專利名稱：一種x8r型陶瓷電容器瓷料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于陶瓷電容器瓷料，特別是一種環(huán)保、溫度穩(wěn)定的X8R型陶瓷電容器瓷料及其制備方法。
背景技術：
隨著信息技術和電子技術的快速發(fā)展，對電子設備提出了更高的要求，如小型化、 片式化和輕型化。多層陶瓷電容器(MLCC)因這些需要而應運而生。目前，常用的制備MLCC 的介質(zhì)材料是BaTiO3基陶瓷。經(jīng)過適當?shù)膿诫s改性，BaTiO3基陶瓷具有高介電常數(shù)、低損耗和熱膨脹系數(shù)小的特點。但是，該類材料的電容-溫度(容溫ΔΟ特性具有一定的局限性，當溫度超過125°C的時候，其容溫變化率(AC/C25O)超過15%，無法提供穩(wěn)定的介電性能。近年來，MLCC陶瓷電容器逐步進入汽車等高端家用產(chǎn)品應用領域，諸如ABS防抱死制動系統(tǒng)，ECU發(fā)動機電子控制單元等，需要能夠在溫度超過125°C時仍能提供良好介電性能的MLCC。此外，MLCC電容器要求與內(nèi)電極共燒，且在共燒溫度下，要求陶瓷不與內(nèi)電極發(fā)生反應，內(nèi)電極不融化，且保證有良好的導電性。在以前的MLCC生產(chǎn)中，由于鈦酸鋇基陶瓷的燒結(jié)溫度較高(彡1300°C )，只能使用熔點較高的貴金屬(如Pt，Au, Pd金屬或其合金)作為內(nèi)電極。但這樣大大提高了電容器的制造成本。據(jù)報道，貴金屬成本為MLCC電容器生產(chǎn)成本的30-70%。要想使用廉價金屬作為內(nèi)電極，最佳的辦法是降低陶瓷的燒結(jié)溫度。根據(jù)國際電子工業(yè)協(xié)會EIA標準，X8R型MLCC的標準是以25°C的電容值為基準，在溫度-55 150°C的范圍內(nèi)，容溫變化率(AC/C25O)彡士 15%，介電損耗彡2.5%。目前報道的X8R型介質(zhì)材料中一般都添加Cr203、CdO、PbO等有害化合物，不符合綠色電子材料制造的要求，且使用組分較多，制備工藝較復雜。基于上述情況，亟待研制具有制備工藝簡單、價廉、良好容溫特性的環(huán)保X8R型電容器瓷料，且該瓷料能在中溫下燒結(jié)成瓷，以期實現(xiàn)和賤金屬內(nèi)電極共燒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有中溫燒結(jié)性能，制備工藝簡單，材料成本較低，較高介電常數(shù)、低損耗和良好溫度穩(wěn)定性的環(huán)保X8R型電容器瓷料及其制備方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是一種X8R型陶瓷電容器瓷料，它包括主要成分BaTiO3、輔助成分Bi4Ti3O12及低溫 CBS玻璃粉，Bi4Ti3O12和CBS玻璃粉以粉末形式加入到BaTiO3粉體中，然后在球磨機中混勻、 干燥、造粒、燒結(jié)制成，其中BaTiO3 Bi4Ti3O12的摩爾比=1 χ，χ = 0. 01 0. 05，CBS 玻璃粉占BaTiO3和Bi4Ti3O12總質(zhì)量的0 IOwt % 其制備方法，包括如下步驟(1)制備 Bi4Ti3O12,備用；(2)制備CBS玻璃粉，備用；
