專利名稱：：超高介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明是關于電子元器件的，特別涉及一種超高介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質材料及其制備方法。
背景技術：
：隨著無線電通信技術、衛(wèi)星廣播通信、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)、航空與航天技術的飛躍發(fā)展，要求研制性能更優(yōu)、體積更小、頻帶更寬的電子設備。構成這些電子設備的元器件要求小型化、微型化、輕量化和片式化，以適應電子元件的表面貼裝技術(SMD)的需要。在各類電子元器件中多層陶瓷電容器(MultilayerCeramicCapacitors,簡稱MLCC)則是應用最廣的一類片式元件。在結構和工藝條件(包括電極面積、疊層數(shù)目和介質膜厚度)確定的情況下，MLCC的容量大小主要由MLCC材料的介電常數(shù)e確定。因此提高介電常數(shù)是M1XC實現(xiàn)微小型化的關鍵。近年來，國內(nèi)外對X7R陶瓷電容器介質材料進行了廣泛的研究(根據(jù)美國電子工業(yè)協(xié)會EIA標準X代表工作溫區(qū)的低溫極限-55°C，7代表工作溫區(qū)的高溫極限+125°C，R代表在工作溫區(qū)內(nèi)所有溫度點的電容量相對于室溫25°。時的變化率小于或等于±15%)，其中以BaTi03為基的陶瓷材料在生產(chǎn)和應用中都不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，制得的陶瓷介電性能優(yōu)良且穩(wěn)定，因而一直受到人們的高度關注。但X7R系列陶瓷材料在工作溫度上限125'C以上時性能會急劇惡化，為了適應特定的高溫環(huán)境下的應用，可以用X8R系列(其中8表示工作溫區(qū)的高溫極限為+15(TC)的電容器陶瓷介質材料取代X7R系列，提供其高溫的可靠性。另外為了滿'足陶瓷電容器小型化、高性能的要求，要盡可能地提高陶瓷介質的介電常數(shù)。這就要求在材料的制備過程中提高室溫介電常數(shù)的同時，進一步展寬工作溫區(qū)。目前國內(nèi)外研制的X8R系列的電容器陶瓷介質材料大多采用以BaTi03為基的材料體系，其室溫介電常數(shù)小于4000，很難繼續(xù)提高，并且燒成溫度較高(1200以上)，不能滿足陶瓷電容器小型化、高性能、低成本的要求。因此，需要一種介電常數(shù)高、燒結溫度低、損耗低、成本低、性能優(yōu)良的X8R型多層陶瓷電容器介質材料。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的蔽點和不足，提供一種介電常數(shù)高、燒結溫度低、損耗低、成本低、性能優(yōu)良的X8R型多層陶瓷電容器介質材料。本發(fā)明通過如下技術方案予以實現(xiàn)。超高介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質，其原料組分及重量百分比含量為BaTi03為100。/。，夕卜加34%NbA、0.30.5%MgC03、0.10.2%MnC03、丄822呢Ag20禾卩1013%玻璃粉，以及0.20.7%稀土氧化物￥203、Gd203或HoA的其中一種；所述玻璃粉的原料組分及重量百分比含量為1030%BiA、2030°/。Pb304、2030%ZnO、1020%Ti02、1020%H孤。所述原料組分及重量百分比含量為Baim應，外加3.5%的NbA、0.4%的MgC03、0.15%的MnC03、20%的Ag20和12%的玻璃粉，及0.4%的稀土氧化物Gd203;所述玻璃粉的原料組分及重量百分比含量為20%的81203、280/o的Pb:A、22%的ZnO、17%的Ti02、13%的H3B03。制備步驟如下-(1)將BaTi03粉料進行預處理，在10501100。C下預燒3h，得到超細BaTi03粉料；(2)按BaTi03重量百分比含量為100%計，夕卜加34%歸5、0.30.5%MgC03、0.l0.2%MnC03、1822%Ag20和1013%玻璃粉，以及0.20.7%稀土氧化物Y203、GdA或Ho203的其中一種進行配料；所述玻璃粉的原料重量百分比含量為1030%BiA、2030%Pb304、2030%ZnO、1020%Ti02、1020%H3B03;(3)按原料、Zr02球和去離子水的重量比為1:5:1.7放入球磨罐中，球磨46小時；(4)烘干1-4小時；(5)預燒以56°C/min的升溫速率升至300°C500°C，保溫14小時；(6)在預燒后的粉料中加入重量百分比為57%的粘結劑石蠟造粒，并壓制成生坯；(7)燒成以23TVmin的升溫速率升至500550'C后，再以56。