專利名稱：介電陶瓷組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介電陶瓷組合物，尤其是一種用作疊片陶瓷電容器原料的介電陶瓷組合物。
以鈦酸鋇(BaTiO3)為基礎(chǔ)的介電陶瓷組合物已被人們廣泛應(yīng)用。但是，其缺點(diǎn)在于需要高溫焙燒(通常為1300-1400℃)。在將其用于疊片電容器時(shí)，需要能夠耐焙燒高溫的貴金屬內(nèi)部電極(例如鉑和鈀)。這提高了生產(chǎn)成本。所以，疊片電容器成本的降低需要一種能夠在較低溫度下焙燒的介電陶瓷組合物，由此可以不使用貴金屬作為內(nèi)部電極(以銀和鎳為基礎(chǔ))。
要求介電陶瓷組合物具有的基本電學(xué)性能包括高介電常數(shù)、低介電損耗以及高絕緣電阻。此外，高機(jī)械強(qiáng)度是對(duì)絕緣陶瓷組合物的另一項(xiàng)要求。在將這種組合物用于小型疊片電容器時(shí)，組合物片裝在基材上會(huì)因兩者的熱膨脹差異而發(fā)生機(jī)械應(yīng)變，此時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要。這種應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致疊片電容器的碎裂和損壞。所以，疊片電容器的可靠性取決于其制造用介電陶瓷組合物的機(jī)械性能。
因此，一直以來(lái)，需要一種既能夠在較低溫度下燒結(jié)又具有較優(yōu)的機(jī)械強(qiáng)度的介電陶瓷組合物。
日本專利公開No.21850/1980公開了能夠在低溫下燒結(jié)的介電陶瓷組合物，這是一種由Pb(Fe2/3W1/3)O3和PbZrO3組成的二組分組合物。但是，該組合物的介電損耗高，電阻率低，有待改進(jìn)。為了克服這些缺點(diǎn)，已經(jīng)提出了一種含有第三組分Pb(Mn2/3W1/3)O3的三組分組合物(日本專利公開No.23058/1980)。但是，此三組分組合物的抗撓強(qiáng)度較差，所以只能用于某些用途的疊片電容器。日本專利公開No.60670/1983中公開了另一種三元介電陶瓷組合物，由Pb(Mn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/2W1/2)O3和PbTiO3組成。與上述介電陶瓷組合物一樣，其機(jī)械強(qiáng)度也不能令人滿意。
本發(fā)明目的之一是提供一種既能夠在較低溫度下燒結(jié)又具有高介電常數(shù)和足夠機(jī)械強(qiáng)度的介電陶瓷組合物。
本發(fā)明主要為一種主要由鎂鈮酸鉛[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]、鈦酸鍶[SrTiO3]和鈦酸鉛[PbTiO3]組成的介電陶瓷組合物，其特征在于所述三種主要組分的摩爾比為[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]x·[SrTiO3]y·[PbTiO3]z(其中，x+y+z＝100摩爾份數(shù)，而且在三角坐標(biāo)系中，x、y和z的值位于通過(guò)A(72，10，18)、B(76，5，19)、C(57，5，38)和D(48，20，32)四點(diǎn)的線上或這些線包圍的區(qū)域內(nèi)，而且所述的三種主要組分被補(bǔ)充以(Pb1-xBax)(Cu1/2W1/2)O3(其中0≤x≤1)，相對(duì)于每100摩爾份數(shù)所述主要組分其量少于5摩爾份數(shù)(不包括0摩爾份數(shù))。
本發(fā)明的介電陶瓷組合物能夠在低溫下燒結(jié)，而且具有優(yōu)良的介電性能和前所未有的高機(jī)械強(qiáng)度。其抗撓強(qiáng)度高于120MPa。該組合物由于具有高強(qiáng)度而可用作疊片電容器的原料。本發(fā)明中有效樣品的抗撓強(qiáng)度高于120MPa，相對(duì)介電常數(shù)高于9000，符合JIS規(guī)定的D特性。
參照以下說(shuō)明和附圖，可方便地獲知本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1顯示的是三角坐標(biāo)系中，表1各樣品中三種主要組分之比。
各樣品的準(zhǔn)備均以Pb3O4，MgO，TiO2，SrO3，CuO和WO3(工業(yè)用)為起始原料。將原料稱重，以得到表1中的組成。在去離子水(作為溶劑)中球磨16小時(shí)將其混合。形成的粉末在750℃的空氣中煅燒2小時(shí)。煅燒后的粉末與有機(jī)溶劑(如甲苯)，粘合劑(如PVB)和增塑劑(如DOP)混合成料漿。利用刮刀法將料漿成形為坯料片(厚50-60μm)。將坯料片制成園片形試樣(厚1.0μm，直徑10mm)和長(zhǎng)方體試樣(長(zhǎng)45mm，寬5mm，厚1.5mm)。在空氣中除去這些試樣中的粘合劑，然后在950-1100℃的空氣中焙燒。由此獲得要求的陶瓷樣品。
