專利名稱：電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料及其制作方法。
背景技術：
眾所周知，電介質電容器在同一電壓下電介質的介電常數越高，電容器儲存的能量就越大，即儲能密度就越高。同樣，當解除施加的電壓時，電容器釋放的電能量也越大。然而，用于制作電容器的普通介質陶瓷材料存在以下問題(1)線性(即I類)陶瓷材料介電常數非常小，雖然根據儲能密度概念(單位體積中儲存的電能量)，可以通過提高電場強度來提高儲能密度，但是這給電絕緣保護問題帶來了難題；⑵非線性(即II類)鐵電體陶瓷材料，在低電場時相對有很高的介電常數，但是在高電場下其介電常數急劇下降達75% 以上，同時高介電常數的鐵電陶瓷耐電擊穿的能力也比較差。普通的線性和非線性陶瓷材料，電容器儲能密度在0. 2 0. 4焦耳/平方厘米范圍內，抑制了儲能電容器儲能密度的提尚ο早在70年代，國外就開展了對反鐵電陶瓷材料應用的研究。近年來國內也對反鐵電陶瓷材料及應用進行了大量的研究工作。而且傳統(tǒng)的單一的鋯鈦酸鉛反鐵電陶瓷存在著反鐵電到鐵電相相變過程中，相變溫度范圍狹窄、電滯寬和應變量大等問題，不能滿足電容器使用要求。傳統(tǒng)的鐵電陶瓷材料電容器介質損耗大，多次充放電后很容易老化，使用壽命較短，同時傳統(tǒng)的鐵電陶瓷材料還具有體積大、容量小，耐壓性、穩(wěn)定性和安全性都較差等缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有鐵電陶瓷材料的不足，提供一種新型的電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料及其制作方法，克服傳統(tǒng)的鐵電陶瓷材料電容器介質損耗大，多次充放電后很容易老化，使用壽命較短，同時傳統(tǒng)的鐵電陶瓷材料還具有體積大、容量小、耐壓性、 穩(wěn)定性和安全性都較差等缺點。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料， 它的化學式為 Pb(1_x)L￡ix (ZryTi(1_y)) HZ4O3,式中，0. 08 彡 χ 彡 0. 12，0. 75 ^ y ^ 0. 85。本發(fā)明所述的電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料，它的化學式為I^ba_x) Lax(ZryTi(1_y))1_x/403+A,式中，A 為 ZnO、Ag20、Bi2O3 禾口 SiO2,0.08 彡 χ 彡 0. 12, 0. 75 ^ y ^ 0. 85,0. 5wt%^ A 彡 1. 0wt%。電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，它包括以下步驟(1)選用純度為化學純或分析純的H3CKLa2O3JiO2和TW2作為原材料，根據 Lax(ZryTia^)w4O3中χ和y的范圍值進行計算并準確稱量，提取各組分；(2)將各組分按照料、球和水的比為1 5 1.0 1.2放入研磨裝置中進行研磨，研磨時間40 50小時；(3)將研磨后的混合物烘干并造粒，按200°C /h的升溫速率在氧化鋁坩堝內以850 950°C的溫度保溫3小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)將煅燒后的燒塊稱量后放入研磨裝置中進行研磨，研磨按照料、球和水的比為 1:5: 0.8 1.0進行，研磨時間80小時，達到料漿平均粒徑不大于0.5μπι，最大粒徑不大于2. 0 μ m時，烘干研磨后的混合物；(5)按照料粉與石蠟比為100 7 8的比例進行合蠟操作，然后在200Mpa的壓強下壓片成型為Φ 14X1. 5圓片的毛坯；(6)將成型后的毛坯放置在氧化鋯鋯板上，然后連同氧化鋯鋯板放置在高含量氧化鋁的氧化鋁坩堝內，加蓋密閉燒結，按150°C /h的升溫速率加熱至1130 1150°C后保溫 3小時，然后隨爐冷卻；(7)在陶瓷圓片的兩面涂上銀電極并測試其電性能。