學組成通式滿足Ba1-xBixTiO3+aNb2O5+bCo2O3+cNd2O3+dMnO2+eZrO2，其中，0.010＜x≤0.045，a=0.6～0.9wt%、b=0.1～0.2wt%、c=0.3～0.6wt%、d=0.01～0.03wt%，e=0.5～2.0wt%，其余為Ba1-xBixTiO3。 本發(fā)明制備得到的陶瓷介質(zhì)材料性能達到如下指標陶瓷圓片燒結溫度在1100℃-1200℃之間，晶粒尺寸可以控制在0.1-0.5μm，室溫介電損耗<1.0%。形成具有優(yōu)良的介電性能和顯微結構的X8R型高介電常數(shù)，低介電損耗，高耐壓介質(zhì)材料。
文檔編號C04B35/622GK103204677SQ20131007705
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權日2013年3月12日
發(fā)明者崔斌, 李梅, 閻雯青, 暢柱國 申請人:西北大學