專利名稱：一種溫度超穩(wěn)定型電子陶瓷材料的組成及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于電子元器件的陶瓷材料及其制造方法，更具體地說，是一種功能陶瓷材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
在電子工業(yè)日新月異飛速發(fā)展的今天，電子信息技術(shù)的集成化和微型化發(fā)展趨勢，正推動電子信息產(chǎn)品日益向薄型化、小型化、數(shù)字化、多功能化，以及高可靠和低成本的方向發(fā)展。陶瓷介質(zhì)電容器以其體積小、性能優(yōu)良、價格低廉的特點，在電容器行業(yè)始終占據(jù)主導(dǎo)地位。而多層陶瓷電容器(MLC)更具有體積小、比容大、可靠性高、內(nèi)部電感小、高頻特性好等優(yōu)點。尤其憑借其易于片式化的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，迅速成為片式電容器的主導(dǎo)品種。隨著表面貼裝技術(shù)(SMT)的興起，MLC芯片演變?yōu)槠蕉鄬犹沾呻娙萜?MLCC)而直接貼裝于PCB板，極大地提高了電路和功能組件的高頻特性。片式多層陶瓷電容器所采用的介質(zhì)陶瓷材料對其性能有著至關(guān)重要的決定作用。
另一方面，利用介質(zhì)陶瓷材料的低損耗、高介電常數(shù)、頻率溫度系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小、可承受高功率等特點設(shè)計制作EMI介質(zhì)濾波器是介質(zhì)陶瓷材料在電子領(lǐng)域的又一應(yīng)用。人類生活在特定的電磁環(huán)境中，任何地方均存在電磁干擾。對工業(yè)、民用的大部分電力、電子設(shè)備而言，雷電是主要的電磁波干擾源；而人為干擾源就來源于那些平均工作頻率都在10kHz到1GHz之間的微細半導(dǎo)體元件上，故稱為電流磁場干擾(EMI)。濾波器是抗電磁干擾最有效的辦法之一。利用介質(zhì)陶瓷材料制作的EMI介質(zhì)濾波器，由數(shù)個1/4波長型諧振器縱向多級串聯(lián)或并聯(lián)的梯形線路構(gòu)成。其顯著特點是插入損耗小、耐功率性好、帶寬窄，特別適合便攜電話、汽車電話、無線電臺、無繩電話以及一體化收發(fā)雙工器等的級向耦合濾波。
目前大多數(shù)的片式多層陶瓷電容器和EMI濾波器適用的電容器其電介質(zhì)采用X7R陶瓷配方。但是此種材料容量溫度特性具有一定的局限性，在-55～+125℃溫區(qū)內(nèi)容量變化率小于±15％，超過+125℃則無法提供穩(wěn)定的介電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高低溫穩(wěn)定型(X9R)高介電常數(shù)的陶瓷介質(zhì)材料及其制備方法。該陶瓷材料介電性能優(yōu)異，在具有高介電常數(shù)、低介電損耗的同時具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性能，制備介質(zhì)陶瓷粉料的原料價格低廉，并且燒結(jié)可以在中溫進行，因而制備成本較低。
本發(fā)明溫度超穩(wěn)定型電子陶瓷材料的組成，該材料成分為鈦酸鋇、氧化鈮、氧化鎂及BaCO3和自制添加劑，自制添加劑成分為B2O3、PbO、Bi2O3、SnO2、TiO2，所述陶瓷材料的配方為(以摩爾計)[100-(a+b+c)]BaTiO3+aNb2O5+bMgO+cBaCO3+dG其中G代表自制添加劑，且0.1≤a≤3，0.1≤b≤2，1≤c≤1.5，0≤d≤20；自制添加劑G為eB2O3+fPbO+gBi2O3+hSnO2+iTiO2其中0≤e≤37，0≤f≤15，0≤g≤38，0≤h≤5，0≤i≤13。
上述陶瓷材料配方中BaTiO3占主料摩爾數(shù)的94-97％，所述主料為鈦酸鋇、氧化鈮、氧化鎂及BaCO3，不包含添加劑；自制添加劑的用量為主料摩爾數(shù)的0-20％。
本發(fā)明溫度超穩(wěn)定型電子陶瓷材料的制備方法以B2O3、PbO、Bi2O3、SnO2、TiO2為原料，按照上述自制添加劑配方的比例混合，進行預(yù)燒、球磨、烘干、造粒得到自制添加劑，預(yù)燒是以5～6℃/分的升溫速率升至750～950℃保溫1～10小時；再以BaTiO3、氧化鈮和氧化鎂及BaCO3和自制添加劑為原料按照上述的陶瓷材料配方比例混合，進行球磨、烘干、造粒、壓制成型、進行燒結(jié)得到陶瓷材料，燒結(jié)是以3℃/分的升溫速率升至500～550℃后，再以5～6℃/分的升溫速率升至1130～1220℃保溫1～10小時。
