專利名稱：高介電常數(shù)陶瓷粉料及陶瓷電容器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高介電常數(shù)陶瓷粉料及利用這種高介電常數(shù)陶瓷粉料所制得的陶瓷電容器，特別是涉及具有2B4特性和X7R特性的高介電常數(shù)陶瓷粉料及利用這種高介電常數(shù)陶瓷粉料所制得的陶瓷電容器。
本發(fā)明還涉及一種利用上述高介電常數(shù)陶瓷粉料制備陶瓷電容器的方法。
背景技術(shù)：
隨著國際上對環(huán)境保護意識日益加強，含有鉛、鉍、鎘、砷等元素的材料將會漸漸被淘汰。目前應(yīng)用在中高壓電子線路和電力設(shè)備如彩色電視機、激光器、電力阻斷器、微波爐、靜電復(fù)合機、電警棍等中的電容器，其電容器所使用的電子陶瓷材料里含有鉛、鉍、鎘、砷等元素，使用時會對環(huán)境產(chǎn)生污染。例如，目前具有2B4特性(所謂2B4特性是指-25℃～+85℃ )的高介電常數(shù)電子陶瓷材料主要是SrTiO3-PbTiO3-Bi2O3·nTiO2系統(tǒng)的瓷料，該瓷料系統(tǒng)的介電常數(shù)(20℃，1kHz)≤4200，介質(zhì)損耗(20℃，1kHz)≤50×10-4，絕緣性能＞1010，抗電強度＞6kv/mm，溫度特性-25℃～+85℃ 燒結(jié)特性TS＝1280±15℃。但上述材料里含有鉛、鉍等元素，而且生產(chǎn)該材料所用的原材料SrTiO3、PbTiO3、Bi2O3、TiO2等的成本，比BaTiO3系統(tǒng)的BaCO3、TiO2高幾倍，同時鉛、鉍等元素具有熱揮發(fā)性，使用時會對環(huán)境產(chǎn)生污染；而且，其生產(chǎn)工藝是多相混合合成工藝，比較繁瑣、復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高介電常數(shù)陶瓷粉料，該高介電常數(shù)陶瓷粉料是一種既具有2B4特性，又具有X7R特性，同時不含鉛、鉍、鎘、砷等元素的高介電常數(shù)電子陶瓷粉料。
另一方面，本發(fā)明也提供了由上述高介電常數(shù)陶瓷粉料制造的陶瓷電容器以及制備該陶瓷電容器的方法。
本發(fā)明所公開的用于制備陶瓷電容器的高介電常數(shù)陶瓷粉料，是按以下配方配制的(1)采用BaTiO3作為該高介電常數(shù)陶瓷粉料的主要組分，其含量按重量百分比計為93.0％～99.5％，其中Ba、Ti摩爾比的范圍為0.98～1.03；(2)從MgCO3、CaO、Sb2O3、MnO2、ZnO、Nb2O5、SiO2、SnO2、Ni2O3、Sm2O3、CuO中選擇一種或幾種物質(zhì)，作為該高介電常數(shù)陶瓷粉料的次要組分，其含量按重量百分比計為0.5％～7.0％。
優(yōu)選地，上述主要組分BaTiO3在高介電常數(shù)陶瓷粉料中的重量百分含量為95～99％；上述選自MgCO3、CaO、Sb2O3、MnO2、ZnO、Nb2O5、SiO2、SnO2、Ni2O3、Sm2O3、CuO中一種或幾種物質(zhì)的次要組分，在高介電常數(shù)陶瓷粉料中的重量百分含量為0.8～5％。
本發(fā)明也提供了一種陶瓷電容器，該陶瓷電容器由包括如下組成的高介電常數(shù)陶瓷粉料制成BaTiO393.0～99.5wt％選自MgCO3、CaO、Sb2O3、MnO2、ZnO、Nb2O5、SiO2、SnO2、Ni2O3、Sm2O3、CuO中的一種或幾種0.5～7.0wt％優(yōu)選地，在上述陶瓷電容器中，所述BaTiO3中的Ba、Ti的摩爾比為0.98～1.03。
進一步優(yōu)選地，在上述的陶瓷電容器中，所述BaTiO3的重量百分含量為95～99％；所述的一種或幾種選自MgCO3、CaO、Sb2O3、MnO2、ZnO、Nb2O5、SiO2、SnO2、Ni2O3、Sm2O3、CuO中的組分的重量百分含量為0.8～5％。
上述的陶瓷電容器既可以是圓片電容器，也可以是其它形式的電容器；其制備方法主要是采用干壓、擠壓或軋膜等方法制得生坯，然后經(jīng)過疊片、燒結(jié)、超聲波清洗、分選、印銀、還原、測試、包封、測試，最后獲得可在整機上使用的電容器。
