專利名稱：新型無鉛x8r型電容器陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
多層陶瓷電容器(MLCC)是電子信息技術(shù)的重要基礎(chǔ)器件。目前廣泛應(yīng)用的兩類X7R陶瓷電容器(-55 125°C，Δ C/C彡士 15% )材料是鉛基弛豫鐵電體材料和BaTiO3體 系材料，它們在更高溫度條件下使用時(shí)均存在不可克服的不足。鉛基弛豫鐵電體材料雖然 具有燒結(jié)溫度低等優(yōu)點(diǎn)，但其介電常數(shù)尚待提高，且鉛對人體和環(huán)境均有很大的危害，有些 國家甚至醞釀立法禁止使用含鉛的電子材料，這也限制了該體系的應(yīng)用。鈦酸鋇陶瓷及其 固溶體因優(yōu)良的絕緣、鐵電性能和環(huán)境友好特性已被廣泛用于制備多層電容器X7R材料， 但存在BaTiO3居里溫度偏低(125°C左右)問題，致使在高于125°C條件下使用很難滿足電 容溫度變化率士 15%)的要求。如在航空航天、汽車工業(yè)、軍用移動通訊等特殊領(lǐng) 域的應(yīng)用中，要求MLCC的工作溫度上限可提高到150°C以上，X7R瓷料則無法滿足此要求， 因此研究和發(fā)展適用工作溫度更高、溫度范圍更寬的MLCC瓷料是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。評價(jià) 高介電高比容性能水平的一個重要技術(shù)指標(biāo)是它的溫度特性，即電容量在寬泛的溫度范圍 內(nèi)呈現(xiàn)平穩(wěn)的變化是一個基本要求。專利申請?zhí)枮?00910061600 的發(fā)明專利公開 了一種 xBi (Mg1/2Ti1/2) O3-(l_x) BaTiO3, χ = 0. 3 0. 5的高溫穩(wěn)定電容器陶瓷材料，其介電譜表明雖然其在100 200°C 具有明顯的平臺，具有穩(wěn)定的電容溫度系數(shù)，在150 200°C溫度范圍甚至更高的溫度具有 較低的損耗(<0.5% )。但其在低溫段的高電容變化率、高介電損耗也成為其最大的缺點(diǎn)， 限制了它在MLCC方面的應(yīng)用。Nb通常作為BaTiO3體系的摻雜劑，發(fā)揮它的施主作用，用于改善低溫區(qū)的介電溫 度穩(wěn)定性，適當(dāng)?shù)腘b摻雜量能得到更好的介電溫度穩(wěn)定性，因?yàn)镹b5+能抑制Ti3+的產(chǎn)生， 大大降低介電損耗。Brzozowski 等[Ceramics International, 2002. 28 :773_777]研究 Nb 作為摻雜劑摻雜BaTiO3陶瓷時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻鈮量低于0. 15mol%時(shí)，因其難以在陶瓷內(nèi)部達(dá)到 均勻分布，富鈮區(qū)的晶粒生長得到抑制，且由于大量的鈮取代鈦，引起鈦的偏析，生成雜質(zhì) 相；而在貧鈮區(qū)，晶粒異常長大，晶粒間及其內(nèi)部生成大量氣孔，因而導(dǎo)致密度下降。當(dāng)摻量 達(dá)到0. 3mol%時(shí)，Nb容易在陶瓷內(nèi)部達(dá)到較均勻的分布，因而其晶粒均勻、細(xì)小、致密性較 好，但當(dāng)摻鈮量進(jìn)一步增大時(shí)，大量雜質(zhì)相的生成使得密度呈現(xiàn)減小的趨勢。隨著摻雜物濃 度的增加，鈣鈦礦晶格內(nèi)的摻雜陽離子濃度增加，會導(dǎo)致居里溫度的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種符合X8R的寬工作溫度范圍、高溫穩(wěn)定性 好、環(huán)保的新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料及其制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料，其特征在于該材料由主成分和摻雜成分組成，主成分的化學(xué)分子式為(I-X)BaTiO3-XBi(Mg1Z2Ti1Z2)O3, χ = 0. 1 0. 3，摻雜成分為Nb2O5， Nb2O5以重量計(jì)為主成分的1 3%。上述新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟1)按(I-X)BaTiO3-XBi(Mg^2Tiv2)O3, χ = 0. 1 0. 3 的化學(xué)計(jì)量比為 (1-χ) χ/2 χ/2 (l-x/2)選取 BaC03、Mg0、Bi203 和 TiO2 原料，備用;2)將BaC03、MgO、Bi2O3和TiO2在無水乙醇中球磨混合24h 36h，混勻，烘干，升溫至 850°C 1050°C預(yù)煅燒 2 3 小時(shí)，冷卻，得到(1 x)BaTiO3-XBi (Mgl72Til72)O3, χ = 0. 1 0. 3粉末；加入Nb2O5，Nb2O5的加入量為粉末質(zhì)量的1 3%，然后加入無水乙醇，球 磨24 36小時(shí)，烘干，得到陶瓷粉末；3)經(jīng)步驟2)處理得到的陶瓷粉末，加入為陶瓷粉末質(zhì)量3 5%的粘結(jié)劑，混合 均勻，壓片，得陶瓷生坯片；將陶瓷生坯片于600°C 650°C保溫2小時(shí)，然后升溫至1000 1200°C，保溫?zé)Y(jié)1 4小時(shí)即得。按上述方案，步驟2)中所述的升溫速率為3 5°C /min。按上述方案，步驟3)中所述的升溫速率為3 5°C /min。按上述方案，步驟3)中所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇或水玻璃。