表1
非本發(fā)明樣品PMNPb(Mg1/3Nb2/3)O3STSrTiO3PTPbTiO3PBCW(Pb1-xBa1-x)(Cu1/2W1/2)O3將園片試樣兩面涂以銀涂料并在800℃的空氣中烘焙后，試驗(yàn)其介電性能。在25℃測(cè)定頻率為1kHz電壓為1V時(shí)(rms)的相對(duì)介電常數(shù)(εr)。根據(jù)-25℃與85℃時(shí)的電容量相對(duì)于20℃電容量的差異(％)，表示出靜電容的溫度特性。測(cè)定頻率為1kHz電壓為1V時(shí)(rms)的電容。
將長(zhǎng)方體試樣用于按照以下方式利用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定抗撓強(qiáng)度。將試樣置于兩支點(diǎn)上，相距30mm，以0.5mm/min的速度推進(jìn)十字頭使其彎曲。由以下公式計(jì)算抗撓強(qiáng)度(σ)。
σ＝3×P×I/2×W×t2
其中，P斷裂載荷L支點(diǎn)距離W試樣寬度t試樣厚度抗撓強(qiáng)度的值是由Weibull分布計(jì)算而得的15-20次測(cè)定的平均值。
表1中概括了試樣的抗撓強(qiáng)度和介電特性。
樣品1至16含有PBCW，其中的x＝0。樣品17含有PBCW，x＝0.5。樣品18含有PBCW，x＝1。
抗撓強(qiáng)度以MPa為單位表示，“平均值”得自Weibull分布。
將每一樣品的組成都繪制在三角坐標(biāo)系中(圖1)。三角坐標(biāo)系中的數(shù)字對(duì)應(yīng)于樣品的號(hào)碼。
本發(fā)明的組成確定如上。理由參見(jiàn)表1和圖1。組成在線B-C以下，使得抗撓強(qiáng)度低于100MPa，例如樣品1和5。組成在線C-D和A-B之外，使得抗撓強(qiáng)度為90MPa和105MPa，例如樣品12和14。這些值與常規(guī)鉛基陶瓷組合物的相近。
組成高于線A-D，抗撓強(qiáng)度為115MPa，如樣品13。該值對(duì)本發(fā)明而言是不夠的。不加輔助組分時(shí)，例如樣品15，樣品即使在1200℃也不能燒結(jié)。即，樣品不具備鉛基介電陶瓷組合物能夠在低溫下燒結(jié)的性能。加入過(guò)量的輔助組分(多于5摩爾份數(shù))時(shí)，例如樣品16，樣品的抗撓強(qiáng)度極差(90Mpa)。
如表1所示，樣品4的相對(duì)介電常數(shù)為9400，抗撓強(qiáng)度為132MPa，樣品10的相對(duì)介電常數(shù)為5300，抗撓強(qiáng)度為145MPa。此外，TCC值顯示，兩種樣品均符合JIS規(guī)定的D特性。這一點(diǎn)值得注意，因?yàn)閺奈从羞^(guò)如此高性能的常規(guī)鉛基介電陶瓷組合物。
權(quán)利要求
1.一種主要由鎂鈮酸鉛[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]、鈦酸鍶[SrTiO3]和鈦酸鉛[PbTiO3]組成的介電陶瓷組合物，其特征在于，所述三種主要組分的摩爾比為[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]x·[SrTio3]y·[PbTiO3]z，其中，x+y+z＝100摩爾份數(shù)，而且在三角坐標(biāo)系中，x、y和z的值位于通過(guò)A(72，10，18)、B(76，5，19)、C(57，5，38)和D(48，20，32)四點(diǎn)的線上或這些線包圍的區(qū)域內(nèi)，而且所述的三種主要組分被補(bǔ)充以(Pb1-xBax)(Cu1/2W1/2)O3(其中0≤x≤1)，對(duì)于每100摩爾份數(shù)所述主要組分其量少于5摩爾份(不包括0摩爾份數(shù))。
全文摘要
一種主要由鎂鈮酸鉛、鈦酸鍶和鈦酸鉛組成的介電陶瓷組合物，其特征在于，此三種主要組分的摩爾比為[Pb(Mg
文檔編號(hào)H01B3/12GK1163875SQ9710233
公開日1997年11月5日 申請(qǐng)日期1997年1月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月26日
發(fā)明者川本光俊, 浜地幸生 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所