(3)取水熱法合成的BaTiO3粉體，按照BaTiO3 Bi4Ti3O12的摩爾比=1 0.01-0. 05，CBS玻璃粉占BaTiO3和Bi4Ti3O12總質(zhì)量的0 IOwt %進行配料；(4)將上述主要成分BaTiO3、輔助成分Bi4Ti3O12和/或CBS玻璃粉加入到無水乙醇溶劑中，混合球磨12h，烘干，過100目篩得到陶瓷粉體；(5)在步驟(4)得到的粉體中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，過50 目篩造粒；(6)將造粒后的粉體壓制成圓片樣品，在1130 1250°C溫度下燒結(jié)2- 成瓷，即得到溫度穩(wěn)定X8R型陶瓷電容器瓷料。步驟⑴所述的Bi4Ti3O12是以純度大于99%的Bi2O3和TiO2為反應物原料，按照 Bi2O3 TiO2 = 2 3重量比稱料，將配好的料以無水酒精為介質(zhì)，球磨混合12h，烘干后過篩，然后在800°C保溫池合成。步驟O)所述的CBS玻璃粉是以純度大于98. 5%的CaC03、H3B03、Si02、(NH4)H2PO4 和 SiO 為原料，按照 aCa0+b&03+cSiA+dP205+eai0，其中 a = 35 45%，b = 20 25%，c = 40 45%，d = 0.5 2%，e = 0.5 2 %質(zhì)量百分比進行配料，混合均勻后，在1380 1400°C溫度下熔融1 2h，然后倒入冷水中形成玻璃渣，經(jīng)過球磨得到平均粒徑5 μ m的 CBS玻璃粉末。所述的BaTiO3粉體為現(xiàn)有技術制備。本發(fā)明制備的溫度穩(wěn)定X8R型陶瓷電容器瓷料，性能測試表明，該瓷料具有介電常數(shù)高，良好的溫度穩(wěn)定性，且具有如下優(yōu)點一是具有溫度穩(wěn)定性范圍寬(-55 150°C)； 二是制備工藝簡單，材料價格低廉；三是可在中溫下燒結(jié)，適合和廉價金屬共燒，用于制備溫度穩(wěn)定性的陶瓷電容器瓷料。


圖1是實施例1樣品的介電常數(shù)隨溫度變化的特性曲線；圖2是實施例1樣品的容溫變化率隨溫度變化的特性曲線；圖3是實施例2樣品的介電常數(shù)隨溫度變化的特性曲線；圖4是實施例2樣品的容溫變化率隨溫度變化的特性曲線；圖5是實施例3樣品的介電常數(shù)隨溫度變化的特性曲線；圖6是實施例3樣品的容溫變化率隨溫度變化的特性曲線；圖7是實施例4樣品的介電常數(shù)隨溫度變化的特性曲線；圖8是實施例4樣品的容溫變化率隨溫度變化的特性曲線；圖9是實施例5樣品的介電常數(shù)隨溫度變化的特性曲線；圖10是實施例5樣品的容溫變化率隨溫度變化的特性曲線。
具體實施例方式本發(fā)明一種環(huán)保溫度穩(wěn)定X8R型陶瓷電容器瓷料的制備方法，可通過下列非限定性實施例得到更加清楚的描述。實施例1一種X8R型陶瓷電容器瓷料及其制備方法，其組成中不加CBS玻璃粉。
1)制備Bi4Ti3O12 以純度大于99%的Bi2O3和TiO2為原料，按照Bi2O3 TiO2 = 2 3稱料，將配好的料以無水酒精為介質(zhì)，球磨混合12h，烘干后過篩，然后在800°C保溫 2h 合成 Bi4Ti3O12 ；2)按照摩爾配比BaTi03+x Bi4Ti3O12 = 1 0. 05 配料，將所稱的 BaTiO3 和 Bi4Ti3O12加入到無水乙醇溶劑中，混合球磨12h，烘干，過篩后加入粘結(jié)劑。粘結(jié)劑采用5% 的聚乙烯醇(PVA)水溶液，劑量為粉末總質(zhì)量的0. 3%，烘干，過50目篩造粒成均勻顆粒，在 IOOMPa壓力下壓制成直徑18mm，厚度1. 5mm的圓片樣品。