本發(fā)明所述的電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，它包括以下步驟(1)選用純度為化學純或分析純的 I^bO、La203> ZrO2, TiO2, ZnO, Ag2O, Bi2O3 和 SW2 作為原材料，根據Pb(1_x)Lax (ZryTi(1_y)) ^x74O3中χ和y的范圍值進行計算并準確稱量，提取各組分；(2)將各組分按照料、球和水的比為1 5 1.0 1.2放入研磨裝置中進行研磨，研磨時間40 50小時；(3)將研磨后的混合物烘干并造粒，按200°C /h的升溫速率在氧化鋁坩堝內以 850 950°C的溫度保溫3小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)按煅燒后的燒塊與A值的比例準確稱量后放入研磨裝置中進行研磨，研磨按照料、球和水的比為1 5 0. 8 1. 0進行，研磨時間80小時，達到料漿平均粒徑為0. 4 0. 5 μ m，最大粒徑不大于2. 0 μ m時，烘干研磨后的混合物；(5)按照料粉與石蠟比為100 7 8的比例進行合蠟操作，然后在200Mpa的壓強下壓片成型為Φ 14X1. 5圓片的毛坯；(6)將成型后的毛坯放置在氧化鋯鋯板上，然后連同氧化鋯鋯板放置在高含量氧化鋁的氧化鋁坩堝內，加蓋密閉燒結，按150°C /h的升溫速率加熱至1130 1150°C后保溫 3小時，然后隨爐冷卻；(7)在陶瓷圓片的兩面涂上銀電極并測試其電性能。本發(fā)明所述的研磨裝置為球磨裝置。本發(fā)明所述的研磨裝置為立式振動磨裝置。本發(fā)明所述的步驟(6)中的毛坯采取平放的方式放置在氧化鋯鋯板上。本發(fā)明所述的步驟(6)中的高含量氧化鋁為含量大于95%的氧化鋁。本發(fā)明的有益效果是采用簡單清晰的制作流程、穩(wěn)定性和重復性都很好的反鐵電陶瓷制作方法生產出具有較大正電壓系數的高性能反鐵電陶瓷材料，本發(fā)明的反鐵電陶瓷材料制作的脈沖儲能MLCC(多層陶瓷電容器)具有正電壓系數大、介質損耗很低，多次放電保持優(yōu)良特性、使用壽命長，儲能密度高、輸出功率大、體積小、容量大和耐壓性能好等特點。


圖1為典型配方生產瓷料制作的反鐵電脈沖儲能MLCC(多層陶瓷電容器)電容隨溫度變化曲線圖2為典型配方生產瓷料制作的反鐵電脈沖儲能MLCC(多層陶瓷電容器)電容隨電壓變化曲線
圖3為本發(fā)明典型配方的配比情況表圖4為各典型配方的電性能情況表。
具體實施例方式下面結合實施例進一步描述本發(fā)明的技術方案實施例1電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料，它的化學式為I^^LaJZivTid-yh/A，式中， 0. 08 彡 X 彡 0. 12,0. 75 彡 y 彡 0. 85。電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，它包括以下步驟(1)選用純度為化學純或分析純的H3CKLa2O3JiO2和TW2作為原材料，根據 Lax(ZryTia^)w4O3中χ和y的范圍值進行計算并準確稱量，提取各組分；(2)將各組分按照料、球和水的比為1 5 1.0放入球磨裝置中進行球磨，球磨時間40小時；(3)將球磨后的混合物烘干并造粒，按200°C /h的升溫速率在氧化鋁坩堝內以 850°C的溫度保溫3小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)將煅燒后的燒塊稱量后放入球磨裝置中進行球磨，球磨按照料、球和水的比為 1:5: 0.8進行，球磨時間80小時，達到料漿平均粒徑不大于0.5μπι，最大粒徑不大于 2. 0 μ m時，烘干研磨后的混合物；(5)按照料粉與石蠟比為100 7的比例進行合蠟操作，然后在200Mpa的壓強下壓片成型為Φ 14X1. 5圓片的毛坯；(6)將成型后的毛坯采取平放方式放置在氧化鋯鋯板上，然后連同氧化鋯鋯板放置在高含量氧化鋁的氧化鋁坩堝內，加蓋密閉燒結，按150°C /h的升溫速率加熱至1130°C 后保溫3小時，然后隨爐冷卻；(7)在陶瓷圓片的兩面涂上銀電極并測試其電性能。實施例2電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料，它的化學式為I^^LaJZivTid-yh/A，式中， 0. 08 彡 χ 彡 0. 12,0. 75 彡 y 彡 0. 85。電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，它包括以下步驟(1)選用純度為化學純或分析純的H3CKLa2O3JiO2和TW2作為原材料，根據 Lax (ZryTia^)w4O3中χ和y的范圍值進行計算并準確測量，提取各組分；(2)將各組分按照料、球和水的比為1 5 1. 