C/min的升溫速率升至1050112(TC，保溫23小時，制得超高介多層陶瓷電容器介質。所述步驟(1)BaTi03粉料采用高純共沉淀法制得，細度為0.5lum。所述步驟(3)采用行星球磨機，轉速為400r/min。所述步驟(4)的烘干，采用750W3000W紅外干燥箱。所述步驟(6)中，將造粒的粉料過1000孔/cm2分樣篩，在48Mpa壓強下壓制成圓片狀生坯；本發(fā)明的有益效果是提供了一種介電常數(shù)高、燒結溫度低、損耗低、成本低、性能優(yōu)良的X8R型多層陶瓷電容器介質材料。通過對化學方法合成的超細鈦酸鋇與金屬復合，調整改性劑的種類與摻雜量和優(yōu)化制備工藝，獲得了超高介電常數(shù)(e》17000)和滿足X8R性能要求的低損耗多層陶瓷電容器介質材料。由于燒結溫度低，可與Pd含量較低的內(nèi)電極漿料共燒，從而也降低了多層陶瓷電容器的生產(chǎn)成本。具體實施方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步描述。最佳實施例本發(fā)明采用分析純原料，首先制備玻璃粉，按20wt。/。的Bi203、28wty。的PWV22wt免的ZnO、17wty。的TiO"13wt呢的H3B03配料，充分混合，熔融淬冷、研磨28小時，過篩，獲得玻璃粉；然后將采用高純共沉淀法制得的超細BaTi03粉料進行預處理，在1IO(TC下預燒3h。取預燒處理后的BaTiO,粉體材料50g，按配方加入添加劑3.5wW的NbA、0.4wtW的MgC0:,、0.15wt^。的MnC03、20wt沐的Ag20、12wtt的玻璃粉、0.4wtt的稀土氧化物GdA。按所配原料ZrO,球去離子水為1:5:1.7的重量比放入球磨罐中，置于行星球磨機上，球磨機轉速為400r/min，球磨4小時；于紅外干燥箱內(nèi)烘干；以5'C/min的升溫速率升至300'C預燒，保溫1小時；在預燒后的粉料加入重量百分比為6wt免的粘結劑石蠟造粒，過1000孔/，2分樣篩，在7Mpa壓強下壓制成圓片狀生坯；以2'C/min的升溫速率升至55(TC后，再以6'C/min的升溫速率升至liO(TC燒成，保溫2小時即制得陶瓷電容器介質。將燒成陶瓷電容器介質的上、下表面涂覆銀漿，經(jīng)84(TC燒滲制備電極后進行各項介電性能測試。-本發(fā)明的具體實施例的原料組成關系詳見表1(BaTi03重量以50g計，其余為外加組分)。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本發(fā)明玻璃粉的具體實施例的原料組成關系詳見表2(重量百分比)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本發(fā)明測試方法和檢測設備如下(交流測試信號頻率為lkHz，電壓為1V)。(1〉介電常數(shù)和損耗的測試(室溫2(TC)使用HEWLETTPACKARD4278A型電容量測試儀測試樣的電容量C及損耗&《，并換算出試樣的介電常數(shù)。對于圓片電容器，換算關系如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中；電容量，單位為pF;A"分別為試樣的厚度、直徑，單位為cm。(2)7T特性測量測量樣品在溫區(qū)-55。C+125。C(+15(TC)的電容量。而后采用下述公式計算容量溫度變化率AC/C-G—Clx100%式中G為2(TC時的電容量，nF;G為-55XT+125'C(+15(TC)溫區(qū)內(nèi)任一溫度點的電容量，nF;J6/C為電容量的相對變化率。實驗采用HEWLETTPACKARD4278A型電容測試儀、GZ-ESPEK高低溫箱及M27002型電容器C-7/K特性專用測試儀。將HM27002型電容器T/F特性專用測試儀設置為"內(nèi)偏"，GZ-ESPEK高低溫箱的溫度從20。C降至-55。C再升至室溫20。C，最后上升到+150。C，用4278A型電容測試儀測量試樣在整個溫區(qū)內(nèi)的電容量。上述實施例介電性能測試結果列于表3。表3中MaxIAC/C25.C|(%)值的溫區(qū)范圍為—55。C+15(TC。