用本發(fā)明陶瓷粉料制作的圓片電容器各項性能指標均符合2B4組別GB標準，也具有X7R特性，符合環(huán)保要求，并使生產(chǎn)成本大大降低，完全可替代SrTiO3-PbTiO3-Bi2O3·nTiO2系統(tǒng)的2B4組別瓷料。由其制得的電容器的主要特征參數(shù)為介電常數(shù)(20℃，1kHz)3500～5000介質(zhì)損耗(20℃，1kHz)≤150×10-4絕緣性能＞1010抗電強度VDC≥6kv/mm VAC≥3.0kv/mm溫度特性-55℃～+125℃ 燒結(jié)溫度TS＝1300±30℃本發(fā)明中，術(shù)語2B4特性是指-25℃～+85℃ 術(shù)語X7R是指溫度在-55℃到+125℃的容量變化率在正負15％之間。
下面借助具體實施方式
對本發(fā)明進行進一步的說明，但本發(fā)明的范圍并不限于如下的實施方式。
具體實施例方式
先選取電子級或工業(yè)級BaCO3和TiO2作為原材料，然后將BaCO3和TiO2粉末稱重并混合，得到以通式BaTiO3表示的主要組分的原料。將BaTiO3置于球磨機中進行濕磨，隨后在空氣中以1200℃的溫度煅燒1～3小時，從而獲得煅燒后的主要組分粉末，然后可采用以下兩種方法得到陶瓷電容器1、將上述煅燒后的BaTiO3粉末和MgCO3、CaO、Sb2O3、MnO2、ZnO、Nb2O5、SiO2、SnO2、Ni2O3、Sm2O3、CuO等按表1中配方1～10稱重并混合。將混合物置于球磨機或砂磨機中進行濕磨，隨后在空氣中以250℃的溫度烘干，獲得的瓷料適應(yīng)于使用擠壓或軋膜方法制造圓片電容器生坯，再經(jīng)過疊片、窯爐燒結(jié)、超聲波清洗、分選、印銀、還原、測試、包封、測試，最后獲得可在整機上使用的陶瓷電容器，測得性能如表2中1～10。
2、將上述煅燒后的主要組分BaTiO3和MgCO3、CaO、Sb2O3、MnO2、ZnO、Nb2O5、SiO2、SnO2、Ni2O3、Sm2O3、CuO等粉末按表1中11～20稱重并混合。將混合物置于球磨機或砂磨機中進行濕磨，然后采用按干粉的重量20.0％加入5.0％～30.0％PVA(2.0％～8.0％)膠水溶液及適量的分散劑、消泡劑、脫膜劑等，用造粒干燥機進行干燥造粒，在壓機干壓成型而制得圓片電容器生坯，再經(jīng)過疊片、窯爐燒結(jié)、超聲波清洗、分選、印銀、還原、測試、包封、測試，最后獲得可在整機上使用的陶瓷電容器，測得性能如表2中11～20。
各種材料配方及性能指標如表1、表2所示
表1

表2

酸乙酯115克中，得到30重量％的苯氧基樹脂溶液。
作為硅酮，在20℃將甲基三甲氧基硅烷加入到以300轉(zhuǎn)/分鐘攪拌的PH值為12的乙醇水溶液中使其水解、縮合，制得25℃的儲存彈性率為8MPa，平均粒徑為2μm的球形微粒子。
將含有苯氧基樹脂溶液(以固態(tài)重量比苯氧基樹脂45克)硅酮微粒子30克，微膠囊型潛在性固化劑的液體環(huán)氧樹脂(環(huán)氧當量185，旭化成工業(yè)株式會社制，ノバキュァHX--3941)20克，雙酚A型環(huán)氧樹脂(環(huán)氧當量180)50克混合，將在聚苯乙烯系核芯(直徑5μm)的表面形成Au層的導(dǎo)電粒子以6體積％分散在其中從而制得薄膜涂覆用溶液。隨后，用涂覆裝置將該溶液涂覆到對厚度為50μm的薄膜的單面進行表面處理的PET(聚對苯二甲酸乙酯，基體材料薄膜，分離器)薄膜上，經(jīng)70℃熱風(fēng)干燥10分鐘，得到粘結(jié)劑層厚度為45μm的薄膜狀粘結(jié)劑。關(guān)于該粘結(jié)劑，對反應(yīng)開始時間，反應(yīng)結(jié)束時間，固化反應(yīng)的60％和80％的結(jié)束溫度，直到固化反應(yīng)的80％結(jié)束的DSC的發(fā)熱量，以及直到固化反應(yīng)完全結(jié)束的DSC的發(fā)熱量及彈性率進行測定，其結(jié)果示于表1。
