專利名稱：溫度穩(wěn)定復(fù)相鐵電陶瓷及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及復(fù)相鐵電陶瓷制備技術(shù)。
弛豫性鐵電陶瓷如Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3基陶瓷因其優(yōu)異的介電性能和低溫?zé)Y(jié)性能而成為取代傳統(tǒng)BaTiO3基陶瓷電介質(zhì)用于高性能多層陶瓷電容器的最佳候選材料，但該類材料在應(yīng)用溫度范圍內(nèi)只具有一個(gè)相變峰，因而采用單相結(jié)構(gòu)難以獲得高溫度穩(wěn)定如X7R組別的多層陶瓷電容器瓷料。1986年日本學(xué)者H.Takahara等人研究表明采用復(fù)相結(jié)構(gòu)可以有效地改善溫度特性，但如采用傳統(tǒng)陶瓷制備工藝，高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中復(fù)相組元之間易發(fā)生固溶反應(yīng)形成固溶體，得不到溫度穩(wěn)定復(fù)相鐵電陶瓷，因此制備溫度穩(wěn)定復(fù)相鐵電陶瓷的關(guān)鍵是如何采取有效措施抑制兩相之間的固溶反應(yīng)。迄今，抑制兩相之間固溶反應(yīng)而用于制備溫度穩(wěn)定復(fù)相鐵電陶瓷的措施主要有增大粉料顆粒粒度、熱等靜壓燒結(jié)以降低燒結(jié)溫度、不均勻混合及交替疊層技術(shù)。采用以上措施雖能有效地抑制兩相之間反應(yīng)進(jìn)而獲得兩相共存的復(fù)相陶瓷，但以上技術(shù)均不適用于多層陶瓷電容器瓷料的工業(yè)化生產(chǎn)，并且燒結(jié)溫度高(1130～1300℃)，介電性能不佳。迄今為止，高性能低燒Pb(Zn1/3Nb2/3)O3基復(fù)相鐵電X7R電容器陶瓷國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)道。
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種溫度穩(wěn)定復(fù)相鐵電陶瓷及其制備工藝，其特點(diǎn)在于充分利用Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-BaTiO3-PbTiO3系統(tǒng)居里溫度連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn)，選用兩種具有不同居里溫度的組成構(gòu)成高、低溫組元，并制成燒塊，然后采用溶膠-凝膠技術(shù)在兩相或其中一相顆粒表面均勻包覆一層低熔物包覆層，用以降低復(fù)合體的燒結(jié)溫度，抑制兩組元之間在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中的固溶反應(yīng)，從而得到具有溫度穩(wěn)定X7R特性的復(fù)相鐵電陶瓷，其制備工藝具有工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)易于控制等特點(diǎn)，可用于復(fù)相陶瓷的制備，特別適用于溫度穩(wěn)定復(fù)相鐵電電容器陶瓷的制備。
本發(fā)明的陶瓷由PbO、ZnO、Nb2O5、TiO2和BaO組成，兩種組元的組成式分別為(Pb1-xBax)[(Zn1/3Nb2/3)1-x-yTix+y]O3和(Pb1-zBaz)[(Zn1/3Nb2/3)1-zTiz]O3，并按以下組成構(gòu)成復(fù)相陶瓷(1-m)(Pb1-xBax)[(Zn1/3Nb2/3)1-x-yTix+y]O3--m(Pb1-zBaz)[(Zn1/3Nb2/3)1-zTiz]O3，組分含量為0.05≤x≤0.15，0.05≤y≤0.15，0.20≤z≤0.40，0.50≤m≤0.80。
本發(fā)明所提供的顆粒包覆技術(shù)路線為首先將一定重量的待包覆粉末分散在水、乙醇等溶劑中，然后將一定量包覆層元素的有機(jī)鹽溶液加于其中，攪拌均勻，再加入適量氫氟酸水溶液，攪拌2～8小時(shí)，在干燥器中干燥后，于500～800℃煅燒1～2小時(shí)即完成粉末的包覆工藝。
本發(fā)明提供的溫度穩(wěn)定復(fù)相陶瓷的制備工藝過(guò)程如下把配料所需的原料ZnO、Nb2O5按摩爾比1∶1配料，并在1000℃條件下合成ZnNb2O6，然后將Pb3O4、TiO2、BaCO3及磨細(xì)后的ZnNb2O6按配方b1-xBax)[(Zn1/3Nb2/3)2-x-yTix+y]O3和(Pb1-zBaz)[(Zn1/3Nb2/3)1-zTiz]O3配料，組分含量為0.05≤x≤0.15，0.05≤y≤0.15，0.20≤z≤0.40，球磨到足夠細(xì)度后，分別在900～1100℃煅燒，合成具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的兩種燒塊，兩種燒塊破碎后重新進(jìn)行球磨備用。
將以上制備的粉料按粉料與乙醇的重量比為1∶1的比例稱量并分散于乙醇中，按加入SiO2、B2O3的量為2～10mol％的比例稱量正硅酸乙酯和硼酸三丁酯，加入到分散體系中，攪拌混合半小時(shí)后，再加入1當(dāng)量濃度的氫氟酸，氫氟酸與正硅酸乙酯和硼酸三丁酯的摩爾比為8～12∶1，混合2～8小時(shí)，出料后在干燥器中烘干，于500～800℃煅燒1～2小時(shí)。
