本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，具體涉及一種滿足抗還原特性的具有巨介電常數(shù)以及優(yōu)異溫度穩(wěn)定性的X8R型多層陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法

背景技術(shù)：

片式多層陶瓷電容器(Multilayer Ceramic Capacitor，簡(jiǎn)稱MLCC)作為基礎(chǔ)電子元器件，除在智能手機(jī)、平板電腦、廣播電視、移動(dòng)通信、家用計(jì)算機(jī)、家用電器、測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療設(shè)備等民用產(chǎn)品及消費(fèi)電子中普遍使用外，在航空航天、坦克電子、軍用移動(dòng)通訊、武器彈頭控制和軍事信號(hào)監(jiān)控等軍用電子設(shè)備以及石油勘探等行業(yè)都具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。鈦酸鋇(BaTiO₃)基溫度穩(wěn)定型MLCC用介質(zhì)材料因其對(duì)環(huán)境無(wú)害，一直是研究的熱點(diǎn)，

傳統(tǒng)MLCC采用中溫?zé)Y(jié)工藝，與之匹配的內(nèi)電極采用用Pt、Pd等貴金屬作為內(nèi)電極材料，這占據(jù)MLCC制造成本60％～70％。隨著MLCC需求量的增加，MLCC向著大容量化發(fā)展，其內(nèi)部介質(zhì)層數(shù)增加，相應(yīng)地，內(nèi)電極層數(shù)也隨之增加，MLCC制造成本不斷提高。采用鎳金屬作為內(nèi)電極成本為銀鈀電極的二十分之一，極大地減少了成本，

鎳金屬內(nèi)電極多層陶瓷電容器(Ni-MLCC)具有電阻率低、減少內(nèi)外電極等效電阻等優(yōu)點(diǎn)，但需在還原氣氛下燒結(jié)以防止鎳電極被氧化，BaTiO₃在還原氣氛下燒結(jié)會(huì)出現(xiàn)半導(dǎo)體化，絕緣電阻率下降，成為半導(dǎo)體，失去介質(zhì)性能。因此制作Ni-MLCC關(guān)鍵在于研制出鎳電極共燒匹配抗還原介質(zhì)材料。巨介電常數(shù)(ε>10³)的高溫度穩(wěn)定低損耗介質(zhì)材料是制作高性能儲(chǔ)能器件的理想材料，可應(yīng)用在髙介MLCC，固態(tài)超級(jí)電容器等領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，在于克服現(xiàn)有技術(shù)的陶瓷電容器介質(zhì)的容量變化率雖能達(dá)到X8R的要求，但是不能避免在還原氣氛下鈦酸鋇基介質(zhì)材料出現(xiàn)半導(dǎo)化的問(wèn)題。解決巨介電常數(shù)介質(zhì)材料中存在的介電損耗與穩(wěn)定性之間的不匹配問(wèn)題。同時(shí)，避免生產(chǎn)或者合成組分中含鉛，危害環(huán)境。提供一種巨介電常數(shù)且具有優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性的無(wú)鉛X8R型多層陶瓷電容器介質(zhì)材料及其制備方法。

本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種抗還原巨介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質(zhì)材料，以BaTiO₃粉體為基料，在此基礎(chǔ)上，外加質(zhì)量百分比為0.3～1.3％的Na_0.5Bi_0.5TiO₃及0.6～3.5％的Nb₂O₅；

所述的Na_0.5Bi_0.5TiO₃，是將Na₂CO₃、Bi₂O₃和TiO₂按摩爾量比為1:1:4合成；

該抗還原巨介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質(zhì)材料的制備方法，具有如下步驟：

(1)合成Na_0.5Bi_0.5TiO₃

將Na₂CO₃、Bi₂O₃和TiO₂按摩爾量比為1:1:4進(jìn)行配料，混合球磨4小時(shí)后烘干、過(guò)40目分樣篩，于950℃煅燒4小時(shí)，制得Na_0.5Bi_0.5TiO₃；

(2)以BaTiO₃作為基料，摻雜質(zhì)量百分比0.3～1.3％的Na_0.5Bi_0.5TiO₃，混合球磨4小時(shí)，烘干后于1050℃空氣氣氛煅燒8小時(shí)，制得BT-NBT混合物；