其次，使用所得的薄膜狀粘結(jié)劑如以下所示地將帶金凸緣(面積80×80μm，間隔30μm，高度15μm，凸緣數(shù)288)的芯片(10×10mm，厚度500μm)同具有和芯片的電極相對應(yīng)的電路電極的鍍Ni/Au的Cu電路印刷板進行連接。
將薄膜狀粘結(jié)劑(12×12mm)在80℃，1.0MPa(10公斤力/厘米2)的壓力下粘貼在鍍Ni/Au的Cu電路印刷板(電極高度20mm，厚度0.8mm)，剝離分離器，使芯片的凸緣和鍍Ni/Au的Cu電路印刷板(厚度0.8mm)的位置吻合。隨后，在180℃，75克/每個凸緣，20秒的條件下由芯片上方進行加熱、加壓，從而實現(xiàn)本連接。
本連接后芯片的撓曲為1μm(向芯片方向凸起的撓曲)。另外，本連接后的連接阻抗，每個凸緣為最高15MΩ，平均為8MΩ，絕緣阻抗在188Ω以上。這些值即使在進行-55--125℃的抗熱沖擊試驗1000次循環(huán)處理，PCT試驗(121℃，0.2MPa(2個大氣壓))200小時，260℃釬焊浴中浸漬10秒鐘后也沒有變化，表明其良好的連接可靠性。
權(quán)利要求
1.一種高介電常數(shù)陶瓷粉料，它包括重量百分含量為93.0～99.5％的BaTiO3，以及重量百分含量為0.5～7.0％的、一種或幾種選自MgCO3、CaO、Sb2O3、MnO2、ZnO、Nb2O5、SiO2、SnO2、Ni2O3、Sm2O3、CuO中的組分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷粉料，其特征在于，所述的BaTiO3中Ba、Ti的摩爾比為0.98～1.03。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷粉料，其特征在于，所述BaTiO3的重量百分含量為95～99％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷粉料，其特征在于，所述的一種或幾種選自MgCO3、CaO、Sb2O3、MnO2、ZnO、Nb2O5、SiO2、SnO2、Ni2O3、Sm2O3、CuO中的組分的重量百分含量為0.8～5％。
5.一種由高介電常數(shù)陶瓷粉料制成的陶瓷電容器，其特征在于，所述的高介電常數(shù)陶瓷粉料包括重量百分含量為93.0～99.5％的BaTiO3，以及重量百分含量為0.5～7.0％的、一種或幾種選自MgCO3、CaO、Sb2O3、MnO2、ZnO、Nb2O5、SiO2、SnO2、Ni2O3、Sm2O3、CuO中的組分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的陶瓷電容器，其特征在于，所述的BaTiO3中Ba、Ti的摩爾比為0.98～1.03。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的陶瓷電容器，其特征在于，所述BaTiO3的重量百分含量為95～99％。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的陶瓷電容器，其特征在于，所述的一種或幾種選自MgCO3、CaO、Sb2O3、MnO2、ZnO、Nb2O5、SiO2、SnO2、Ni2O3、Sm2O3、CuO中的組分的重量百分含量為0.8～5％。
9.一種制備如權(quán)利要求5-8之一所述的陶瓷電容器的方法，包括將權(quán)利要求1-4之一所述的陶瓷粉料進行干壓、擠壓或軋膜制得生坯；然后依次進行疊片、燒結(jié)、超聲波清洗；最后進行分選、印銀、還原、測試、包封。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有2B4特性的高介電常數(shù)陶瓷粉料陶瓷電容器的制造方法，包括主要成分BaTiO
文檔編號C04B35/468GK1532166SQ0311397
公開日2004年9月29日 申請日期2003年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月21日
發(fā)明者王作華, 李明, 司留啟, 彭道華, 馮兆泉 申請人:廣東風(fēng)華高新科技集團有限公司