一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無機(jī)非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種巨介電容溫度變化率小的陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法。配方組成包括：Ca0.925Nd0.05Cu3Ti4O1291~98wt.%，(Ba0.65Sr0.35)TiO30.1~8.0wt.%，MgO0.1~4wt.%，Cr2O30.01~1.8wt.%；其中Ca0.925Nd0.05Cu3Ti4O12、(Ba0.65Sr0.35)TiO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。本發(fā)明采用電容器陶瓷普通化學(xué)原料，制備得到無鉛、無鎘的巨介電容溫度變化率小的陶瓷電容器介質(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單層片式陶瓷電容器。
【專利說明】一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無機(jī)非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種巨介電容溫度變化率小的陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法；它采用電容器陶瓷普通化學(xué)原料，制備得到無鉛、無鎘的巨介電容溫度變化率小的陶瓷電容器介質(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單層片式陶瓷電容器，能大大降低陶瓷電容器的成本，該介質(zhì)介電常數(shù)巨高，容易實(shí)現(xiàn)陶瓷電容器的小型化，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程中不污染環(huán)境。
【背景技術(shù)】
[0002]高介電常數(shù)為電容性器件的體積微型化提供了可能性，隨著電子器件微型化的發(fā)展，高介電常數(shù)材料在微電子技術(shù)中起著越來越重要的作用，鈦酸銅鈣(CaCu3Ti4O12，簡(jiǎn)稱CCT0)陶瓷是其中一種最具代表性的高介電常數(shù)材料。CCTO陶瓷不論單晶還是多晶形態(tài)都呈現(xiàn)出異常高的介電常數(shù)，近年受到越來越多的關(guān)注；CCT0陶瓷具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如介電常數(shù)非常大(為104)、在比較寬的頻率范圍和相當(dāng)廣的溫度范圍內(nèi)介電常數(shù)隨頻率和溫度的變化很小、制備工藝也相當(dāng)簡(jiǎn)單，而且介電常數(shù)的大小可以通過改變燒結(jié)條件來調(diào)節(jié)，在諧振器、濾波器、存儲(chǔ)器等重要電子器件方面具有很大的應(yīng)用潛力，因此特別引人注目；然而，通常制備的CCTO陶瓷的介質(zhì)損耗(tanS值)很大，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)導(dǎo)致器件或電路的發(fā)熱、工作不穩(wěn)定或信號(hào)衰減等問題，不利于其作為電子材料的應(yīng)用；為了解決CCTO陶瓷介質(zhì)損耗大的問題，研究者曾經(jīng)對(duì)該陶瓷做過許多摻雜或替代改性的嘗試，這些嘗試的結(jié)果不是很成功，最終都沒有獲得綜合介電性能指標(biāo)滿足實(shí)際應(yīng)用要求的改性CCTO陶瓷；具體講，這些嘗試不是沒有達(dá)到足夠程度降低介質(zhì)損耗的目的，就是明顯損害了 CCTO陶瓷原有的高介電常數(shù)特性，致使改性后介電常數(shù)很低，或者破壞了 CCTO陶瓷原有的低頻段介電常數(shù)基本不隨頻率發(fā)生變化的優(yōu)點(diǎn)；因此，尋找出一種既可以保持CCTO陶瓷所具有高介電常數(shù)的優(yōu)點(diǎn)又能顯著地降低介質(zhì)損耗的有效方法，是一個(gè)重要的研究課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的:
巨介陶瓷電容器介質(zhì)配方組成包括:Ca0.925Nd0.05Cu3Ti40129r98wt.%，(Ba0.65Sr0.35)TiO30.1~8.0wt.%, MgO0.1~4 wt.%, Cr2O3 0.01~1.8wt.% ；其中 Catl 925 Nda05Cu3Ti4O12'(Baa 65Sra 35) TiO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。
[0005]本發(fā)明的介質(zhì)中所用的Caa 925Ndatl5Cu3Ti4O12是采用如下工藝制備的:將常規(guī)的化學(xué)原料CaC03、Nd203、CuO和TiO2按0.925:0.025:3:4摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于900-950°C保溫360-540分鐘，固相反應(yīng)合成Ca。。925 Ndatl5Cu3Ti4O12,冷卻后研磨過200目篩，備用。本發(fā)明的介質(zhì)中所用的(Baa65Sra35)TiO3是采用如下工藝制備的:將常規(guī)的化學(xué)原料BaC03、SrCO3和TiO2按0.65:0.35:1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于1250-1280°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成(Baa65Sra 35) TiO3,冷卻后研磨過200目篩，備用。
[0006]本發(fā)明采用如下的陶瓷介質(zhì)制備工藝:首先采用常規(guī)的化學(xué)原料用固相法分別合成Cai 925 NdaCl5Cu3Ti4O12、(Baa65Sra35) TiO3,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)，獲得巨介陶瓷電容器介質(zhì)，在介質(zhì)上被電極即成。
[0007]所述介質(zhì)的耐電壓較高，直流耐電壓可達(dá)2.6-3.0kV/mm;介電常數(shù)很高，為200021-221500 ;介質(zhì)損耗為0.04-0.1 ;電容溫度變化率小，符合X8R特性的要求；絕緣電阻為 68-75 X IOici Ω.cm。
[0008]上述巨介陶瓷電容器介質(zhì)的配方最好采用下列三種方案:
Ca0.925Nd0.05Cu3Ti401292~96wt%, (Ba0 65Sr0 35) TiO30.1^7.0wt%, MgO0.1~3.8wt%, Cr2O3
0.03~1.6wt% ;其中Caa 925Ndatl5Cu3Ti4O12' (Baa65Sra35)TiO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成；
Ca0.925Nd0.05Cu3Ti401292~95wt%, (Ba0 65Sr0 35) TiO30.1^6.5wt%, MgO0.1~3.5 wt%, Cr2O30.03~1.5wt% ;其中Caa 925Ndatl5Cu3Ti4O12' (Baa65Sra35)TiO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。