本發(fā)明的有益效果是1、符合X8R的寬工作溫度范圍，高溫穩(wěn)定性好通過摻雜Nb2O5使 BaTiO3-Bi (Mgl72Til72) O3體系電容器陶瓷材料低溫段穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，并且具有穩(wěn)定的電容 溫度系數(shù)，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性，在-55 156°C溫度范圍內(nèi)的容溫變化率不超出士 15% 的范圍，符合X8R型高溫多層電容器材料的要求，有望作為陶瓷材料應(yīng)用于新一代環(huán)境友 好的高溫穩(wěn)定陶瓷電容器。2、低介電損耗在-55 156°C溫度范圍內(nèi)具有較低的介電損耗(< 6. 3% )，并 且介電損耗隨溫度的升高而逐漸下降，其中室溫25°C的介電損耗僅為0.9%。3、本發(fā)明得到的陶瓷材料不含鉛，環(huán)保。


圖1是實(shí)施例1制備的新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料在IkHz時(shí)介電常數(shù)及介 電損耗隨溫度的變化圖。圖2為實(shí)施例1制備的新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料在IkHz時(shí)容溫變化率(以 25°C為基準(zhǔn))隨溫度的變化圖，虛線框內(nèi)為該材料的容溫變化率不超過士 15%的范圍。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的 內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。本發(fā)明的新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料，由主成分和摻雜成分組成<formula>formula see original document page 4</formula>,主成分的化學(xué)分子式為<formula>formula see original document page 4</formula>，摻雜成分為Nb2O5，y表示Nb2O5以重量計(jì)為主成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，y = 1 3 % 。實(shí)施例1
新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料，表達(dá)式為0. 85BaTi03-0.15Bi (Mg1/2Ti1/2) 03+2% Nb2O5。上述新型無鉛X8R型電容器陶瓷的制備方法，它包括如下步驟1)按 0. 85BaTi03_0. 15Bi (Mg1/2Ti1/2)03 中的化學(xué)計(jì)量比為0.85 0. 075 0. 075 0. 925 選取 BaC03、MgO、Bi2O3 和 TiO2 原料，備用；2)將BaC03、Mg0、Bi203和TiO2在無水乙醇中球磨混合24h，烘干，升溫至1000°C預(yù) 煅燒2小時(shí)，升溫速率為3°C /min ；冷卻，得粉末，加入Nb2O5，Nb2O5加入量為粉末質(zhì)量的2% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，然后在無水乙醇中球磨24小時(shí)，烘干制得陶瓷粉末；3)陶瓷粉末中加入粘結(jié)劑聚乙烯醇，粘結(jié)劑的加入量為陶瓷粉末質(zhì)量的5% (質(zhì) 量百分?jǐn)?shù))，混合均勻，壓片，得陶瓷生坯片；陶瓷生坯片于600°C保溫2小時(shí)排出聚乙烯醇， 然后升溫至1150°C，升溫速率為3°C /min，保溫2小時(shí)燒結(jié)即得。實(shí)施例1得到的陶瓷片樣品，上銀漿測試其介電性能，得到其介電常數(shù)及介電損 耗隨溫度的變化圖(見圖1)和其容溫變化率(以25°C為基準(zhǔn))隨溫度的變化圖(見圖2)。 這說明了本實(shí)施例得到的新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料在IkHz下，具有穩(wěn)定的電容溫度 系數(shù)，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性，且在-55 156°C的溫度范圍內(nèi)容溫變化率不超出士 15%的 范圍，符合X8R型高溫多層電容器材料的要求；在-55 156°C溫度范圍具有較低的介電損 耗(< 6. 3% )，其中室溫25°C的介電損耗僅為0.9%。實(shí)施例2 新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料，表達(dá)式為0. 8BaTi03-0. 2Bi (Mg1/2Ti1/2)03+1 % Nb2O5。上述新型無鉛X8R型電容器陶瓷的制備方法，它包括如下步驟1)按 0. 8BaTi03-0. 2Bi (Mg1/2Ti1/2) O3 中的化學(xué)計(jì)量比選取 BaC03、Mg0、Bi203 和 TiO2 原料，備用；2)將BaC03、MgO、Bi2O3和TiO2在無水乙醇中球磨混勻30h，烘干，升溫至950°C預(yù) 煅燒2小時(shí)，升溫速率為3°C /min ；冷卻，得粉末，加入Nb2O5，Nb2O5的加入量為粉末質(zhì)量的 為(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，然后在無水乙醇中球磨24小時(shí)，烘干制得陶瓷粉末；3)陶瓷粉末中加入粘結(jié)劑聚乙烯醇，粘結(jié)劑的加入量為陶瓷粉末質(zhì)量的4% (質(zhì) 量百分?jǐn)?shù))，混合均勻，壓片，得陶瓷生坯片；陶瓷生坯片于650°C保溫2小時(shí)排出聚乙烯醇， 然后升溫至1200°C，升溫速率為4°C /min，保溫?zé)Y(jié)1小時(shí)即得。