1放入球磨裝置中進行球磨，球磨時間45小時；(3)將球磨后的混合物烘干并造粒，按200°C /h的升溫速率在氧化鋁坩堝內以 900°C的溫度保溫3小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)將煅燒后的燒塊稱量后放入立式振動磨裝置中進行立式振動磨，按照料、球和水的比為1 5 0.9進行，立式振動磨時間80小時，達到料漿平均粒徑不大于0.4 μ m，最大粒徑不大于2. Ομπι時，烘干球磨后的混合物；(5)按照料粉與石蠟比為100 8的比例進行合蠟操作，然后在200Mpa的壓強下壓片成型為Φ 14X1. 5圓片的毛坯；(6)將成型后的毛坯采取平放方式放置在氧化鋯鋯板上，然后連同氧化鋯鋯板放置在高含量氧化鋁的氧化鋁坩堝內，加蓋密閉燒結，按150°C /h的升溫速率加熱至1140°C 后保溫3小時，然后隨爐冷卻；(7)在陶瓷圓片的兩面涂上銀電極并測試其電性能。實施例3電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料，它的化學式為Pb(H)Liix (ZryTi(H)w4OfA,式中，A 為 Zn0、Ag20、Bi203 和 Si02，0. 08 彡 χ彡 0. 12,0. 75彡y 彡0. 85,0.1. Owt % 電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，它包括以下步驟(1)選用純度為化學純或分析純的 I^bO、La203> ZrO2, TiO2, ZnO, Ag2O, Bi2O3 和 SW2 作為原材料，根據Pb(1_x)Lax (ZryTi(1_y)) ^x74O3中χ和y的范圍值進行計算并準確稱量，提取各組分；( 將各組分按照料、球和水的比為1 5 1.2放入立式振動磨裝置中進行立式振動磨，立式振動磨時間50小時；(3)將立式振動磨后的混合物烘干并造粒，按200°C /h的升溫速率在氧化鋁坩堝內以950°C的溫度保溫3小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)按煅燒后的燒塊與A值的比例準確稱量后放入立式振動磨裝置中進行研磨， 立式振動磨按照料、球和水的比為1 5 1.0進行，立式振動磨時間80小時，達到料漿平均粒徑不大于0. 4 μ m，最大粒徑不大于2. 0 μ m時，烘干立式振動磨后的混合物；(5)按照料粉與石蠟比為100 8的比例進行合蠟操作，然后在200Mpa的壓強下壓片成型為Φ 14X1. 5圓片的毛坯；(6)將成型后的毛坯采取平放方式放置在氧化鋯鋯板上，然后連同氧化鋯鋯板放置在高含量氧化鋁的氧化鋁坩堝內，加蓋密閉燒結，按150°C /h的升溫速率加熱至1150°C 后保溫3小時，然后隨爐冷卻；(7)在陶瓷圓片的兩面涂上銀電極并測試其電性能。實施例4電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料，它的化學式為Pba^Liix (ZryTi(H)w4OJA,式中，A 為 Zn0、Ag20、Bi203 和 Si02，0. 08 彡 χ彡 0. 12,0. 75彡y 彡0. 85,0.1. Owt % 電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，它包括以下步驟(1)選用純度為化學純或分析純的 I^bO、La203> ZrO2, TiO2, ZnO, Ag2O, Bi2O3 和 SW2 作為原材料，根據Pb(1_x)Lax (ZryTi(1_y)) ^x74O3中χ和y的范圍值進行計算并準確稱量，提取各組分；( 將各組分按照料、球和水的比為1 5 1.2放入立式振動磨裝置中進行立式振動磨，立式振動磨時間40小時；(3)將立式振動磨后的混合物烘干并造粒，按200°C /h的升溫速率在氧化鋁坩堝內以850的溫度保溫3小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)按煅燒后的燒塊與A值的比例準確稱量后放入立式振動磨裝置中進行研磨，立式振動磨按照料、球和水的比為1 5 0.8進行，立式振動磨時間80小時，達到料漿平均粒徑不大于0. 5 μ m，最大粒徑不大于2. 0 μ m時，烘干立式振動磨后的混合物；(5)按照料粉與石蠟比為100 8的比例進行合蠟操作，然后在200Mpa的壓強下壓片成型為Φ 14X1. 