采用退火法制備超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用退火法制備超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料的方法，通過將傳統(tǒng)固相工藝法獲得的鈦酸鋇基介質(zhì)材料進(jìn)行退火，退火溫度為1000℃～1100℃，退火時間為1～8h，最終獲得性能優(yōu)異的超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料。本發(fā)明顯著提高了鈦酸鋇基介質(zhì)材料的介電常數(shù)以及高溫段（150℃-310℃）介電常數(shù)的穩(wěn)定性；具有優(yōu)異的介電性能：εr≥1600，絕緣電阻率大于1011Ω·cm，-55℃～310℃范圍內(nèi)電容量變化率ΔC/C20℃≤±15%，tanδ≤2%。
【專利說明】采用退火法制備超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種采用退火法制備超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著多種移動電子設(shè)備諸如筆記本電腦、移動電話、數(shù)碼相機、汽車電子等的高速發(fā)展，片式電子元器件逐步取代了傳統(tǒng)引線型電子元件。片式多層陶瓷電容器(MLCC)是目前生產(chǎn)量、銷售量最大的片式元器件，它是將電極材料和陶瓷坯體以多層交替并聯(lián)疊合起來，并同時燒成一個整體。
[0003]近年來，MLCC用介質(zhì)材料的發(fā)展趨勢一直是改善其綜合性能，在保證其高可靠性的前提下，擴展其使用溫度范圍，先后出現(xiàn)滿足EIA (Electronic Industries Associate,國際電子工業(yè)協(xié)會)X7R (工作溫度范圍為-55~125°C)、X8R (工作溫度范圍為-55~150°C)、X9R (工作溫度范圍為-55~200°C )標(biāo)準(zhǔn)的介質(zhì)材料。然而，在航空航天、地質(zhì)勘探、汽車電子等領(lǐng)域，MLCC的使用環(huán)境更加苛刻，X9R無法完全滿足使用要求，因此提高鈦酸鋇基介質(zhì)材料的介電溫度穩(wěn)定性并且獲得盡可能大工作溫區(qū)仍然是目前的研究熱點之一，并且眼下介質(zhì)電容器生產(chǎn)廠家的研究重點即圍繞配方和制備工藝的研究。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，是提供一種通過退火法改善并獲得超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料的方法。可以通過將傳統(tǒng)固相工藝法獲得的鈦酸鋇基介質(zhì)材料進(jìn)行退火，最終獲得超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料。
[0005]一種采用退火法制備超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料的方法，步驟如下:
[0006](I)將Na2C03、Bi203、Ti02按摩爾百分比1: 1:4配料，與去離子水混合球磨4h后烘干并于800°C煅燒，制得Naa5Bia5TiO3固體顆粒；
[0007](2)將Naa5Bia5TiO3,BaTiO3,Nb2O5按質(zhì)量比1:6.2:0.17配料，與去離子水混合球磨4h后烘干并于1000°C預(yù)燒，制得熔塊；
[0008](3)向步驟(2)預(yù)燒所得熔塊中再外加質(zhì)量百分比5%的玻璃粉，及質(zhì)量百分比為
1.5%的氧化鎂與質(zhì)量百分比為0.3%的氧化鈰，再于去離子水中球磨2h，烘干；
[0009](4)將步驟(3)烘干所得粉料中外加質(zhì)量百分比為5~8%的石蠟造粒，然后過1000孔/cm3分樣篩，再壓制成生坯，成型壓力6~IOMPa ；
[0010](5)將步驟(4)所得生坯使用埋料的方式燒結(jié)，先經(jīng)3.5h升溫至550°C排蠟，再經(jīng)過1.5h升至1120°C燒結(jié)，保溫lh，制得鈦酸鋇基介質(zhì)材料；
[0011](6)將步驟(5)所得鈦酸鋇基介質(zhì)材料進(jìn)行退火處理，退火溫度KKKTC~1100°C，退火時間I~8h，最終獲得性能優(yōu)異的超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料。
[0012]所述步驟(1)、(2)、(3)均使用QM-3SP4行星式球磨機進(jìn)行球磨，球磨機轉(zhuǎn)速400
轉(zhuǎn)/分鐘。[0013]所述步驟(3)的玻璃粉組成及質(zhì)量百分比含量為:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03。
[0014]所述步驟(4)采用769YP-24B型粉末壓片機進(jìn)行壓制成型，使用Φ20模具。