本發(fā)明提供一種高低溫穩(wěn)定型(X9R)高介電常數(shù)的陶瓷介質(zhì)材料及其制備方法。該陶瓷介質(zhì)材料的介電常數(shù)1300以上，損耗小(≤1.1％)，突出特點是容量溫度穩(wěn)定性高，符合X9R特性要求。[按照EIA(Electronic Industries Association) 標(biāo)準，X9R的具體含義如下X代表工作溫區(qū)的低溫極限-55℃，9代表工作溫區(qū)的高溫極限+200℃，R代表在工作溫區(qū)內(nèi)所有溫度點(-55℃～+200℃范圍內(nèi))的電容量相對于室溫20℃時的變化率小于或等于±15％。]在我國，介質(zhì)陶瓷正在不斷的發(fā)展之中。本發(fā)明所提供的陶瓷材料及制造方法是一種新型的陶瓷材料系統(tǒng)，在具有高介電常數(shù)、低介電損耗的同時，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性能，同時原料價格低廉，并且燒結(jié)可以在中溫進行，有良好的市場前景，可以作為同類材料的換代產(chǎn)品。


圖1是實施例1在1220℃燒結(jié)的樣品的介電常數(shù)隨環(huán)境溫度變化的曲線；圖2是實施例2在1220℃燒結(jié)的樣品的介電常數(shù)隨環(huán)境溫度變化的曲線；圖3是實施例3球磨10小時的樣品的介電常數(shù)隨環(huán)境溫度變化的曲線。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步描述。
實施例1以分析純B2O3、PbO、Bi2O3、SnO2、TiO2為原料按照B2O322g、PbO9g、Bi2O326g、SnO23g、TiO211g的比例混合，進行熔融，即以6℃/分的升溫速率升至900℃保溫8小時，然后淬冷，用ZrO2球加去離子水球磨15小時，用電熱干燥箱在120℃烘干后過40目篩，得到自制添加劑；再以BaTiO3、氧化鈮和氧化鎂及BaCO3和自制添加劑為原料按照BaTiO396g、Nb2O51.7g、MgO 0.6g、BaCO31.1g、添加劑17g的比例混合，用ZrO2球加去離子水球磨10小時，用電熱干燥箱在120℃烘干后加石蠟過80目篩，在80MPa壓強下壓制成直徑約20mm，厚度約1mm的圓片狀生坯，再進行燒結(jié)，即以3℃/分的升溫速率升至500℃后，再以6℃/分的升溫速率升至1150～1220℃保溫6小時。燒結(jié)后的樣品燒滲銀電極，焊接引線，制成圓片電容器。然后測試并計算介質(zhì)的相對介電常數(shù)ε、損耗角正切tanδ、介電常數(shù)溫度系數(shù)αε、電阻率ρv，擊穿電壓Ub。表1給出了在不同燒結(jié)溫度下制備樣品的主要性能參數(shù)的測量結(jié)果。圖1為1220℃燒結(jié)的樣品的介電常數(shù)隨環(huán)境溫度變化的規(guī)律。
表1 樣品的介電性能與燒結(jié)溫度的關(guān)系

實施例2以分析純B2O3、PbO、Bi2O3、SnO2、TiO2為原料按照B2O324g、PbO14g、Bi2O315g、SnO24g、TiO212g的比例混合，進行熔融，即以6℃/分的升溫速率升至900℃保溫9小時，然后淬冷，用ZrO2球加去離子水球磨15小時，用電熱干燥箱在120℃烘干后過40目篩，得到自制添加劑；再以BaTiO3、氧化鈮和氧化鎂及BaCO3和自制添加劑為原料按照BaTiO396g、Nb2O51.7g、MgO 0.6g、BaCO31.5g、添加劑14g的比例混合，用ZrO2球加去離子水球磨10小時，用電熱干燥箱在120℃烘干后加石蠟過80目篩，在80MPa壓強下壓制成直徑約20mm，厚度約1mm的圓片狀生坯，再進行燒結(jié)，即以3℃/分的升溫速率升至500℃后，再以6℃/分的升溫速率升至1150～1220℃保溫6小時。燒結(jié)后的樣品燒滲銀電極，焊接引線，制成圓片電容器。然后測試并計算介質(zhì)的相對介電常數(shù)ε、損耗角正切tanδ、介電常數(shù)溫度系數(shù)αε、電阻率ρv，擊穿電壓Ub。表2給出了在不同燒結(jié)溫度下制備樣品的主要性能參數(shù)的測量結(jié)果。圖2給出了樣品的介電常數(shù)隨環(huán)境溫度變化的規(guī)律。
