專利名稱：一種高介電高壓陶瓷電容器介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特指一種高介電高壓陶瓷電容器介質(zhì)；它采用常規(guī)的陶瓷電容器介質(zhì)制備方法，利用電容器陶瓷普通化學(xué)原料，制備得到無(wú)鉛、無(wú)鎘的高介高壓陶瓷電容器介質(zhì)，還能降低電容器陶瓷的燒結(jié)溫度；該介質(zhì)適合于制備單片陶瓷電容器和多層片式陶瓷電容器，能大大降低陶瓷電容器的成本，同時(shí)能提高耐電壓以擴(kuò)大陶瓷電容器的應(yīng)用范圍，并且在制備和使用過(guò)程中不污染環(huán)境。
背景技術(shù)：
彩電、電腦、通迅、航空航天、導(dǎo)彈、航海等領(lǐng)域迫切需要擊穿電壓高、溫度穩(wěn)定性好、可靠性高、小型化、大容量的陶瓷電容器；一般單片高壓陶瓷電容器介質(zhì)的燒結(jié)溫度為 130(T143(TC，而本發(fā)明的陶瓷電容器介質(zhì)燒結(jié)溫度為125(T1270°C，這樣能大大降低高壓陶瓷電容器的成本，同時(shí)本專利電容器陶瓷介質(zhì)不含鉛和鎘，電容器陶瓷在制備和使用過(guò)程中不污染環(huán)境；另外，本發(fā)明的電容器陶瓷的介電常數(shù)高，這樣會(huì)提高陶瓷電容器的容量并且小型化，符合陶瓷電容器的發(fā)展趨勢(shì)，同樣也會(huì)降低陶瓷電容器的成本。通常用于生產(chǎn)高壓陶瓷電容器的介質(zhì)中含有一定量的鉛，這不僅在生產(chǎn)、使用和廢棄過(guò)程中對(duì)人體和環(huán)境造成危害，而且對(duì)性能穩(wěn)定性也有不良影響。中國(guó)期刊《電子元件與材料》1989年第5期在“高介高壓2B4介質(zhì)陶瓷” 一文中公開(kāi)了一種高壓陶瓷電容器介質(zhì)材料，該介質(zhì)材料采用97. 8wt. %BaTi03+0. 8wt. %Bi20 3+0. 7wt. %Nb205+0. 5wt. %Ce02+0. 2wt. %Mn02的配方，以常規(guī)的工藝制備試樣，其介電常數(shù) ε =2500^2600, tg δ =0. 5-1. 4%,直流耐壓強(qiáng)度為7KV/mm，該介質(zhì)雖屬無(wú)鉛介質(zhì)材料，但它存在耐壓性較差，介電常數(shù)太小。配方組成不同于本專利。中國(guó)專利“一種高壓陶瓷電容器介質(zhì)”(專利號(hào)ZL00112050. 6)公開(kāi)的電容器陶瓷介質(zhì)雖屬無(wú)鉛介質(zhì)材料，但介電常數(shù)為1860-3300，耐電壓可以達(dá)到10kV/mm以上(直流)， 燒結(jié)溫度為U60-1400°C，比本專利高；介電常數(shù)太小，遠(yuǎn)低于本專利，而且配方組成不同于本專利。中國(guó)期刊《江蘇陶瓷》1999年第2期在"BaTiO3系低溫?zé)筛呓閄7R電容器瓷料” 一文中公開(kāi)了一種BaTiO3中低溫?zé)筛呓闈M足X7R特性的電容器瓷料，該介質(zhì)材料的配方組成為(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))(BaTi03+Nd203) 89% 92%+Bi203 · 2Ti027 . 5 10%+低熔點(diǎn)玻璃料 0. 8%+50%Mn (NO3) 2 (水溶液)0. 205% ；其中，所用的低熔點(diǎn)玻璃料是硼硅酸鉛低熔點(diǎn)玻璃，介質(zhì)是含鉛的，并且未涉及耐電壓，介電常數(shù)小于3500，遠(yuǎn)小于本專利的介電常數(shù)，介質(zhì)的配方組成也不同于本發(fā)明專利。中國(guó)期刊《華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》1996年第3期在“中溫?zé)Y(jié)BaTiO3基多相鐵電瓷料X7R特性”一文中探討了 BaTiO3基瓷料中溫?zé)Y(jié)機(jī)制，分析了中溫?zé)Y(jié)BaTiO3 基瓷料的組成及不均勻結(jié)構(gòu)分布對(duì)介電常數(shù)與溫度特性的影響；所用的BaTiO3原料是采用化學(xué)共沉淀的方法來(lái)制備的，這樣會(huì)增加陶瓷電容器的成本，而本專利所用的BaTi03、 SrTiO3, CaZrO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成，組成不同于本專利，組分中含有一定量的鉛，并且未涉及耐電壓。另有專利“高介高性能中溫?zé)Y(jié)片式多層瓷介電容器瓷料”(專利申請(qǐng)?zhí)?br> 97117286.2)，它是采用固相法合成等價(jià)和異價(jià)離子同時(shí)取代(Sr2+，Zr4+, Sn4+，Nb5+) BaTiO3 固溶體，加入適量的硼鉛鋅銅玻璃燒結(jié)劑，使瓷料在中溫?zé)Y(jié)，其性能為介電常數(shù)大于等于16000，耐壓為700V/mm;該專利雖然介電常數(shù)高，但是所報(bào)道的材料的耐壓太差，僅為 700V/mm,另外其組分含有一定量的鉛。另有專利“高壓陶瓷電容器介質(zhì)的制造方法”(專利號(hào)91101958. 8)，其采用非常規(guī)工藝制備介質(zhì)，即流延成型膜，然后疊層介質(zhì)體，將多層介質(zhì)體進(jìn)行真空加熱勻壓、沖片、然后進(jìn)行排膠、燒成而得；該專利的缺點(diǎn)是制備工藝方法復(fù)雜、導(dǎo)致產(chǎn)品制造成本增加， 按其介質(zhì)配方制造所得的高壓電容器陶瓷的介電常數(shù)為1800-7200，介電常數(shù)太小，沒(méi)有本專利的介電常數(shù)高。還有中國(guó)專利“高性能中溫?zé)Y(jié)片式多層瓷介電容器瓷料”(專利申請(qǐng)?zhí)?br> 97117287.0)，它采用獨(dú)特的配方(重量百分比)(BaTi0393 96%+Nb2050. 