[0015]本發(fā)明所述的退火方法能顯著提高介質(zhì)材料的介電常數(shù)以及高溫段(1500C -3100C)介電常數(shù)的穩(wěn)定性，最終獲得的鈦酸鋇基介質(zhì)材料具有優(yōu)異的介電性能(≥1600，絕緣電阻率大于10ηΩ.cm, -55 °C~310°C范圍內(nèi)電容量變化率AC/C2crc≤ ±15%，tan δ ≤ 2%)，其退火溫度 1000.C ~1100.C。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明所用原料均采用分析純原料，具體實施例如下。
[0017]實施例1:
[0018]先將似20)3、81203、1102按質(zhì)摩爾百分比1:1:4配料，與去離子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨機(球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘)球磨4h后烘干并于80(TC預(yù)燒，制得 Naa5Bia5TiO3 固體顆粒 JfNaa5Bia5TiO3, BaTiO3, Nb2O5 按質(zhì)量比為=Naa5Bia5TiO3:BaTiO3 =Nb2O5=1:6.2:0.17配料，與去離子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨機(球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘)球磨4h后烘干并于1000°C預(yù)燒，制得熔塊；向預(yù)燒所得熔塊中外加質(zhì)量百分比5%的玻璃粉(玻璃粉組成及其質(zhì)量百分比含量為:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03)，及質(zhì)量百分比1.5%的氧化鎂與質(zhì)量百分比0.3%的氧化鈰,于去離子水中混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨機(球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘)球磨2h，烘干。再將所得烘干粉料中外加質(zhì)量百分比為5%的石蠟造粒，然后過1000孔/cm3分樣篩，使用Φ20模具，于769YP-24B型粉末壓片機上壓制成生坯，成型壓力6MPa。燒結(jié)時先經(jīng)3h升溫至550°C排蠟，再經(jīng)過1.5h升至1120°C燒結(jié)，保溫lh，制得鈦酸鋇基介質(zhì)材料。再將將所得鈦酸鋇基介質(zhì)材料于1000°C下退火lh，最終獲得性能優(yōu)異的超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料。再將所得制品的上下表面均勻涂覆銀漿，經(jīng)840°C燒滲制備電極，制得寬工作溫度范圍的陶瓷電容器。
[0019]實施例2:
[0020]先將似20)3、81203、1102按質(zhì)摩爾百分比1:1:4配料，與去離子水混合球磨，使用QM-3SP 4行星式球磨機(球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘)球磨4h后烘干并于800°C預(yù)燒，制得Naa5Bia5TiO3 固體顆粒；將 Naa5Bia5TiO3, BaTiO3, Nb2O5 按質(zhì)量比為:NaQ.5BiQ.5Ti03 =BaTiO3:Nb2O5=1:6.2:0.17配料，與去離子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨機(球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘)球磨4h后烘干并于1000°C預(yù)燒，制得熔塊；向預(yù)燒所得熔塊中外加質(zhì)量百分比為5%的玻璃粉(玻璃粉組成及其質(zhì)量百分比含量為:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03)，及質(zhì)量百分比為1.5%的氧化鎂與質(zhì)量百分比為0.3%的氧化鈰，于去離子水中混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨機(球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘)球磨2h，烘干。再將所得烘干粉料中加入質(zhì)量百分比為5%的石蠟造粒，然后過1000孔/cm3分樣篩，使用Φ 20模具，于769YP-24B型粉末壓片機上壓制成生坯，成型壓力6MPa。燒結(jié)時先經(jīng)3h升溫至550°C排蠟，再經(jīng)過1.5h升至1120°C燒結(jié)，保溫lh，制得鈦酸鋇基介質(zhì)材料。將所得鈦酸鋇基介質(zhì)材料于1050°C下退火3h，最終獲得性能優(yōu)異的超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料。再將所得制品的上下表面均勻涂覆銀漿，經(jīng)840°C燒滲制備電極，制得寬工作溫度范圍的陶瓷電容器。[0021]實施例3:
