CN103408302B

CN103408302B - 一种高介高温度稳定陶瓷电容器介质及其制备方法

Info

Publication number: CN103408302B
Application number: CN201310304829.6A
Authority: CN
Inventors: 黄新友; 高春华; 李军
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Fujian Ruisheng Electronic Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2033-07-19
Also published as: CN103408302A

Abstract

本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种高介高温度稳定陶瓷电容器介质及其制备方法。其配方组成按照重量百分比计算为：BaTiO₃55-90%，SrTiO₃2-25%，CaZrO₃2-15%，Bi₂O₃·3TiO₂0.5-6%，La₂(ZrO₃)₃0.1-8.5%，Gd₂O₃0.1-0.8%，MnO₂0.03-1.0%。本发明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，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

一种高介高温度稳定陶瓷电容器介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种高介高温度稳定陶瓷电容器介质及其制备方法；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、无镉的高介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1200~1230℃，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，容量温度特性不符合X7R特性，配方不同于本专利。

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介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：

高介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%，SrTiO₃2-25%，CaZrO₃2-15%，Bi₂O₃·3TiO₂0.5-6%， La₂(ZrO₃)₃ 0.1-8.5%，Gd₂O₃0.1-0.8%，MnO₂0.03-1.0%；其中BaTiO₃、SrTiO₃、CaZrO₃、Bi₂O₃·3TiO₂、La₂(ZrO₃)₃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Bi₂O₃·3TiO₂是采用如下工艺制备的：将常规的化学原料Bi₂O₃和TiO₂按1：3摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于950℃-1100℃保温120分钟，固相反应合成Bi₂O₃·3TiO₂，冷却后研磨过200目筛，备用。

本发明的介质中所用的La₂(ZrO₃)₃的制备过程如下：将常规的化学原料La₂O₃和ZrO₂按1： 3摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1280℃-1300℃保温120分钟，固相反应合成La₂(ZrO₃)₃，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、CaZrO₃、Bi₂O₃·3TiO₂、La₂(ZrO₃)₃，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%, CaZrO₃3-12%, Bi₂O₃·3TiO₂0.5-6%, La₂(ZrO₃)₃0.2-6.7%, Gd₂O₃0.1-0.8%,MnO₂0.03-1.0%；

BaTiO₃65-83%, SrTiO₃3-19%, CaZrO₃4-10%, Bi₂O₃·3TiO₂1-6%, La₂(ZrO₃)₃0.2-5.2%, Gd₂O₃0.1-0.8%, MnO₂0.03-1.0%；

BaTiO₃70-81%, SrTiO₃4-17%, CaZrO₃3-8%, Bi₂O₃·3TiO₂1-5%, La₂(ZrO₃)₃ 0.2-4.7%, Gd₂O₃0.1-0.8%, MnO₂0.03-1.0%。

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1200~1230℃）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5600以上；耐电压高，直流耐电压可达14kV/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、CaZrO₃、Bi₂O₃·3TiO₂、La₂(ZrO₃)₃，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1200~1230℃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14kV/mm(直流电压，DC)以上；介电常数为5600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

1.一种高介高温度稳定陶瓷电容器介质，所述陶瓷电容器介质介电常数高，为5600以上；耐电压高，直流耐电压达14kV/mm以上；介质损耗小，小于0.5%；电容温度变化率小，符合X7R特性的要求；其特征在于：所述陶瓷电容器介质配方组成按照重量百分比计算为：BaTiO₃55-90%，SrTiO₃2-25%，CaZrO₃2-15%，Bi₂O₃·3TiO₂0.5-6%， La₂(ZrO₃)₃ 0.1-8.5%，Gd₂O₃0.1-0.8%，MnO₂0.03-1.0%；其中BaTiO₃、SrTiO₃、CaZrO₃、Bi₂O₃·3TiO₂、La₂(ZrO₃)₃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所述的一种高介高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于：所述的Bi₂O₃·3TiO₂是采用如下工艺制备的：将常规的化学原料Bi₂O₃和TiO₂按1：3摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于950℃-1100℃保温120分钟，固相反应合成Bi₂O₃·3TiO₂，冷却后研磨过200目筛，备用。

3. 如权利要求1所述的一种高介高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于：所述的La₂(ZrO₃)₃的制备过程如下：将常规的化学原料La₂O₃和ZrO₂按1： 3摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1280℃-1300℃保温120分钟，固相反应合成La₂(ZrO₃)₃，冷却后研磨过200目筛，备用。

4.如权利要求1所述的一种高介高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于：所述陶瓷电容器介质配方组成按照重量百分比计算为：BaTiO₃60-86%, SrTiO₃3-22%, CaZrO₃3-12%, Bi₂O₃·3TiO₂0.5-6%, La₂(ZrO₃)₃0.2-6.7%, Gd₂O₃0.1-0.8%,MnO₂0.03-1.0%。

5.如权利要求1所述的一种高介高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于：所述陶瓷电容器介质配方组成按照重量百分比计算为：BaTiO₃65-83%, SrTiO₃3-19%, CaZrO₃4-10%, Bi₂O₃·3TiO₂1-6%, La₂(ZrO₃)₃0.2-5.2%, Gd₂O₃0.1-0.8%, MnO₂0.03-1.0%。

6.如权利要求1所述的一种高介高温度稳定陶瓷电容器介质，其特征在于：所述陶瓷电容器介质配方组成按照重量百分比计算为：BaTiO₃70-81%, SrTiO₃4-17%, CaZrO₃3-8%, Bi₂O₃·3TiO₂1-5%, La₂(ZrO₃)₃ 0.2-4.7%, Gd₂O₃0.1-0.8%, MnO₂0.03-1.0%。

7.如权利要求1所述的一种高介高温度稳定陶瓷电容器介质的制备方法，其特征在于包括如下步骤：首先采用常规的化学原料用固相法分别合成BaTiO₃、SrTiO₃、CaZrO₃、Bi₂O₃·3TiO₂、La₂(ZrO₃)₃，然后按配方配料，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，质量比料:球:水=1:3:0.6~1.0，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1200~1230℃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，即得陶瓷电容器介质。