實(shí)施例3 新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料，表達(dá)式為0. 7BaTi03-0. 3Bi (Mgl72Til72) 03+3 % Nb2O5。上述新型無鉛X8R型電容器陶瓷的制備方法，它包括如下步驟1)按 0. 7BaTi03-0. 3Bi (Mg1/2Ti1/2) O3 中的化學(xué)計(jì)量比為 0. 7 0. 15 0. 15 0. 85 選取BaCO3> MgO、Bi2O3和TiO2原料，備用；2)將BaC03、MgO、Bi2O3和TiO2在無水乙醇中球磨混勻36h，烘干，升溫至850°C預(yù) 煅燒2小時(shí)，升溫速率為3°C /min ；冷卻，加入Nb2O5，Nb2O5加入量為粉末質(zhì)量的3% (質(zhì)量 百分?jǐn)?shù))，然后在無水乙醇中球磨36小時(shí)，烘干制得陶瓷粉末；3)陶瓷粉術(shù)中加入粘結(jié)劑水玻璃，粘結(jié)劑的加入量為陶瓷粉末質(zhì)量的3%，混合均勻，壓片，得陶瓷生坯片；陶瓷生坯片于650°C保溫2小時(shí)排出水玻璃，然后升溫至 1100°C，升溫速率為5°C /min，保溫?zé)Y(jié)4小時(shí)即得。 本發(fā)明所列舉的各原料都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及各原料的上下限取值、區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明的工藝參數(shù)(如溫度、時(shí)間等)的上下限取值以及區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明，在此不一一列舉實(shí)施例。
權(quán)利要求
新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料，其特征在于該材料由主成分和摻雜成分組成，主成分的化學(xué)分子式為(1-x)BaTiO3-xBi(Mg1/2Ti1/2)O3，x＝0.1～0.3，摻雜成分為Nb2O5，Nb2O5以重量計(jì)為主成分的1～3％。
2.權(quán)利要求1所述的新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料的制備方法，其特征在于它包括 如下步驟1)按(l-x)BaTi03-xBi(Mg1/2Ti1/2)03，x= 0. 1 0. 3 的化學(xué)計(jì)量比為 (1-x):x/2 :x/2 (l-x/2)選取 BaC03、Mg0、Bi203 和 TiO2 原料，備用;2)將BaC03、MgO、Bi2O3和TiO2在無水乙醇中球磨混合24h 36h，混勻，烘干，升溫至 850°C 1050°C預(yù)煅燒 2 3 小時(shí)，冷卻，得到(1 x)BaTiO3-XBi (Mg1/2Ti1/2)O3,χ = 0. 1 0. 3粉末；加入Nb2O5，Nb2O5的加入量為粉末質(zhì)量的1 3%，然后加入無水乙醇，球磨24 36小時(shí)，烘干，得到陶瓷粉末；3)經(jīng)步驟2)處理得到的陶瓷粉末，加入為陶瓷粉末質(zhì)量3 5%的粘結(jié)劑，混合均 勻，壓片，得陶瓷生坯片；將陶瓷生坯片于600°C 650°C保溫2小時(shí)，然后升溫至1000 1200°C，保溫?zé)Y(jié)1 4小時(shí)即得。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料的制備方法，其特征在于 所述步驟2)中的升溫速率為3 5°C /min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料的制備方法，其特征在于 所述步驟3)中的升溫速率為3 5°C /min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料的制備方法，其特征在于 所述步驟3)中的粘結(jié)劑為聚乙烯醇或水玻璃。
全文摘要
一種新型無鉛X8R型電容器陶瓷材料及其制備方法。該材料由主成分和摻雜成分組成，主成分化學(xué)分子式為(1-x)BaTiO3-xBi(Mg1/2Ti1/2)O3，x＝0.1～0.3，摻雜成分為Nb2O5，Nb2O5以重量計(jì)為主成分的1～3％。制備方法1)按(1-x)∶x/2∶x/2∶(1-x/2)選取BaCO3、MgO、Bi2O3和TiO2，850℃～1050℃預(yù)煅燒2～3小時(shí)，得到粉末；2)加入為粉末質(zhì)量1～3％的Nb2O5，球磨烘干得到陶瓷粉末；3)加入粘結(jié)劑混均壓片，600℃～650℃保溫2小時(shí)，1000～1200℃保溫?zé)Y(jié)1～4小時(shí)。該材料符合X8R的寬工作溫度范圍、高溫穩(wěn)定性好、環(huán)保。
文檔編號C04B35/622GK101811866SQ20101013750
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者劉韓星, 孫玥, 堯中華, 張樹君, 歸冬云, 曹明賀, 熊博, 郝華 申請人:武漢理工大學(xué)