[0022]先將似20)3、81203、1102按質(zhì)摩爾百分比1:1:4配料，與去離子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨機(球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘)球磨4h后烘干并于800°C預(yù)燒，制得 Naa5Bia5TiO3 固體顆粒 JfNaa5Bia5TiO3, BaTiO3, Nb2O5 按質(zhì)量比為=Naa5Bia5TiO3:BaTiO3 =Nb2O5=1:6.2:0.17配料，與去離子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨機(球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘)球磨4h后烘干并于1000°C預(yù)燒，制得熔塊；向預(yù)燒所得熔塊中外加質(zhì)量百分比5%的玻璃粉(玻璃粉組成及其質(zhì)量百分比含量為:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03)，及質(zhì)量百分比1.5%的氧化鎂與質(zhì)量百分比0.3%的氧化鈰,于去離子水中混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨機(球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘)球磨2h，烘干。再將所得烘干粉料中加入質(zhì)量百分比為5%的石蠟造粒，然后過1000孔/cm3分樣篩，使用Φ20模具，于769YP-24B型粉末壓片機上壓制成生坯，成型壓力6MPa。燒結(jié)時先經(jīng)3h升溫至550°C排蠟，再經(jīng)過1.5h分別升至1120°C燒結(jié)，保溫lh，制得鈦酸鋇基介質(zhì)材料。將所得鈦酸鋇基介質(zhì)材料于1100°C下退火8h，最終獲得性能優(yōu)異的超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料。再將所得制品的上下表面均勻涂覆銀漿，經(jīng)840°C燒滲制備電極，制得寬工作溫度范圍的陶瓷電容器。
[0023]本發(fā)明測試方法和檢測設(shè)備如下:(交流測試信號:頻率為1kHz，電壓為IV)。
[0024]( I)介電常數(shù)和損耗的測試(室溫20°C )
[0025]使用HEWLETT PACKARD4278A型電容量測試儀測試樣品的電容量C和損耗tan δ，并換算出樣品的介電常數(shù)。對于圓片電容器，換算關(guān)系如下:
【權(quán)利要求】
1.一種采用退火法制備超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料的方法，步驟如下: (1)將Na2C03、Bi203、Ti02按摩爾百分比1:1:4配料，與去離子水混合球磨4h后烘干并于800°C煅燒，制得Naa5Bia5TiO3固體顆粒； (2)將Naa5Bia5TiO3,BaTiO3, Nb2O5按質(zhì)量比I:6.2:0.17配料，與去離子水混合球磨4h后烘干并于1000°C預(yù)燒，制得熔塊； (3)向步驟(2)預(yù)燒所得熔塊中再外加質(zhì)量百分比5%的玻璃粉，及質(zhì)量百分比為1.5%的氧化鎂與質(zhì)量百分比為0.3%的氧化鈰，再于去離子水中球磨2h，烘干； (4)將步驟(3)烘干所得粉料中外加質(zhì)量百分比為5~8%的石蠟造粒，然后過1000孔/cm3分樣篩，再壓制成生坯，成型壓力6~IOMPa ； (5)將步驟(4)所得生坯使用埋料的方式燒結(jié)，先經(jīng)3.5h升溫至550°C排蠟，再經(jīng)過1.5h升至1120°C燒結(jié)，保溫lh，制得鈦酸鋇基介質(zhì)材料； (6)將步驟(5)所得鈦酸鋇基介質(zhì)材料進(jìn)行退火處理，退火溫度KKKTC~1100°C，退火時間I~8h，最終獲得性能優(yōu)異的超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用退火法制備超寬溫穩(wěn)定型鈦酸鋇基介質(zhì)材料的方法，其特征在于，所述步驟(I )、(2)、(3)均使用QM-3SP4行星式球磨機進(jìn)行球磨，球磨機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于，所述步驟(3 )的玻璃粉組成及質(zhì)量百分比含量為:20%Bi203、30%Pb304、30%TiO2、20%H3B03。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于，所述步驟(4)采用769YP-24B型粉末壓片機進(jìn)行壓制成型，使用Φ20模具。
【文檔編號】C04B35/622GK103936411SQ201410134314
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】李玲霞, 陳俊曉, 張寧, 柳亞然, 高正東, 于經(jīng)洋 申請人:天津大學(xué)