表2 樣品的介電性能與燒結(jié)溫度的關(guān)系


實施例3以分析純B2O3、PbO、Bi2O3、SnO2、TiO2為原料按照B2O324g、PbO9g、Bi2O35g、SnO24g、TiO29g的比例混合，進行熔融，即以6℃/分的升溫速率升至900℃保溫3小時，然后淬冷，用ZrO2球加去離子水球磨15小時，用電熱干燥箱在120℃烘干后過40目篩，得到自制添加劑；再以BaTiO3、氧化鈮和氧化鎂及BaCO3和自制添加劑為原料按照BaTiO395g、Nb2O52g、MgO 0.6g、BaCO31.1g、添加劑13g的比例混合，用ZrO2球加去離子水球磨5～15小時，用電熱干燥箱在120℃烘干后加石蠟過80目篩，在80MPa壓強下壓制成直徑約20mm，厚度約1mm的圓片狀生坯，再進行燒結(jié)，即以3℃/分的升溫速率升至500℃后，再以6℃/分的升溫速率升至1220℃保溫6小時。燒結(jié)后的樣品燒滲銀電極，焊接引線，制成圓片電容器。然后測試并計算介質(zhì)的相對介電常數(shù)ε、損耗角正切tanδ、介電常數(shù)溫度系數(shù)αε、電阻率ρv，擊穿電壓Ub。表3為樣品介電性能與球磨時間的關(guān)系。圖3為球磨10小時的樣品的介電常數(shù)隨環(huán)境溫度變化的曲線。
表3 樣品介電性能與球磨時間的關(guān)系

由圖表可以看出，本發(fā)明所涉及的介質(zhì)陶瓷，介電常數(shù)ε在1280～1450之間，并且可以通過改變燒結(jié)溫度對ε進行調(diào)節(jié)，一般燒結(jié)溫度越高，ε越大。tanδ最大不超過0.011×10-4；tanδ與燒結(jié)溫度相關(guān)，在上述預(yù)燒溫度和燒結(jié)溫度變化范圍內(nèi)，tanδ的最小值為0.009。該陶瓷的介電常數(shù)最大溫度變化率在-15～+15ppm/℃之間。另外測試還表明體電阻率均大于1012Ω·cm，擊穿電壓均大于11KV/mm。
權(quán)利要求
1.一種溫度超穩(wěn)定型電子陶瓷材料的組成，其特征在于，所述陶瓷材料成分為鈦酸鋇、氧化鈮、氧化鎂及BaCO3和自制添加劑，自制添加劑成分為B2O3、PbO、Bi2O3、SnO2、TiO2，所述陶瓷材料的配方為(以摩爾計)[100-(a+b+c)]BaTiO3+a Nb2O5+b MgO+c BaCO3+d G其中G代表自制添加劑，且0.1≤a≤3，0.1≤b≤2，1≤c≤1.5，0≤d≤20；自制添加劑G為e B2O3+fPbO+g Bi2O3+h SnO2+i TiO2其中0≤e≤37，0≤f≤15，0≤g≤38，0≤h≤5，0≤i≤13。
2.如權(quán)利要求1所述的溫度超穩(wěn)定型電子陶瓷材料，其特征在于，陶瓷材料配方中BaTiO3占主料摩爾數(shù)的94-97％，所述主料為鈦酸鋇、氧化鈮、氧化鎂及BaCO3，不包含添加劑；自制添加劑的用量為主料摩爾數(shù)的0-20％。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的溫度超穩(wěn)定型電子陶瓷材料的方法以B2O3、PbO、Bi2O3、SnO2、TiO2為原料，按照權(quán)利要求1所述自制添加劑配方的比例混合，進行預(yù)燒、球磨、烘干、造粒得到自制添加劑，預(yù)燒是以5～6℃/分的升溫速率升至750～950℃保溫1～10小時；再以BaTiO3、氧化鈮和氧化鎂及BaCO3和自制添加劑為原料按照權(quán)利要求1所述的陶瓷材料配方比例混合，進行球磨、烘干、造粒、壓制成型、進行燒結(jié)得到陶瓷材料，燒結(jié)是以3℃/分的升溫速率升至500～550℃后，再以5～6℃/分的升溫速率升至1130～1220℃保溫1～10小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高低溫穩(wěn)定型(X9R)高介電常數(shù)的陶瓷介質(zhì)材料及其制備方法。本發(fā)明陶瓷材料成分為鈦酸鋇、氧化鈮、氧化鎂及BaCO
文檔編號C04B35/468GK1636930SQ200410093859
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月7日
發(fā)明者吳順華, 蘇皓, 王國慶, 王爽, 李媛 申請人:天津大學(xué)