5圓片的毛坯；(6)將成型后的毛坯采取平放方式放置在氧化鋯鋯板上，然后連同氧化鋯鋯板放置在高含量氧化鋁的氧化鋁坩堝內，加蓋密閉燒結，按150°C /h的升溫速率加熱至1130°C 后保溫3小時，然后隨爐冷卻；(7)在陶瓷圓片的兩面涂上銀電極并測試其電性能。實施例5電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料，它的化學式為Pb(H)Liix (ZryTi(H)w4OfA,式中，A為 Zn0、Ag20、Bi203和 Si02，0. 08 彡 χ 彡 0. 12,0. 75 彡 y 彡 0. 85,0.1. Owt% 電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，它包括以下步驟(1)選用純度為化學純或分析純的 I^bO、La203> ZrO2, TiO2, ZnO, Ag2O, Bi2O3 和 SW2 作為原材料，根據Pb(1_x)Lax (ZryTi(1_y)) ^x74O3中χ和y的范圍值進行計算并準確稱量，提取各組分；(2)將各組分按照料、球和水的比為1 5 1.2放入球磨裝置中進行球磨，球磨時間45小時；(3)將球磨后的混合物烘干并造粒，按200°C /h的升溫速率在氧化鋁坩堝內以 850°C的溫度保溫3小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)按煅燒后的燒塊與A值的比例準確稱量后放入球磨裝置中進行研磨，球磨按照料、球和水的比為1 5 0.9進行，球磨時間80小時，達到料漿平均粒徑不大于 0. 45 μ m,最大粒徑不大于2. 0 μ m時，烘干球磨后的混合物；(5)按照料粉與石蠟比為100 7. 5的比例進行合蠟操作，然后在200Mpa的壓強下壓片成型為Φ 14X1. 5圓片的毛坯；(6)將成型后的毛坯采取平放方式放置在氧化鋯鋯板上，然后連同氧化鋯鋯板放置在高含量氧化鋁的氧化鋁坩堝內，加蓋密閉燒結，按150°C /h的升溫速率加熱至1145°C 后保溫3小時，然后隨爐冷卻；(7)在陶瓷圓片的兩面涂上銀電極并測試其電性能。反鐵電陶瓷材料的化學組成式為I^^LaJZivTid-yh/A，式中， 0. 08 ^ χ ^ 0. 12，0. 75 ^ y ^ 0. 85，用化合價為正三價的鑭元素部分取代化合價為正二價的鉛元素，以及調整化合價為正四價的鋯元素與正四價的鈦元素的比例，以調整反鐵電陶瓷材料！3、-,)!^ (ZryTi(K)w4O3的基本性能，尤其是電容正電壓系數。在獲得認可的基本性能后，再添加改性劑A進一步改善其性能，尤其是大幅降低焙燒溫度(從1350°C降至1130°C )和介質損耗，還可以進一步提高電容正電壓系數。表一給出本發(fā)明典型配方的各種配比情況，表二給出本發(fā)明專利典型配方的電性能。選擇8#配方，按照上述原材料及工藝要求，采用立式振動磨磨料方式，生產200千克瓷料，并將瓷料按照普通MLCC(多層陶瓷電容器)生產工藝制作出CP41L-7860-1250V-104K 型號的反鐵電脈沖儲能MLCC(多層陶瓷電容器)。表一典型配方配比
權利要求
1.電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料，其特征在于它的化學式為!^(h) Lax (&yTi(“山-…?！笔街校?. 08 彡 χ 彡 0. 12,0. 75 ^ y ^ 0. 85。
2.根據權利要求1所述的電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料，其特征在于它的化學式為 Pb(1_x)L￡ix (ZryTi(1_y)) HZ4OJA，式中，A 為 ZnO, Ag2O, Bi2O3 和 SiO2,0. 08 彡 χ 彡 0. 12， 0. 75 ^ y ^ 0. 85,0. 5wt%^ A 彡 1. 0wt%。