8 1. 5%+Bi203l. 0 2. 2%+助熔劑1. 8^3. 5%+改性劑0. 25^1. 0%)得到中溫?zé)Y(jié)的滿足如下性能的電容器陶瓷介電常數(shù)為3000，介質(zhì)損耗小于1. 5%，耐壓為860V/mm ；該專利的助熔劑含有一定量的鉛，該專利的耐電壓太差，同時(shí)介電常數(shù)太低，遠(yuǎn)小于本專利。還有中國(guó)專利“一種中低溫?zé)Y(jié)高壓陶瓷電容器介質(zhì)”(專利申請(qǐng)?zhí)?200410041863. χ)，它采用獨(dú)特的配方(重量百分比)(BaTiO3 60-90%, SrTiO3 1-20% CaZrO 30· 1-10%, Nb2O5O. 01-1%, MgOO. 01-1%, CeO2O. 01-0. 8%, ZnOO. 01-0. 6%, Co2O3O. 03-1%,鉍鋰固溶體0. 05-10%)得到中溫?zé)Y(jié)的滿足如下性能的電容器陶瓷介電常數(shù)為200(Γ3000，耐電壓為6kV/mm以上，降低燒結(jié)溫度的添加物是鉍鋰固溶體，該專利的介電常數(shù)和耐電壓沒(méi)有本專利高，該專利的配方組成不同于本專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高介電高壓陶瓷電容器介質(zhì)。本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的
所述高介電高壓陶瓷電容器介質(zhì)配方組份按重量百分比計(jì)算BaTi0355-90%，SrTiO3 2-25%, MgZrO3 2-15%, Bi3NbZrO3 2-10%, CeO2 0. 1-1. 0%, ZnO 0. 5-1. 5%,，MnCO3O. 2-1. 0% ；其中BaTiO3和SrTi03、MgZrO3、Bi3NbZrO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。本發(fā)明的介質(zhì)中所用的Mg^O3是采用如下工藝制備的將常規(guī)的化學(xué)原料 MgO和^O2按1 :1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于1200°C -1230°C保溫 120分鐘，固相反應(yīng)合成Mg&03，冷卻后研磨過(guò)200目篩，備用。本發(fā)明的介質(zhì)中所用的Bi3NWrO3是采用如下工藝制備的將常規(guī)的化學(xué)原料Bi203、Nb2O5和^O2按3/2 1/2 1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于 9000C _960°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成Bi3NWrO3,冷卻后研磨過(guò)200目篩，備用。本發(fā)明采用常規(guī)的高壓陶瓷電容器介質(zhì)制備工藝，即首先采用常規(guī)的化學(xué)原料用固相法分別合成BaTi03、SrTi03、MgZrO3> Bi3NbZrO3,然后按配方配料將配合料球磨粉碎混合，進(jìn)行烘干后，加入粘合劑造粒，再壓制成生坯片，然后在空氣中進(jìn)行排膠和燒結(jié)，經(jīng)保溫并自然冷卻后，獲得陶瓷電容器介質(zhì)，在介質(zhì)上被電極即成。
上述陶瓷介質(zhì)的配方最好采用下列三種方案(重量百分比)
BaTi0360-86%, SrTi033-22%, MgZr033-12%, Bi3NbZr033-8%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 8-1. 3% ，MnCO3O. 2-0. 8% ；
BaTi0365-83%, SrTi033-19%, MgZr034-10%, Bi3NbZr033-8%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 9-1. 2%, MnCO3O. 4-0. 7% ；
BaTi0370-81%, SrTi035-15%, MgZr033-8%, Bi3NbZr034-7%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 9-1. 2%， MnCO3O. 5-0. 7%ο本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、本專利的介質(zhì)是中溫?zé)Y(jié)(125(T128(TC)鈦酸鋇鍶基電容器陶瓷，這樣能大大降低高壓陶瓷電容器的成本，本專利的介質(zhì)組分中不含鉛和鎘，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。2、本介質(zhì)的介電常數(shù)高，為10000以上；耐電壓高，直流耐電壓可達(dá)10kV/mm以上； 介質(zhì)損耗小，小于0. 5% ；本介質(zhì)的介電常數(shù)高，能實(shí)現(xiàn)陶瓷電容器的小型化和大容量，同樣能降低成本。3、本介質(zhì)的電容溫度變化率小，符合Y5U特性的要求；介質(zhì)損耗小于0. 5%，使用過(guò)程中性能穩(wěn)定性好，安全性高。4、主要原料采用陶瓷電容器級(jí)純即可制造出本發(fā)明的陶瓷介質(zhì)。5、本介質(zhì)采用常規(guī)的固相法陶瓷電容器介質(zhì)制備工藝即可進(jìn)行制備。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。表1給出本發(fā)明的實(shí)施例共9個(gè)試樣的配方。本發(fā)明的實(shí)施例共9個(gè)試樣的配方的主要原料采用陶瓷電容器級(jí)純，在制備時(shí)首先采用常規(guī)的化學(xué)原料用固相法分別合成BaTi03、SrTi03、MgZr03、Bi3Nb&03，然后按上述配方配料，將配好的料用蒸餾水或去離子水采用行星球磨機(jī)球磨混合，料球水的質(zhì)量比=1:3: (0. 