專利名稱：寬溫度特性陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷組合物，特別涉及到一種以鈦酸鋇為基的陶瓷電容器介質(zhì)及其制備方法。
背景技術(shù)：
電流磁場干擾(EMI)來源于那些平均工作頻率在10kHz到1GHz之間的微細半導(dǎo)體器件上，它給人們生活、電子設(shè)備會帶來很大的危害。如晶體管、MOS管、振蕩回路等，各自以其自身的固有振蕩頻率通過微電子線路將干擾信號傳遞給其它器件，產(chǎn)生EMI問題，從而影響整個系統(tǒng)正常的工作狀態(tài)。對于EMI干擾，一個有效的措施就是在電子線路中采用濾波器件。多層陶瓷電容器(Multi-Layer Ceramic Capacitor，簡稱MLCC)或稱獨石電容器(Mono-Lithic Capacitor，簡稱MLC)，由于其性能與外型很適合表面貼裝技術(shù)發(fā)展的需要，因此作為超小型化EMI濾波元件，近年來已獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。相應(yīng)的，EMI濾波多層陶瓷電容器介質(zhì)材料的研究也更加受到人們的關(guān)注。
目前EMI濾波多層陶瓷電容器介質(zhì)材料主要有以下三個系列1、NP0系列該系列材料在溫度穩(wěn)定性及低損耗方面是最好的，其容量溫度系數(shù)為0±30×10-6/℃，tgδ≤5×10-4，但是介電常數(shù)通常在100以下，用該系列材料所制備的片式EMI濾波電容器容量較低，不能起到非常好的濾波效果。
2、X7R系列該系列材料在中溫?zé)Y(jié)(≤1150℃)時，介電常數(shù)通常能夠達到3200以上，但是當(dāng)上限工作溫度超過125℃時，容量變化率劇增至±40％左右，這將嚴重影響EMI濾波電容器在高溫時的濾波性能。
3、Z5U系列該系列材料具有較高的介電常數(shù)(3000～25000)，但是其溫度穩(wěn)定性很差，工作溫區(qū)在+10℃～+85℃內(nèi)，允許的容量變化率為+22％～-56％。
以上這三個系列的介質(zhì)材料在作為EMI濾波電容器時，在容量和穩(wěn)定性方不能做到相互兼顧，故而難以滿足一個寬溫度范圍(如-55℃～+170℃)的濾波使用要求。從國內(nèi)外對鈦酸鋇基陶瓷電容器介質(zhì)材料所進行的研究狀況來看，由于鈦酸鋇在生產(chǎn)和使用中都不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，制得的陶瓷介質(zhì)性能優(yōu)良，因此該種陶瓷材料一直是人們關(guān)注的重點，但是，將其工作高溫區(qū)擴展至170℃而保持較高的介電常數(shù)，并在該溫區(qū)內(nèi)容量溫度特性保持穩(wěn)定，這方面的陶瓷電容器介質(zhì)目前還未見有報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在BaTiO3-Nb2O5-MgO-M2O3(M為稀土元素，如La、Sm、Nd、Pr、Gd等)系陶瓷組成的基礎(chǔ)上對其進一步進行改性，提供一種寬溫度范圍的低頻熱穩(wěn)定性陶瓷電容器介質(zhì)。
為達到上述目的，本發(fā)明是采取下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)的一種寬溫度特性陶瓷電容器介質(zhì)，它按BaTiO3的重量為1，添加下述重量百分數(shù)的成分2～6％的Nb2O5、1～4％的MgO、3～5％的Gd2O3、1～3％的MnCO3、8～12％的CaZrO3、1.2～2.5％％的Ag2O、4～6％的玻璃粉組成。所述的玻璃粉由下述重量百分比的成分25～35％的Bi2O3、15～25％的Pb3O4、30～40％的ZnO、10～20％的H3BO3組成。