圓片樣品在600°C保溫1小時排掉PVA粘結(jié)劑，然后在剛玉承燒板上燒結(jié)成瓷。燒結(jié)溫度1250°C，保溫時間2小時，升溫速度為2 ;TC /分鐘。燒好的陶瓷圓片經(jīng)過表面拋光、燒銀，測量其介電性能。性能測試表明室溫介電常數(shù)和介電損耗分別為沈92和1. 5%，體積電阻率大于 IO12 Ω. cm，相關數(shù)據(jù)如表1、圖1和圖2所示。圖1為實施例1樣品的介電常數(shù)隨溫度變化的特性曲線；圖2為實施例1樣品的容溫變化率隨溫度變化的曲線。實施例2—種X8R型陶瓷電容器瓷料及其制備方法，其組成中添加CBS玻璃粉。1)制備Bi4Ti3O12 以純度大于99%的Bi2O3和TiO2為原料。按照Bi2O3 TiO2 = 2 3稱料，將配好的料以無水酒精為介質(zhì)，球磨混合12h，烘干后過篩，然后在800°C保溫 2h 合成 Bi4Ti3O12 ；2)制備 CBS 玻璃粉以純度大于 98. 5%的 CaC03、H3BO3、SiO2、(NH4)H2PO4 和 ZnO 為原料，按照 aCa0+b&03+cSiA+dP205+eai0，其中 a = 35 45%，b = 20 25%，c = 40 45%，d = 0. 5 2%，e = 0. 5 2%質(zhì)量百分比進行配料，混合均勻后，在1380 1400°C 溫度下熔融1 池，然后倒入冷水中形成玻璃渣，經(jīng)過球磨得到平均粒徑5 μ m的CBS玻璃粉術；3)依據(jù)配料方式BaTi03+x Bi4Ti3012+CBS玻璃粉稱量，其中χ = 0. 03摩爾數(shù)，CBS 玻璃粉的量占瓷料總質(zhì)量的3%。將所稱的BaTi03、Bi4Ti3O12和CBS玻璃粉加入到無水乙醇溶劑中，混合球磨12h，烘干，過篩后加入粘結(jié)劑。粘結(jié)劑采用5%的聚乙烯醇(PVA)水溶液，劑量為粉末總質(zhì)量的0.3%，烘干，過50目篩造粒成均勻顆粒，在IOOMI^壓力下壓制成直徑18mm，厚度1. 5mm的圓片樣品。圓片樣品在600°C保溫1小時排掉PVA粘結(jié)劑，然后在剛玉承燒板上燒結(jié)成瓷。燒結(jié)溫度1130°C，保溫時間2小時，升溫速度為2 ；TC /分鐘。 燒好的陶瓷圓片經(jīng)過表面拋光、燒銀，測量其介電性能。性能測試表明室溫介電常數(shù)和介電損耗分別為1789和1. 15%，滿足X8R要求。 相關數(shù)據(jù)如表1、圖3和圖4所示。圖3為實施例2樣品的介電常數(shù)隨溫度變化的特性曲線；圖4為實施例2樣品的容溫變化率隨溫度變化的曲線。實施例3一種X8R型陶瓷電容器瓷料及其制備方法，其組成中添加CBS玻璃粉。1)制備Bi4Ti3O12 以純度大于99%的Bi2O3和TiO2為原料。按照Bi2O3 TiO2 = 2 3稱料，將配好的料以無水酒精為介質(zhì)，球磨混合12h，烘干后過篩，然后在800°C保溫 2h 合成 Bi4Ti3O12 ；
2)按實施例2的方法制備CBS玻璃粉；3)依據(jù)配料方式BaTi03+x Bi4Ti3012+CBS玻璃粉，其中χ = 0. 03摩爾數(shù)，CBS玻璃粉的量占材料總質(zhì)量的3%。將所稱的BaTi03、Bi4Ti3O12和CBS玻璃粉加入到無水乙醇溶劑中，混合球磨12h，烘干，過篩后加入粘結(jié)劑。粘結(jié)劑采用5%的聚乙烯醇(PVA)水溶液， 劑量為粉末總質(zhì)量的0. 3%，烘干，過50目篩造粒成均勻顆粒，在IOOMI^壓力下壓制成直徑 18mm，厚度1. 5mm的圓片樣品。圓片樣品在600°C保溫1小時排掉PVA粘結(jié)劑，然后在剛玉承燒板上燒結(jié)成瓷。燒結(jié)溫度1150°C，保溫時間2小時，升溫速度為2 ；TC /分鐘。燒好的陶瓷圓片經(jīng)過表面拋光、燒銀，測量其介電性能。性能測試表明室溫介電常數(shù)和介電損耗分別為1671和1. 09%，體積電阻率大于
