CN103113100A - 一种高温度稳定陶瓷电容器介质 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于高温度稳定陶瓷电容器介质的配方组成,它采用常规的陶瓷电容器介质制备方法,利用电容器陶瓷普通化学原料,制备得到无铅、无镉的无毒高温度稳定陶瓷电容器介质,其特征在于所述介质的配方包括(重量百分比): BaTiO355-90%,SrTiO32-25%,CaTiO32-15%,MgNb2O50.5-9%,Bi3NbTiO30.1-2.5%,Gd2O30.1-0.8%,MnCO30.03-1.0%;其中BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、MgNb2O5、Bi3NbTiO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成。该介质适合于制备单片陶瓷电容器,能减小陶瓷电容器的体积和提高耐压,能大大降低陶瓷电容器的成本和提高安全性,同时温度稳定性高,并且在制备和使用过程中不污染环境。
Description
技术领域
本发明涉及无机非金属材料技术领域,特指一种高温度稳定陶瓷电容器介质;它采用常规的陶瓷电容器介质制备方法,利用电容器陶瓷普通化学原料,制备得到无铅、无镉的高温度稳定陶瓷电容器介质,还能降低电容器陶瓷的烧结温度,该介质适合于制备单片陶瓷电容器,能大大降低陶瓷电容器的成本,同时能提高温度稳定性以扩大陶瓷电容器的应用范围,并且在制备和使用过程中不污染环境。
背景技术
彩电、电脑、通迅、航空航天、导弹、航海等领域迫切需要击穿电压高、温度稳定性好、可靠性高、小型化、大容量的陶瓷电容器。一般单片高压陶瓷电容器介质的烧结温度为1350~1430℃,而本发明的陶瓷电容器介质烧结温度为1250~1280℃,这样能大大降低高压陶瓷电容器的成本,同时本专利电容器陶瓷介质不含铅和镉,电容器陶瓷在制备和使用过程中不污染环境;另外,本发明的电容器陶瓷的介电常数较高,这样会提高陶瓷电容器的容量并且小型化,符合陶瓷电容器的发展趋势, 同样也会降低陶瓷电容器的成本。
通常用于生产高压陶瓷电容器的介质中含有一定量的铅,这不仅在生产、使用和废弃过程中对人体和环境造成危害,而且对性能稳定性也有不良影响。
中国期刊《电子元件与材料》1989年第5期在“高介高压2B4介质陶瓷”一文中公开了一种高压陶瓷电容器介质材料,该介质材料采用97.8wt.%BaTiO3+0.8wt.%Bi2O3+0.7wt.%Nb2O5+0.5wt.%CeO2+0.2wt.%MnO2的配方,以常规的工艺制备试样,其介电常数ε=2500~2600,tgδ=0.5-1.4%,直流耐压强度为7KV/mm。该介质虽属无铅介质材料,但它存在耐压性较差,介电常数太小。配方组成不同于本专利。
中国专利“一种高压陶瓷电容器介质”(专利号ZL00112050.6)公开的电容器陶瓷介质虽属无铅介质材料,但介电常数为1860-3300,耐电压可以达到10kV/mm以上(直流),烧结温度为1260-1400℃,比本专利高。介电常数太小,远低于本专利,而且配方组成不同于本专利。
中国期刊《江苏陶瓷》1999年第2期在“BaTiO3系低温烧成高介X7R电容器瓷料” 一文中公开了一种BaTiO3中低温烧成高介满足X7R特性的电容器瓷料,该介质材料的配方组成为(质量百分数):(BaTiO3+Nd2O3)89%~92%+Bi2O3·2TiO27.5~10%+低熔点玻璃料0.8%+50%Mn(NO3)2(水溶液)0.205%。其中,所用的低熔点玻璃料是硼硅酸铅低熔点玻璃,介质是含铅的,并且未涉及耐电压,介电常数小于3500,远小于本专利的介电常数, 介质的配方组成也不同于本发明专利。
另有专利“一种低损耗高压陶瓷电容器介质”(专利申请号:201010588021.1),该专利的介质虽然介电损耗低,但是容量温度特性较差,不符合X7R特性,介电常数比本专利的低,配方不同于本专利。
另有专利“高压陶瓷电容器介质的制造方法”(专利号:91101958.8),其采用非常规工艺制备介质,即流延成型膜,然后叠层介质体,将多层介质体进行真空加热匀压、冲片、然后进行排胶、烧成而得。该专利的缺点是制备工艺方法复杂、导致产品制造成本增加,按其介质配方制造所得的高压电容器陶瓷的介电常数为1800-7200,介电常数太小,没有本专利的介电常数高。
还有专利“一种陶瓷电容器的电介质及其制备方法”(专利申请号:201010538725.8),该专利的介质虽然介电常数很高,但容温特性较差,不符合X7R特性,配方不同于本专利。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温度稳定陶瓷电容器介质。
本发明的目的是这样来实现的:
高温度稳定陶瓷电容器介质配方组成包括(重量百分比):BaTiO355-90%,SrTiO3 2-25%, CaTiO3 2-15%, MgNb2O5 0.5-9%, Bi3NbTiO3 0.1-2.5%, Gd2O30.1-0.8%, MnCO30.03-1.0%;其中BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3 、MgNb2O6、Bi3NbTiO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成。
本发明的介质中所用的MgNb2O6是采用如下工艺制备的:将常规的化学原料MgO和Nb2O5按1:1摩尔比配料,研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1250℃-1280℃保温120分钟,固相反应合成MgNb2O6,冷却后研磨过200目筛,备用。
本发明的介质中所用的Bi3NbTiO3的制备过程如下:将常规的化学原料Bi2O3、Nb2O5和TiO2按3/2:1/2:1摩尔比配料,研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于900℃-960℃保温120分钟,固相反应合成Bi3NbTiO3,冷却后研磨过200目筛,备用。