3.電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，其特征在于它包括以下步驟(1)選用純度為化學純或分析純的I^bO、La2O3^ZrO2和TW2作為原材料，根據 Lax(ZryTia^)w4O3中χ和y的范圍值進行計算并準確稱量，提取各組分；(2)將各組分按照料、球和水的比為1 5 1.0 1.2放入研磨裝置中進行研磨，研磨時間40 50小時；(3)將研磨后的混合物烘干并造粒，按200°C/h的升溫速率在氧化鋁坩堝內以850 950°C的溫度保溫3小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)將煅燒后的燒塊稱量后放入研磨裝置中進行研磨，研磨按照料、球和水的比為 1:5: 0.8 1.0進行，研磨時間80小時，達到料漿平均粒徑不大于0.5μπι，最大粒徑不大于2. 0 μ m時，烘干研磨后的混合物；(5)按照料粉與石蠟比為100 7 8的比例進行合蠟操作，然后在200Mpa的壓強下壓片成型為Φ 14X1. 5圓片的毛坯；(6)將成型后的毛坯放置在氧化鋯鋯板上，然后連同氧化鋯鋯板放置在高含量氧化鋁的氧化鋁坩堝內，加蓋密閉燒結，按150°C /h的升溫速率加熱至1130 1150°C后保溫3小時，然后隨爐冷卻；(7)在陶瓷圓片的兩面涂上銀電極并測試其電性能。
4.根據權利要求3所述的電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，其特征在于 它包括以下步驟(1)選用純度為化學純或分析純的I^bO、La203>ZrO2, TiO2, ZnO, Ag2O, Bi2O3和SiR作為原材料，根據Pb(H)Liix(ZryTi(H))1^4O3中χ和y的范圍值進行計算并準確稱量，提取各組分；(2)將各組分按照料、球和水的比為1 5 1.0 1.2放入研磨裝置中進行研磨，研磨時間40 50小時；(3)將研磨后的混合物烘干并造粒，按200°C/h的升溫速率在氧化鋁坩堝內以850 950°C的溫度保溫3小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)按煅燒后的燒塊與A值的比例準確稱量后放入研磨裝置中進行研磨，研磨按照料、球和水的比為1 5 0. 8 1. 0進行，研磨時間80小時，達到料漿平均粒徑不大于 0. 5 μ m，最大粒徑不大于2. 0 μ m時，烘干研磨后的混合物；(5)按照料粉與石蠟比為100 7 8的比例進行合蠟操作，然后在200Mpa的壓強下壓片成型為Φ 14X1. 5圓片的毛坯；(6)將成型后的毛坯放置在氧化鋯鋯板上，然后連同氧化鋯鋯板放置在高含量氧化鋁的氧化鋁坩堝內，加蓋密閉燒結，按150°C /h的升溫速率加熱至1130 1150°C后保溫3小時，然后隨爐冷卻；(7)在陶瓷圓片的兩面涂上銀電極并測試其電性能。
5.根據權利要求3所述的電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，其特征在于 所述的研磨裝置為球磨裝置。
6.根據權利要求3所述的電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，其特征在于 所述的研磨裝置為立式振動磨裝置。
7.根據權利要求3所述的電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，其特征在于 所述的步驟(6)中的毛坯采取平放的方式放置在氧化鋯鋯板上。
8.根據權利要求3所述的電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料的制作方法，其特征在于 所述的步驟(6)中的高含量氧化鋁為含量大于95%的氧化鋁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電容正電壓系數反鐵電陶瓷材料及其制作方法，它的化學式為Pb(1-x)Lax(ZryTi(1-y))1-x/4O3，式中，0.08≤x≤0.12，0.75≤y≤0.85，其制作方法的步驟包括選取原材料，精確提取各組分；將各組分進行研磨；烘干、造粒后在氧化鋁坩堝中保溫密閉煅燒，然后冷卻；研磨，烘干；合蠟，壓片成型；將毛坯放置在坩堝中密閉燒結，加熱保溫后冷卻；涂上銀電極并測試其電性能。本發(fā)明采用簡單清晰的制作流程、穩(wěn)定性和重復性都很好的反鐵電陶瓷制作方法，生產出的脈沖儲能電容器具有電容正電壓系數大、介質損耗低和使用壽命長，同時具有體積小、容量大和耐壓性能好等特點。
文檔編號C04B35/491GK102432291SQ20111025928
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月4日 優(yōu)先權日2011年9月4日
發(fā)明者吳曉東, 張吉林, 毛祖佑, 趙碧全, 陳亞東 申請人:成都宏明電子科大新材料有限公司