上述寬溫度特性陶瓷電容器介質(zhì)的制備方法，它按下述步驟進行(1)按重量百分比，將組成Bi2O325～35％、Pb3O415～25％、ZnO 30～40％、H3BO310～20％充分混合、熔融淬冷、磨細、過篩，即制得玻璃粉；(2)將初始原料鈦酸鋇進行預(yù)燒處理，按BaTiO3的重量為1，添加下述重量百分數(shù)的組分2～6％的Nb2O5、1～4％的MgO、3～5％的Gd2O3、1～3％的MnCO3、8～12％的CaZrO3、1.2～2.5％％的Ag2O、4～6％的玻璃粉配料，所配原料與去離子水混合后球磨至少4小時，烘干后取出一部分料進行二次球磨、烘干；(3)將二次球磨、烘干的料混入一次球磨、烘干的料中，加入重量百分比為5％～7％的粘結(jié)劑過篩造粒，然后在4～6Mpa壓強下壓制成圓片形生坯，最后在電爐中經(jīng)3～4小時至500～600℃排膠至少0.5小時，再經(jīng)3～4小時加熱至1125～1135℃燒成，保溫1.5～3小時即制得陶瓷電容器介質(zhì)。
本發(fā)明的有益效果是，在BaTiO3-Nb2O5-MgO-M2O3系統(tǒng)中添加1～3wt％MnCO3可明顯抑制晶粒的生長，使材料細晶化，并改善系統(tǒng)的溫度特性；同時摻雜8～12wt％CaZrO3，可通過Ca2+和Ti4+的協(xié)同作用使鈦酸鋇系統(tǒng)的居里峰有較強的移動和展寬效果，從而在很大程度上提高了陶瓷介質(zhì)的溫度穩(wěn)定性；此外再加入1.2～2.5wt％Ag2O組分可有效增大系統(tǒng)的介電常數(shù)。
本發(fā)明的陶瓷電容器介質(zhì)燒結(jié)溫度低(1125～1135℃)，且具有優(yōu)良的介電性能，其介電常數(shù)ε≥2200、容量溫度特性為ΔC/C≤±15％(-55℃～+170℃)、介質(zhì)損耗為tgδ≤1.5％、絕緣電阻率ρv≥1012Ω·cm。
具體實施例方式
實施例1(1)先按表1的組成，經(jīng)充分混合、熔融淬冷、磨細、過6000孔/cm2分樣篩，制得玻璃粉a、b、c。
表1 玻璃粉的組成 重量g

(2)取預(yù)燒處理的BaTiO3100g，添加Nb2O52g、MgO 4g、Gd2O34g、MnCO33g、CaZrO312g、Ag2O 1.2g、玻璃粉a 6g配料，其組成代號為A，所配原料與去離子水混合后球磨4小時，于120℃烘干，取出1/2重量的料進行二次球磨、烘干；二次球磨、烘干的工藝條件同一次球磨、烘干。
(3)將二次球磨、烘干的料混入一次球磨、烘干的料中，加入7g的石蠟，過1000孔/cm2分樣篩造粒，然后將造粒粉料分別在4Mpa、5Mpa和6Mpa壓強下壓制成Ф20mm×1～1.5mm的圓片生坯三組共9片，最后在電爐中經(jīng)3.5小時至550℃排蠟0.5小時，再經(jīng)3.5小時加熱至1125-1135℃燒成，保溫1.5～3小時即制得陶瓷電容器介質(zhì)。將燒成試樣上、下表面涂覆銀漿，經(jīng)820℃燒滲制備電極后進行各項介電性能測試。
實施例2取預(yù)燒處理的BaTiO3100g，添加Nb2O56g、MgO 2g、Gd2O33g、MnCO32g、CaZrO310g、Ag2O 2g、玻璃粉b4g配料，其組成代號為B，所配原料球磨5小時，造粒時加入6g石蠟，壓制成的圓片生坯在電爐中經(jīng)3小時至600℃排蠟0.5小時，再經(jīng)4小時加熱至1125～1135℃燒成，其它工藝步驟同實施例1；將燒成試樣上、下表面涂覆銀漿，經(jīng)800℃燒滲制備電極后進行各項介電性能測試。