將以上步驟制備的兩種組元的粉料按(1-m)(Pb1-xBax)[(Zn1/3Nb2/3)1-x-yTix+y]O3--m(Pb1-zBaz)[(Zn1/3Nb2/3)1-zTiz]O3(其中0.5≤m≤0.80)配料，經(jīng)混合、成型后于950～1100℃保溫0.5～2小時(shí)條件下燒結(jié)成復(fù)相陶瓷。
本發(fā)明提供的溫度穩(wěn)定復(fù)相鐵電電容器陶瓷具有以下效果燒成溫度低為950～1100℃，瓷質(zhì)致密，室溫介電常數(shù)為2900～3400，介質(zhì)損耗小于2.0％，電容溫度變化率TCC滿足EIA標(biāo)準(zhǔn)中X7R組別要求(-55～+125℃內(nèi)TCC不超過(guò)±15％)，老化特性好，十倍期老化率小于1.0％。
本發(fā)明的實(shí)施例如下實(shí)施例1把配料所需的原料ZnO、Nb2O5、Pb3O4、TiO2、BaCO3依照以下配方(1-m)(Pb1-xBax)[(Zn1/3Nb2/3)1-x-yTix+y]O3--m(Pb1-zBaz)[(Zn1/3Nb2/3)1-zTiz]O3，其中x＝0.05、y＝0.05、z＝0.20、m＝0.60，按上述工藝過(guò)程制備陶瓷，所得瓷料性能達(dá)到如下指標(biāo)室溫介電常數(shù)為2930，介質(zhì)損耗tgδ＝1.3％，電容溫度變化率滿足EIA標(biāo)準(zhǔn)中X7R組別要求。
實(shí)施例2把配料所需的原料ZnO、Nb2O5、Pb3O4、TiO2、BaCO3依照以下配方(1-m)(Pb1-xBax)[(Zn1/3Nb2/3)1-x-yTix+y]O3--m(Pb1-zBaz)[(Zn1/3Nb2/3)1-zTiz]O3，其中x＝0.08、y＝0.12、z＝0.30、m＝0.70，按上述工藝過(guò)程制備陶瓷，所得瓷料性能達(dá)到如下指標(biāo)室溫介電常數(shù)為3240，介質(zhì)損耗tgδ＝1.5％，電容溫度變化率滿足EIA標(biāo)準(zhǔn)中X7R組別要求。
實(shí)施例3把配料所需的原料ZnO、Nb2O5、Pb3O4、TiO2、BaCO3依照以下配方(1-m)(Pb1-xBax)[(Zn1/3Nb2/3)1-x-yTix+y]O3--m(Pb1-zBaz)[(Zn1/3Nb2/3)1-zTiz]O3，其中x＝0.15、y＝0.15、z＝0.35、m＝0.75，按上述工藝過(guò)程制備陶瓷，所得瓷料性能達(dá)到如下指標(biāo)室溫介電常數(shù)為3010，介質(zhì)損耗tgδ＝1.7％，電容溫度變化率滿足EIA標(biāo)準(zhǔn)中X7R組別要求。
權(quán)利要求
1.溫度穩(wěn)定復(fù)相鐵電陶瓷及其制備工藝，特征在于，陶瓷以(Pb1-xBax)[(Zn1/3Nb2/3)2-x-yTix+y]O3和(Pb1-zBaz)[(Zn1/3Nb2/3)1-zTiz]O3兩種燒塊為兩組元，復(fù)相陶瓷的結(jié)構(gòu)式為(Pb1-xBax)[(Zn1/3Nb2/3)2-x-yTix+y]O3--m(Pb1-zBaz)[(Zn1/3Nb2/3)1-zTiz]O3組分含量為0.05≤x≤0.15，0.05≤y≤0.15，0.20≤z≤0.40，0.5≤m≤0.80。
2.溫度穩(wěn)定復(fù)相鐵電陶瓷及其制備工藝，特征在于，在粉體顆粒表面以低熔物均勻包覆，以降低復(fù)相陶瓷的燒結(jié)溫度、抑制兩相固溶反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備工藝，首先，把配料所需的原料ZnO、Nb2O5按摩爾比1∶1配料，并在1000℃條件下合成ZnNb2O6，其特征在于，其次將Pb3O4、TiO2、BaCO3及磨細(xì)后的ZnNb2O6按配方(Pb1-xBax)[(Zn1/3Nb2/3)2-x-yTix+y]O3和(Pb1-zBaz)[(Zn1/3Nb2/3)1-zTiz]O3配料，組分含量為0.05≤x≤0.15，0.05≤y≤0.15，0.20≤z≤0.40，球磨到足夠細(xì)度后，分別在900～1100℃煅燒，合成具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的兩種燒塊，兩種燒塊破碎后重新進(jìn)行球磨備用。再次，將以上制備的粉料按粉料與乙醇的重量比為1∶1的比例稱量并分散于乙醇中，按加入SiO2、B2O3的量為2～10mol％的比例稱量正硅酸乙酯和硼酸三丁酯，加入到分散體系中，攪拌混合半小時(shí)后，再加入1當(dāng)量濃度的氫氟酸，氫氟酸與正硅酸乙酯和硼酸三丁酯的摩爾比為8～12∶1，混合2～8小時(shí)，出料后在干燥器中烘干，于500～800℃煅燒1～2小時(shí)。最后，將以上步驟制備的兩種組元的粉料按(1-m)(Pb1-xBax)[(Zn1/3Nb2/3)2-x-yTix+y]O3--m(Pb1-zBaz)[(Zn1/3Nb2/3)1--zTiz]O3(其中0.5≤m≤0.80)配料，經(jīng)混合、成型后于950～1100℃保溫0.5～2小時(shí)條件下燒結(jié)成復(fù)相陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種溫度穩(wěn)定復(fù)相鐵電X7R電容器陶瓷及其制備工藝，陶瓷的組成通式為(1-m)(Pb
文檔編號(hào)H01L41/18GK1136027SQ9611865
公開(kāi)日1996年11月20日 申請(qǐng)日期1996年4月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月4日
發(fā)明者姚熹, 岳振星, 王曉莉, 張良瑩 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)