本发明采用常规的高压陶瓷电容器介质制备工艺,即首先采用常规的化学原料用固相法分别合成BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、MgNb2O6、Bi3NbTiO3,然后按配方配料,将配合料球磨、粉碎、混合,进行烘干后,加入粘合剂造粒,再压制成生坯片,然后在空气中进行排胶和烧结,经保温并自然冷却后,获得陶瓷电容器介质,在介质上被电极即成。
上述陶瓷介质的配方最好采用下列三种方案(重量百分比):
BaTiO360-86%, SrTiO33-22%, CaTiO33-12%, MgNb2O5 0.5-8%, Bi3NbTiO3 0.2-1.7%, Gd 2O30.1-0.8%,MnCO30.03-1.0%;
BaTiO365-83%, SrTiO33-19%, CaTiO34-10%, MgNb2O51-6%, Bi3NbTiO30.2-1.7%, Gd 2O30.1-0.8%, MnCO30.03-1.0%;
BaTiO370-81%, SrTiO34-17%, CaTiO33-8%, MgNb2O61-5%, Bi3NbTiO30.2-1.7% , Gd 2O3 0.1-0.8%, MnCO30.03-1.0%。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1、本专利的介质是烧结温度较低(烧结温度1250~1280℃)钛酸钡锶基电容器陶瓷,这样能大大降低高压陶瓷电容器的成本,本专利的介质组分中不含铅和镉,对环境无污染;
2、本介质的介电常数高,为4500以上;耐电压高,直流耐电压可达13kV/mm以上;介质损耗小,小于0.5%;本介质的介电常数较高,能实现陶瓷电容器的小型化和大容量,同样能降低成本;
3、本介质的电容温度变化率小,容温特性符合X7R特性的要求;介质损耗小于0.5%,使用过程中性能稳定性好,安全性高;
4、主要原料采用陶瓷电容器级纯即可制造出本发明的陶瓷介质;
5、本介质采用常规的固相法陶瓷电容器介质制备工艺即可进行制备。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步的描述。表1给出本发明的实施例共9个试样的配方。
本发明的实施例共9个试样的配方的主要原料采用陶瓷电容器级纯,在制备时首先采用常规的化学原料用固相法分别合成BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、MgNb2O5、 Bi3NbTiO3,然后按上述配方配料,将配好的料用蒸馏水或去离子水采用行星球磨机球磨混合,料:球:水=1:3:(0.6~1.0)(质量比),球磨4~8小时后,烘干得干粉料,在干粉料中加入占其重量8~10%的浓度为10%的聚乙烯醇溶液,进行造粒,混研后过40目筛,再在20~30Mpa压力下进行干压成生坯片,然后在烧结温度为1250~1280℃下保温1~4小时进行排胶和烧结,再在780~870℃下保温15分钟进行烧银,形成银电极,再焊引线,进行包封,即得陶瓷电容器,测试其介电性能。上述各配方试样的介电性能列于表2。从表2可以看出所制备的电容器陶瓷耐电压高,可达13kV/mm(直流电压,DC)以上;介电常数为4500以上;介质损耗小于0.5%;电容温度变化率小,符合X7R特性的要求。
表1 本发明的实施例共9个试样的配方
表2 各配方试样的介电性能
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高温度稳定陶瓷电容器介质,其特征在于:所述高温度稳定陶瓷电容器介质介质配方组成按照重量百分比计算:BaTiO355-90%,SrTiO3 2-25%, CaTiO3 2-15%, MgNb2O5 0.5-9%, Bi3NbTiO3 0.1-2.5%, Gd2O30.1-0.8%, MnCO30.03-1.0%;其中BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3 、MgNb2O6、Bi3NbTiO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成。
2.如权利要求1所述的一种高温度稳定陶瓷电容器介质,其特征在于:所述高温度稳定陶瓷电容器介质介质配方组成按照重量百分比计算:BaTiO360-86%, SrTiO33-22%, CaTiO33-12%, MgNb2O5 0.5-8%, Bi3NbTiO3 0.2-1.7%, Gd 2O30.1-0.8%,MnCO30.03-1.0%。
3.如权利要求1所述的一种高温度稳定陶瓷电容器介质,其特征在于:所述高温度稳定陶瓷电容器介质介质配方组成按照重量百分比计算:BaTiO365-83%, SrTiO33-19%, CaTiO34-10%, MgNb2O51-6%, Bi3NbTiO30.2-1.7%, Gd 2O30.1-0.8%, MnCO30.03-1.0%。
4.如权利要求1所述的一种高温度稳定陶瓷电容器介质,其特征在于:所述高温度稳定陶瓷电容器介质介质配方组成按照重量百分比计算:BaTiO370-81%, SrTiO34-17%, CaTiO33-8%, MgNb2O61-5%, Bi3NbTiO30.2-1.7% , Gd 2O3 0.1-0.8%, MnCO30.03-1.0%。
5.如权利要求1所述的一种高温度稳定陶瓷电容器介质,其特征在于:所述Bi3NbTiO3的制备过程如下:将常规的化学原料Bi2O3、Nb2O5和TiO2按3/2:1/2:1摩尔比配料,研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于900℃-960℃保温120分钟,固相反应合成Bi3NbTiO3,冷却后研磨过200目筛,备用。
6.如权利要求1所述的一种高温度稳定陶瓷电容器介质,其特征在于:所述的MgNb2O6是采用如下工艺制备的:将常规的化学原料MgO和Nb2O5按1:1摩尔比配料,研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1250℃-1280℃保温120分钟,固相反应合成MgNb2O6,冷却后研磨过200目筛,备用。
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