1012Ω · cm，相關數(shù)據(jù)如表1、圖5和圖6所示。圖5為實施例3樣品的介電常數(shù)隨溫度變化的特性曲線；圖6為實施例3樣品的容溫變化率隨溫度變化的曲線。實施例4一種X8R型陶瓷電容器瓷料及其制備方法，其組成中添加CBS玻璃粉。1)制備Bi4Ti3O12 以純度大于99%的Bi2O3和TiO2為原料。按照Bi2O3 TiO2 = 2 3稱料，將配好的料以無水酒精為介質(zhì)，球磨混合12h，烘干后過篩，然后在800°C保溫 2h 合成 Bi4Ti3012 ；2)按實施例2的方法制備CBS玻璃粉；3)依據(jù)配料方式BaTi03+x Bi4Ti3012+CBS玻璃粉，其中χ = 0. 03摩爾數(shù)，CBS玻璃粉的量占瓷料總質(zhì)量的1%。將所稱的BaTi03、Bi4Ti3O12和CBS玻璃粉加入到無水乙醇溶劑中，混合球磨12h，烘干，過篩后加入粘結(jié)劑。粘結(jié)劑采用5%的聚乙烯醇(PVA)水溶液， 劑量為粉末總質(zhì)量的0. 3%，烘干，過50目篩造粒成均勻顆粒，在IOOMPa壓力下壓制成直徑 18mm，厚度1. 5mm的圓片樣品。圓片樣品在600°C保溫1小時排掉PVA粘結(jié)劑，然后在剛玉承燒板上燒結(jié)成瓷。燒結(jié)溫度1130°C，保溫時間2小時，升溫速度為3°C /分鐘。燒好的陶瓷圓片經(jīng)過表面拋光、燒銀，測量其介電性能。性能測試表明室溫介電常數(shù)和介電損耗分別為2189和1. 3%，體積電阻率大于
1013Ω. cm，相關數(shù)據(jù)如表1、圖7和圖8所示。圖7為實施例4樣品的介電常數(shù)隨溫度變化的特性曲線；圖8為實施例4樣品的容溫變化率隨溫度變化的曲線。實施例5一種X8R型陶瓷電容器瓷料及其制備方法，其組成中添加CBS玻璃粉。1)制備Bi4Ti3O12 以純度大于99%的Bi2O3和TiO2為原料。按照Bi2O3 TiO2 = 2 3稱料，將配好的料以無水酒精為介質(zhì)，球磨混合12h，烘干后過篩，然后在800°C保溫 2h 合成 Bi4Ti3O12 ；2)按實施例2的方法制備CBS玻璃粉；3)依據(jù)配料方式BaTi03+x Bi4Ti3012+CBS玻璃粉，其中χ = 0. 03摩爾數(shù)，CBS玻璃粉的量占材料總質(zhì)量的5%。將所稱的BaTi03、Bi4Ti3O12和CBS玻璃粉加入到無水乙醇溶劑中，混合球磨12h，烘干，過篩后加入粘結(jié)劑。粘結(jié)劑采用5%的聚乙烯醇(PVA)水溶液， 劑量為粉末總質(zhì)量的0. 3%，烘干，過50目篩造粒成均勻顆粒，在IOOMI^壓力下壓制成直徑18mm，厚度1. 5mm的圓片樣品。圓片樣品在600°C保溫1小時排掉PVA粘結(jié)劑，然后在剛玉承燒板上燒結(jié)成瓷。燒結(jié)溫度1130°C，保溫時間2小時，升溫速度為3°C /分鐘。燒好的陶瓷圓片經(jīng)過表面拋光、燒銀，測量其介電性能。性能測試表明室溫介電常數(shù)和介電損耗分別為1484和1.7%，體積電阻率大于 IO13 Ω. cm，相關數(shù)據(jù)如表1、圖9和圖10所示。圖9為實施例5樣品的介電常數(shù)隨溫度變化的特性曲線；圖10為實施例5樣品的容溫變化率隨溫度變化的曲線。上述所述實施例中所用的BaTiO3粉體為廣東風華高新科技股份有限公司生產(chǎn)，其純度大于 99. 0%，D5tl < Iym0表1 制備的陶瓷樣品的介電性能數(shù)據(jù)(IkHz)