實施例3取預(yù)燒處理的BaTiO3100g，添加Nb2O54g、MgO 1g、Gd2O35g、MnCO31g、CaZrO38g、Ag2O 2.5g、玻璃粉c 5g配料，其組成代號為C，所配原料球磨5小時，烘干后取出2/3重量的料進行二次球磨、烘干，造粒時加入5g石蠟，壓制成的圓片生坯在電爐中經(jīng)4小時至500℃排蠟1小時，再經(jīng)3小時加熱至1125～1135℃燒成，其它工藝步驟同實施例1；將燒成試樣上、下表面涂覆銀漿，經(jīng)840℃燒滲制備電極后進行各項介電性能測試。
上述實施例配方組成A、B、C在燒成步驟中，可各取一組不同配方的干壓生坯三片，按9片為一組，分別于1125℃、1130℃、1135℃同時燒成并分別保溫3小時、2小時、1.5小時，最后制得三組不同配方和燒成溫度的27片試樣，從中揀選出9片燒結(jié)良好的試樣測其介電性能，結(jié)果列于表2。
表2 本發(fā)明陶瓷電容器介質(zhì)試樣的測試結(jié)果

表2中Max|ΔC/C25℃|(％)值的溫區(qū)范圍為-55℃～+170℃。
本發(fā)明的寬溫度特性陶瓷電容器介質(zhì)由于容量大，作為片式多層MLCC或MLC可以有效減小電容器的體積；如配以30％Pd-70％Ag的電極漿料與介質(zhì)材料同時燒成可進一步降低片式電容的產(chǎn)品成本，具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種寬溫度特性陶瓷電容器介質(zhì)，其特征是，它按BaTiO3的重量為1，添加下述重量百分數(shù)的成分2～6％的Nb2O5、1～4％的MgO、3～5％的Gd2O3、1～3％的MnCO3、8～12％的CaZrO3、1.2～2.5％的Ag2O、4～6％的玻璃粉組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫度特性陶瓷電容器介質(zhì)，其特征是，所述的玻璃粉由下述重量百分比的成分25～35％的Bi2O3、15～25％的Pb3O4、30～40％的ZnO、10～20％的H3BO3組成。
3.一種寬溫度特性陶瓷電容器介質(zhì)的制備方法，其特征是，它按下述步驟進行(1)按重量百分比，將組成Bi2O325～35％、Pb3O415～25％、ZnO 30～40％、H3BO310～20％充分混合、熔融淬冷、磨細、過篩，即制得玻璃粉；(2)將初始原料鈦酸鋇進行預(yù)燒處理，按BaTiO3的重量為1，添加下述重量百分數(shù)的組分2～6％的Nb2O5、1～4％的MgO、3～5％的Gd2O3、1～3％的MnCO3、8～12％的CaZrO3、1.2～2.5％％的Ag2O、4～6％的玻璃粉配料，所配原料與去離子水混合后球磨至少4小時，烘干后取出一部分料進行二次球磨、烘干；(3)將二次球磨、烘干的料混入一次球磨、烘干的料中，加入重量百分比為5％～7％的粘結(jié)劑過篩造粒，然后在4～6Mpa壓強下壓制成圓片形生坯，最后在電爐中經(jīng)3～4小時至500～600℃排膠至少0.5小時，再經(jīng)3～4小時加熱至1125～1135℃燒成，保溫1.5～3小時即制得陶瓷電容器介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬溫度特性陶瓷電容器介質(zhì)的制備方法，其特征是，步驟(2)中所述的取出一部分料，是取出1/2～2/3重量的料進行二次球磨、烘干。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬溫度特性陶瓷電容器介質(zhì)，它按BaTiO
文檔編號H01G4/12GK1793030SQ200510016199
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月21日
發(fā)明者李玲霞, 明翠, 孫曉東, 王大鵬, 王洪儒 申請人:天津大學(xué)