6^1. 0)，球磨4、小時(shí)后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量纊10%的濃度為10%的聚乙烯醇溶液，進(jìn)行造粒，混研后過(guò)40目篩，再在2(T30Mpa壓力下進(jìn)行干壓成生坯片，然后在溫度為125(T1270°C下保溫廣4小時(shí)進(jìn)行排膠和燒結(jié)，再在78(T870°C下保溫15分鐘進(jìn)行燒銀，形成銀電極，再焊引線，進(jìn)行包封，即得陶瓷電容器，測(cè)試其介電性能； 上述各配方試樣的介電性能列于表2，從表2可以看出所制備的電容器陶瓷耐電壓高，可達(dá) 10kV/mm(直流電壓，DC)以上；介電常數(shù)為10000以上；介質(zhì)損耗小于0. 5% ；電容溫度變化率小，符合Y5U特性的要求。
表1本發(fā)明的實(shí)施例共9個(gè)試樣的配方
權(quán)利要求
1.一種高介電高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于所述電容器介質(zhì)的組份按重量百分比計(jì)算為:BaTi0355-90%, SrTiO3 2-25%, MgZrO3 2-15%, Bi3NbZrO3 2-10%, CeO2 0. 1-1. 0%, ZnO 0. 5-1. 5%,，MnCO3O. 2-1. 0% ；其中 BaTi03、SrTiO3、MgZrO3 和 Bi3NbZrO3 分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高介電高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于BaTi0360-86%， SrTi033-22%, MgZr033-12%, Bi3NbZr033-8%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 8-1. 3%，MnCO3O. 2-0. 8%。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高介電高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于BaTi0365-83%， SrTi033-19%, MgZr034-10%, Bi3NbZr033-8%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 9-1. 2%, MnCO3O. 4-0. 7% ；如權(quán)利要求1所述的一種高介電高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于BaTi0370-8P/。，SrT i035-15%, MgZr033-8%, Bi3NbZr034-7%, CeO2O. 2-0. 6%, ZnOO. 9-1. 2%，MnCO3O. 5-0. 7%。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高介電高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于所述Mg&03是采用如下工藝制備的將常規(guī)的化學(xué)原料MgO和^O2按1 :1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于1200°C -1230°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成Mg&03，冷卻后研磨過(guò) 200目篩，備用。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高介電高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于所述的 Bi3NbZrO3是采用如下工藝制備的將常規(guī)的化學(xué)原料Bi203、Nb2O5和^O2按3/2 :1/2 :1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于900°C-960°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成 Bi3Nl^rO3,冷卻后研磨過(guò)200目篩，備用。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特指一種高介電高壓陶瓷電容器介質(zhì)；所述電容器介質(zhì)的組份按重量百分比計(jì)算為BaTiO355-90%，SrTiO32-25%，MgZrO32-15%，Bi3NbZrO32-10%，CeO20.1-1.0%，ZnO0.5-1.5%,，MnCO30.2-1.0%；其中BaTiO3、SrTiO3、MgZrO3和Bi3NbZrO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。所制備的電容器陶瓷耐電壓高，直流電壓,可達(dá)10kV/mm以上，介電常數(shù)高，可以達(dá)到10000以上，電容溫度變化率小，符合Y5U特性的要求，介質(zhì)損耗小于0.5%，使用過(guò)程中性能穩(wěn)定性好，安全性高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
文檔編號(hào)H01G4/12GK102568821SQ201210034278
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者高春華, 黃新友 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)