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)。配方組成包括：Ca0.925Y0.05Cu3Ti4O1291～98wt.％，(Ba0.65Sr0.35)TiO30.1～7.0wt.％，Bi2WO3 0.01～1wt.％,Ba(Yb1/2Nb1/2)O30.1～4wt.％，Co2O30.01～1.8wt.％。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)，還能大大降低電容器陶瓷的燒結(jié)溫度。
【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)。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(CaCu 3Ti4012，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。CCT0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(e r為1〇4)、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CCT0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CCT0陶瓷介質(zhì)損 耗大的問題，研究者進(jìn)行了一些研究，但這些研究的結(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CCT0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CCT0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 CCT0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CCT0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低容溫變化率的陶瓷電容器介質(zhì)。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 巨介低容溫變化率的陶瓷電容器介質(zhì)配方組成包括：CaQ.925Y Q.()5Cu3Ti4〇i291~ 98wt.%，（Ba〇. 65Sr〇.35)Ti〇3〇.l~7.0wt.%，Bi2W〇3〇.〇l~lwt.%，Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇.l~ 4wt ? %，C〇2〇3 0 ? 01~1 ? 8wt ? % ;其中Ca〇.925Y〇.〇5Cu3Ti4〇i2、（Ba〇.65Sr〇.35)Ti〇3、Bi2W〇3、Ba (Yb1/2Nb 1/2)03分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成的。
[0006] 本發(fā)明的介質(zhì)中所用的CaQ.925YQ.() 5Cu3Ti4〇i2是采用如下工藝制備的：將常規(guī)的化 學(xué)原料CaC03、Y2O3、CuO和Ti〇2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 Q.925YQ.()5Cu3Ti4〇i2,冷卻后研磨過 200目篩，備用。
[0007] 本發(fā)明的介質(zhì)中所用的Bi2W〇3是采用如下工藝制備的：將常規(guī)的化學(xué)原料Bi2〇3和 冊(cè) 3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850°C保溫120分鐘，冷卻后得 到Bi2W0 3，研磨過200目篩，備用。
[0008] 本發(fā)明的介質(zhì)中所用的Ba(Yb1/2Nb1/2)〇3的制備過程包括：將常規(guī)的化學(xué)原料 BaC〇3、Yb2〇3、Nb 2〇5按1:1/4:1/4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120-180分鐘，固相反應(yīng)合成BaabmNbvdOs，冷卻后研磨過200目篩，備用。
[0009] 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 Cao.^Yo.wCmTiWujBao.f^Sro.yTiOhBi^OhBaabmNbvdOs，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)，獲得陶瓷電容器介質(zhì)，在介質(zhì)上被電極即成。
[0010] 上述陶瓷介質(zhì)的配方最好采用下列二種方案：
[0011] Ca〇.925Y〇.〇5Cu3Ti4〇i292~96wt. %，（Ba〇.65Sr〇.35)Ti030.1~5.0wt. %，Bi2W〇3〇.01~ 0? 8wt ? %，Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇 ? 1~3 ? 8wt ? %，C〇2〇3 0? 03~1 ? 6wt ? % 〇
[0012] Ca〇.925Y〇.〇5Cu3Ti4〇i292~95wt. %，（Ba〇.65Sr〇.35)Ti030.1~5.5wt. %，Bi2W〇3〇.01~ 0? 8wt ? %，Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇 ? 1~3 ? 5wt ? %，C〇2〇3 0? 03~1 ? 5wt ? % 〇
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 1、本介質(zhì)的介電常數(shù)高，可以達(dá)到205000以上;耐電壓高，直流耐電壓可達(dá)3.5kV/ mm以上;介質(zhì)損耗小，小于0.08，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。
[0015] 2、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 〇. 08，使用過程中性能穩(wěn)定性好，安全性高，對(duì)環(huán)境無污染。
[0016] 3、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)。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 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。