[0009]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)采用如下制備工藝:首先分別合成Cai 925 Nd0 Q5Cu3Ti4O12和(Baa65Sra35) TiO3,然后按照配方配料，球磨混合，干燥，加入一定量的PVA溶液，造粒，干壓成型，燒結(jié)，被銀電極，測(cè)試性能。
[0010]2、本介質(zhì)的介電常數(shù)高，為200000以上；耐電壓高，直流耐電壓可達(dá)2.5kV/mm以上；介質(zhì)損耗小，小于0.1，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。
[0011]3、本介質(zhì)的溫度系數(shù)低，電容溫度變化率小，符合X8R特性的要求，介質(zhì)損耗小于
0.1，使用過程中性能穩(wěn)定性好，安全性高。
[0012]4、主要原料采用陶瓷電容器級(jí)純?cè)霞纯芍圃斐霰景l(fā)明的陶瓷電容器介質(zhì)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0013]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4個(gè)試樣的配方。
[0014]本發(fā)明的實(shí)施例共4個(gè)試樣的配方的主要原料采用陶瓷電容器級(jí)純?cè)?，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Caa 925Ndatl5Cu3Ti4O12' (Baa6Sra4) TiO3,然后按上述配方配料，將配好的料用無水乙醇采用行星球磨機(jī)球磨混合，料:球:無水乙醇=1:3: (0.6^1.3)(質(zhì)量比)，球磨1-8小時(shí)后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8~10%的濃度為10%的聚乙烯醇溶液，進(jìn)行造粒，混合研磨后過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104(Tll0(rC下保溫6~10小時(shí)進(jìn)行排膠和燒結(jié)，再在78(T80(TC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，即得巨介陶瓷電容器，測(cè)試其介電性能。[0015]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較高，直流耐電壓可達(dá)2.5kV/mm以上；介電常數(shù)很高，為200000以上；介質(zhì)損耗不大于
0.1 ；電容溫度變化率小，符合X8R特性的要求。
[0016]表1本發(fā)明的實(shí)施例共4個(gè)試樣的配方
【權(quán)利要求】
1.一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于:所述介質(zhì)的配方由如下組成:Ca0.925Nd0 05Cu3Ti401291 ~98wt.%，(Ba0 65Sr0 35)TiO30.廣8.0wt.%，MgO0.1~4 wt.%, Cr2O3.ο.Ο1~?.8wt.% ;其中 Caa 925 Nd0.05Cu3Ti4O12, (Baa65Sra35)TiO3 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所述的一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于:所述介質(zhì)的耐電壓較高，直流耐電壓可達(dá)2.6-3.0kV/mm ;介電常數(shù)很高，為200021-221500 ;介質(zhì)損耗為.0.04-0.1 ;電容溫度變化率小，符合X8R特性的要求；絕緣電阻為68-75 X IOici Ω.cm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于:所述的Caa 925Ndatl5Cu3Ti4O12是采用如下工藝制備的:將常規(guī)的化學(xué)原料CaC03、Nd203、CuO和TiO2按0.925:0.025:3:4摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于900-950°C保溫.360-540分鐘，固相反應(yīng)合成Ca。。
4.4.925 Nd0.Q5Cu3Ti4O12,冷卻后研磨過200目篩，備用。
5.如權(quán)利要求1所述的一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于:所述的(Baa65Sra35)TiO3是采用如下工藝制備的:將常規(guī)的化學(xué)原料BaCO3' SrCO3和TiO2按0.65:0.35:1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于1250-1280°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成(Baa65Sra35) TiO3,冷卻后研磨過200目篩,備用。
6.如權(quán)利要求1所述的一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于:所述介質(zhì)的配方由如下組成:Caa 925Nd0.05Cu3Ti401292~96wt%, (Baa65Sra35) TiO30.1~7.0wt%, MgO0.1~3.8wt%,Cr2O3 0.03~1.6被％;其中 Caa 925Nda05Cu3Ti4O12' (Baa65Sra35)TiO3 分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成； 如權(quán)利要求1所述的一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于:所述介質(zhì)的配方由如下組成:Caa 925Nd0.05Cu3Ti401292~95wt%, (Baa65Sra35)TiO30.1~6.5wt%, MgO0.1~3.5 wt%, Cr2O30.03~1.5wt% ;其中Caa 925Ndatl5Cu3Ti4O12' (Baa65Sra35)TiO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。
7.如權(quán)利要求1所述的一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)的制備方法，其特征在于包括如下步驟:首先采用常規(guī)的化學(xué)原料用固相法分別合成Caa 925Ndtl.Q5Cu3Ti4012、(Baa6Sra4)TiO3,然后按配方配料，將配好的料用無水乙醇采用行星球磨機(jī)球磨混合，料:球:無水乙醇=1:3: (0.6^1.3)(質(zhì)量比)，球磨4~8小時(shí)后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8~10%的濃度為10被％的聚乙烯醇溶液，進(jìn)行造粒，混合研磨后過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104(Tll0(rC下保溫6~10小時(shí)進(jìn)行排膠和燒結(jié)，再在78(T80(TC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，即得巨介陶瓷電容器。
【文檔編號(hào)】C04B35/465GK103539446SQ201310463858
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】黃新友, 左源, 高春華, 李軍 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)