權利要求
1.一種X8R型陶瓷電容器瓷料的制備方法，其特征是包括如下步驟(1)制備Bi4Ti3O12，備用；(2)制備CBS玻璃粉，備用；(3)取水熱法合成的BaTiO3粉體，按照配方BaTi03+xBi4Ti3012+CBS玻璃粉，其中χ = 0. 01 0. 05摩爾，CBS玻璃粉占瓷料總質(zhì)量的0 IOwt %，進行配料；(4)將所稱的主要成分BaTiO3、輔助成分Bi4Ti3O12和CBS玻璃粉加入到無水乙醇溶劑中，混合球磨12h，烘干，過100目篩得到陶瓷粉體；(5)然后在粉體中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，過50目篩造粒；(6)將造粒后的粉體壓制成圓片樣品，在1130 1250°C溫度下燒結(jié)2- 成瓷，即得到用于溫度穩(wěn)定X8R型陶瓷電容器瓷料。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是所述的Bi4Ti3O12是以純度大于99%的 Bi2O3和TiO2為反應物原料，按照Bi2O3 TiO2 = 2 3稱料，將配好的料以無水酒精為介質(zhì)，球磨混合12h，烘干后過篩，然后在80(TC保溫池合成。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是所述的CBS玻璃粉是以純度大于 98. 5%的 CaC03、H3BO3> SiO2, (NH4)H2PO4 和 SiO 為原料，按照 aCa0+b&03+cSiA+dP205+eai0， 其中 a = 35 45%，b = 20 25%，c = 40 45%，d = 0.5 2%，e = 0.5 2%質(zhì)量百分比進行配料，混合均勻后，在1380 1400°C溫度下熔融1 2h，然后倒入冷水中形成玻璃渣，經(jīng)過球磨得到平均粒徑5 μ m的CBS玻璃粉末。
4.一種X8R型陶瓷電容器瓷料，其特征是用權利要求1-3中任何一項所述的制備方法制備的X8R型陶瓷電容器瓷料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種X8R型陶瓷電容器瓷料及其制備方法，該瓷料包括主要成分BaTiO3、輔助成分Bi4Ti3O12及低溫CBS玻璃粉，Bi4Ti3O12和CBS玻璃粉以粉末形式加入到BaTiO3粉體中，然后在球磨機中混勻、干燥、造粒、燒結(jié)制成，其用量摩爾配比計為BaTiO3+xBi4Ti3O12+CBS玻璃粉，其中，x＝0.01～0.05，CBS玻璃粉占瓷料總質(zhì)量的0～10wt％。該瓷料可在中溫下與賤金屬共燒，且具有X8R溫度特性，制備工藝簡單，價廉，環(huán)保。
文檔編號C04B35/626GK102260076SQ20111011260
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月30日 優(yōu)先權日2011年4月30日
發(fā)明者王麗娜, 陳國華 申請人:桂林電子科技大學