[0018] 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，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CaQ. 925YQ.()5Cu3Ti4〇i2、（Ba(). 6Sr().4)Ti03、Bi2W03、Ba (Yb 1/2Nb1/2)03，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10wt. %的聚乙烯醇溶液，進(jìn)行造粒，混研后過40目篩，再在20~ 30Mpa壓力下進(jìn)行干壓成生坯片，然后在溫度為1040~1100°C下保溫6~10小時(shí)進(jìn)行排膠和 燒結(jié)，再在780~800°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，即得巨介 陶瓷電容器，測(cè)試其介電性能。
[0019] 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)3.5kV/mm以上；介電常數(shù)高，可以達(dá)到205000以上；介質(zhì)損耗小于 0.08;電容溫度變化率小，符合X8R特性的要求。
[0020] 表1本發(fā)明的實(shí)施例共4個(gè)試樣的配方
[0021]
[0022]表2各配方試樣的介電性能
[0025]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于，所述巨介陶瓷電容器介質(zhì)配方組成為： Ca〇.925Yo.〇5Cu3Ti4〇i291~98wt. %，（Ba〇.65Sr〇.35)Ti〇3〇. 1~7.0wt. %，Bi2W〇3〇.01~lwt. %， Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇 · 1~4wt · %，C〇2〇3 Ο·01~1 ·8wt · % 〇2. 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 Cao.i^Yo.osCmTi^ujBao.f^Sro.yTiOhBi^OhBaabmNbvdOs 分別是采用常規(guī)的化學(xué)原 料以固相法合成的。3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于，所述 Ca0.925YQ.()5Cu3Ti4〇i2是采用如下工藝制備的：將常規(guī)的化學(xué)原料Ca⑶ 3、Y2〇3、CuO和Ti02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〇.925Yo.()5Cu3Ti4〇i2,冷卻后研磨過200目篩，備用。4. 如權(quán)利要求1或2所述的一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于，所述的Bi2W03是采用 如下工藝制備的：將常規(guī)的化學(xué)原料Bi 2〇3和W03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850°C保溫120分鐘，冷卻后得到Bi 2W03,研磨過200目篩，備用。5. 如權(quán)利要求1或2所述的一種巨介陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于，所述的Ba(Ytn/ 2Nbv2)0 3的制備過程包括:將常規(guī)的化學(xué)原料BaC03、Yb2〇3、Nb 2〇5按1:1/4:1/4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120-180分鐘，固相反應(yīng)合成Ba (Ybi/2Nbi/2)〇3,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:所述巨介陶瓷電容器介 質(zhì)直流耐電壓達(dá)3.5kV/mm以上;介電常數(shù)高，達(dá)205000以上;介質(zhì)損耗小于0.08;電容溫度 變化率小，符合X8R特性的要求;燒結(jié)溫度低，為1040~1100 °C。7. 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，所述巨介陶瓷電容器介 質(zhì)配方組成為：Ca〇.925Yo. 〇5Cu3Ti4〇i292~96wt · %，（Ba〇.65Sr().35)Ti〇3〇 · 1 ~5 · Owt · %， Bi2TO3〇.01 ~0.8wt. %，Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇.l~3.8wt. %，C〇2〇3 0.03~1.6wt. %〇8. 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，所述巨介陶瓷電容器介 質(zhì)配方組成為：Ca〇.925Yo. 〇5Cu3Ti4〇i292~95wt · %，（Ba〇.65Sr().35)Ti〇3〇 · 1 ~5 · 5wt · %， Bi2TO3〇.01 ~0.8wt. %，Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇.l~3.5wt. %，C〇2〇3 0.03~1.5wt. %〇9. 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: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Ca Q.925YQ.()5Cu3Ti4〇i2、（Ba(). 6Sr().4)Ti03、Bi2W03、Ba (Yb1/2Nb1/2) 03，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 和無水乙醇的質(zhì)量比為1:3:0.6~1.3，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10wt. %的聚乙烯醇溶液，進(jìn)行造粒，混研后過40目篩，再在20~ 30Mpa壓力下進(jìn)行干壓成生坯片，然后在溫度為1040~1100°C下保溫6~10小時(shí)進(jìn)行排膠和 燒結(jié)，再在780~800°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，即得巨介 陶瓷電容器介質(zhì)。
【文檔編號(hào)】C04B35/465GK105967678SQ201610286378
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】黃新友, 黃豪, 左源, 高春華
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)