(3)在BT-NBT中添加質(zhì)量百分比的0.6～3.5％的Nb₂O₅，所配原料與去離子水混合后球磨4～8小時(shí)，烘干后外加質(zhì)量百分比為7％的粘結(jié)劑，過(guò)80目分樣篩造粒；

(4)將步驟(3)的造粒粉料壓制成生坯，經(jīng)排膠后，于氫氣百分比為0％～5％的氮?dú)浠旌线€原氣氛中1290℃～1315℃燒結(jié)，氣體流速40～120mL/min，保溫3小時(shí)，制得抗還原巨介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。

所述Na_0.5Bi_0.5TiO₃的外加質(zhì)量百分比為0.5wt％。

所述步驟(4)的生坯為Ф15×1～1.3mm的圓片生坯。

所述步驟(4)的生坯經(jīng)3.5小時(shí)升溫至550℃排膠，再經(jīng)3.5小時(shí)升至1300℃燒結(jié)，保溫3小時(shí)，升溫速率控制在3～4℃/min。

所述步驟(4)中通入的氮?dú)浠旌蠚怏w氣流流速為80mL/min。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明公開(kāi)的多層陶瓷電容器介質(zhì)材料通過(guò)鈦酸鉍鈉及五氧化二鈮的添加，在還原氣氛下燒結(jié)，可阻止鈦酸鋇半導(dǎo)化進(jìn)程加劇，顯著提升了介電常數(shù)，具有寬的工作溫區(qū)和較低的介電損耗。

(2)本發(fā)明公開(kāi)的多層陶瓷電容器介質(zhì)材料具有優(yōu)良的介電性能：在-55℃～150℃溫區(qū)內(nèi)，電容量變化率在±15％以內(nèi)，且具有很高的室溫介電常數(shù)(～13700)和較低介電損耗(～0.06)，電阻率大于10¹⁰Ω·cm。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

首先，用電子天平稱量分析純級(jí)(≥99％)的將2.6497g Na₂CO₃、11.6490g Bi₂O₃和7.9898gTiO₂混合，以去離子水作為球磨介質(zhì)，球磨4小時(shí)后烘干、過(guò)篩，于950℃煅燒制得Na_0.5Bi_0.5TiO₃；

將20g BaTiO₃和0.10g Na_0.5Bi_0.5TiO₃混合球磨4小時(shí)，烘干，在1050℃煅燒8小時(shí)；在煅燒后的BT-NBT中添加0.5gNb₂O₅與去離子水混合后球磨4小時(shí)，烘干后外加質(zhì)量百分比為7％的石蠟，過(guò)80目分樣篩造粒。

成型與燒結(jié)：

將造粒后的粉料在3MPa下壓制成Ф15×1.2mm的圓片生坯，在流速為80ml/min氮?dú)鈿饬髦校?jīng)3.5小時(shí)升溫至550℃排膠，再經(jīng)3.5小時(shí)升至1300℃燒結(jié)，保溫3小時(shí)，制得巨介溫度穩(wěn)定型多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。

在所得制品上下表面均勻涂覆銀漿，經(jīng)850℃燒滲制備電極，制得待測(cè)樣品，測(cè)試介電性能及TC特性。

實(shí)施例2-4

實(shí)施例2-4的不同組分以及燒結(jié)條件詳見(jiàn)表1，其他制作工藝與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例1-4的具體原料配比詳見(jiàn)表1。

表1

本發(fā)明的測(cè)試方法如下：

(1)介電性能測(cè)試(交流測(cè)試信號(hào)：頻率為1kHz，電壓為1V)

使用HEWLETT PACKARD 4278A型電容量測(cè)試儀測(cè)試樣品的電容量C和損耗tanδ，并計(jì)算出樣品的介電常數(shù)，計(jì)算公式為：

(2)TC特性測(cè)試

利用GZ-ESPEC MPC-710P型高低溫循環(huán)溫箱、HM27002型電容器C-T/V特性專用測(cè)試儀和HEWLETT PACKARD 4278A進(jìn)行測(cè)試。測(cè)量樣品在溫區(qū)-55℃～150℃內(nèi)的電容量，采用下述公式計(jì)算電容量變化率：

本發(fā)明具體實(shí)施例的介電性能及TC特性的檢測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2

本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，很多細(xì)節(jié)的變化是可能的，但這并不因此違背本發(fā)明的范圍和精神。