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本發(fā)明并不局限于上述實施例，很多細節(jié)的變化是可能的，但這并不因此違背本發(fā)明的范圍和精神。權利要求1.一種超高介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質，其特征在于，其原料組分及重量百分比含量為BaTiO3100％，外加3～4％Nb2O5、0.3～0.5％MgCO3、0.1～0.2％MnCO3、18～22％Ag2O和10～13％玻璃粉，以及0.2～0.7％稀土氧化物Y2O3、Gd2O3或Ho2O3的其中一種；所述玻璃粉的原料組分及重量百分比含量為10～30％Bi2O3、20～30％Pb3O4、20～30％ZnO、10～20％TiO2、10～20％H3BO3。2.根據(jù)權利要求1的超高介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質，其特征在于，所述原料組分及重量百分比含量為BaTiQ3為10(^，外加3.5%的NbA、0,4%的MgC03、0.15%的MnC03、20%的Ag20和12W的玻璃粉，及0.4%的稀土氧化物0山03;所述玻璃粉的原料組分及重量百分比含量為20W的BiA、28免的PW)4、22W的ZnO、17%的Ti02、13%的^303。3.權利要求1的超高介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質的制備方法，步驟如下(1)將BaTi03粉料進行預處理，在1050110(TC下預燒3h，得到超細BaTi03粉料；(2)按BaTi03重量百分比含量為100%計，夕卜力卩34%Nb205、0.30.5%MgC03、0.l0.2%MnC03、18~22%Ag20和1013%玻璃粉，以及0.20.7%稀土氧化物Y203、GdA或Ho20的其中一種進行配料；所述玻璃粉的原料重量百分比含量為1030%Bi203、2030%Pb304、2030%ZnO、1020%Ti02、1020%H3B03;(3)按原料、Zr02球和去離子水的重量比為l:5:1.7放入球磨罐中，球磨46小時；(4)紅外干燥箱中進行烘干14小時；(5)預燒以56°C/min的升溫速率升至30(rC500。C，保溫14小時；(6)在預燒后的粉料中加入重量百分比為57%的粘結劑石蠟造粒，并壓制成生坯；(7)燒成以23tVmin的升溫速率升至500550'C后，再以56°C/min的升溫速率升至10501120t:，保溫23小時，制得超高介多層陶瓷電容器介質。4.根據(jù)權利要求3的超高介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)的BaTi03粉料采用高純共沉淀法制得，細度為0.5liim。5.根據(jù)權利要求3的超高介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)采用行星球磨機，轉速為400r/min。6.根據(jù)權利要求3的超高介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)的烘干，采用750W3000W紅外干燥箱。7.根據(jù)權利要求3的超高介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)中，將造粒的粉料過1000孔/cm2分樣篩，在48Mpa壓強下壓制成圓片狀生坯。全文摘要本發(fā)明公開了一種超高介電常數(shù)多層陶瓷電容器介質，其原料組分及重量百分比含量為BaTiO₃100％，外加3～4％Nb₂O₅、0.3～0.5％MgCO₃、0.1～0.2％MnCO₃、18～22％Ag₂O和10～13％玻璃粉，以及0.2～0.7％稀土氧化物Y₂O₃、Gd₂O₃或Ho₂O₃的其中一種；所述玻璃粉的原料組分及重量百分比含量為10～30％Bi₂O₃、20～30％Pb₃O₄、20～30％ZnO、10～20％TiO₂、10～20％H₃BO₃。制備步驟為(1)將BaTiO₃粉料預處理；(2)配料；(3)按原料、ZrO₂球和去離子水的重量比為1∶5∶1.7進行球磨；(4)烘干；(5)預燒；(6)造粒，壓制成生坯；(7)燒成。本發(fā)明提供了一種介電常數(shù)高、燒結溫度低、損耗低、成本低、性能優(yōu)良的多層陶瓷電容器介質材料。文檔編號H01G4/12GK101226827SQ200710060648公開日2008年7月23日申請日期2007年12月28日優(yōu)先權日2007年12月28日發(fā)明者平張,張志萍,李玲霞,瓛王,王洪茹申請人:天津大學