專利名稱：一種低損耗高耐壓陶瓷電容器介質及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種陶瓷組合物，特別涉及一種以鈦酸鋇為基的陶瓷電容器介質及其制備方法。
背景技術：
近年來，國內外對X7R陶瓷電容器介質材料進行了廣泛的研究(X代表示工作溫區的低溫極限-55℃，7代表工作溫區的高溫極限+125℃，R代表在工作溫區內所有溫度點的電容量相對于室溫25℃時的變化率小于或等于±15％)，其中以BaTiO3為基的陶瓷材料在生產和應用中都不會對環境產生污染，制得的陶瓷介電性能優良且穩定，因而一直受到人們的高度關注，發展也異常迅速。然而在某些領域，如軍事及航天技術應用領域，X7R系列已不能適應高溫環境下的應用，目前發展的起來的X8R系列(其中8表示工作溫區的高溫極限為+150℃)鈦酸鋇基陶瓷電容器介質材料，可使抗電磁干擾(EMI)濾波器的工作高溫區擴展至150℃。但在該工作溫區范圍內，該系列陶瓷電容器介質容量變化率雖能達到X8R的要求，但其介電損耗仍在1％以上，且耐壓強度并非很高(7kv/mm左右)，因此不能完全適應某些特殊場合，如軍事工程方面的使用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是在以鈦酸鋇為基的BaTiO3-NiO-Nb2O5三元系陶瓷電容器介質材料的基礎上進一步對其進行改進，提供一種低損耗高耐壓，且燒結溫度低的陶瓷電容器介質及其制備方法。
為達到上述目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的一種低損耗高耐壓陶瓷電容器介質，它按BaTiO3的重量為1，添加下述重量百分數的成分0.5～1.2％的鈮鎳化合物、0.1～0.3％的鈮錳化合物、0.25～1％MnCO3和4～5％的玻璃粉組成。所述的鈮鎳化合物是由重量百分比99.6～99.8％的Nb2O5和0.2～0.4％的NiO組成；所述的鈮錳化合物是由重量百分比99.2～99.6％的Nb2O5和0.4～0.8％的MnCO3組成；所述的玻璃粉是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。
上述低損耗高耐壓陶瓷電容器介質的制備方法，它包括下述步驟(1)首先將Nb2O5和NiO按重量百分比99.6～99.8％和0.2～0.4％、Nb2O5和MnCO3按重量百分比99.2～99.6％和0.4～0.8％分別稱量混合、過篩，于800～1000℃煅燒，經球磨、烘干制得先驅體鈮鎳化合物和鈮錳化合物；(2)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，制得玻璃粉；(3)將初始原料鈦酸鋇進行預燒處理，按BaTiO3的重量為1，添加下述重量百分數的組分0.5～1.5％的鈮鎳化合物、0.1～0.3％的鈮錳化合物、0.25～1％MnCO3和4～5％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，烘干后加入重量百分比為5％～7％的粘結劑過篩造粒；(4)將造粒粉料在4～6Mpa的壓強下壓制成圓片形生坯，最后在電爐中經3～4小時至500～600℃排膠至少0.5小時，再經2～3小時加熱至1125-1135℃燒成，保溫2～4小時即制得陶瓷電容器介質。
所述步驟(1)中的NiO、Nb2O5和MnCO3最好選用分析純級化學試劑。
本發明的有益效果是，在BaTiO3-NiO-Nb2O5三元系統中加入適量MnCO3可顯著增加瓷體的致密度，使損耗明顯下降，并提高耐壓強度。配合添加適量玻璃粉作助熔劑，可將瓷料的燒結溫度降至1125℃～1135℃，從而可使用成本較低的Ag(70％)/Pd(30％)電極。
此外，本發明陶瓷電容器介質的制備方法是采用鈦位先驅體摻雜改性方法，即預先合成先驅體鈮鎳化合物和鈮錳化合物，這樣可以避免在燒結過程中產生中間相，如焦綠石相，由于焦綠石相不是鈣鈦礦型結構，因此會導致材料介電性能的惡化，使摻雜改性功虧一簣，本發明方法很好地克服了這一缺點。所制得的陶瓷電容器介質不但可滿足X8R材料的性能要求，同時還兼有介質損耗低(tgδ≤0.007)、擊穿強度高(Eb≥13kv/mm)的優點，特別適合制作耐高溫、高電壓的低損耗EMI濾波多層陶瓷電容器，具有良好的發展前景。
具體實施例方式
以下將結合具體實施例對本發明作進一步的詳細描述實施例1(1)首先選取分析純級(99.9％)的化學試劑NiO、MnCO3和Nb2O5，按重量比Nb2O59.96g和NiO 0.04g、Nb2O59.92g和MnCO30.08g，分別用電子天平稱量混合，過250孔/cm2分樣篩，并分別于800℃和900℃煅燒，經球磨、烘干制得先驅體鈮鎳化合物和鈮錳化合物；(2)按表1的組成，經充分混合、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
(3)取預燒處理的BaTiO3100g，添加鈮鎳化合物0.5g、鈮錳化合物0.3g、MnCO30.75g、玻璃粉a 5g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，加入5g的石蠟，過1000孔/cm2分樣篩造粒；(4)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3.5小時至550℃排蠟0.5小時，再經2小時加熱至1125～1135℃燒成，保溫2～4小時即制得陶瓷電容器介質；將燒成試樣上、下表面涂覆銀漿，經800℃±20℃燒滲制備電極后進行各項介電性能測試。
實施例2按重量比Nb2O59.98g和NiO 0.02g、Nb2O59.96g和MnCO30.04g的組成參照實施例1的步驟(1)制備先驅體鈮鎳化合物和鈮錳化合物，其中鈮鎳化合物和鈮錳化合物的煅燒溫度分別為900℃和1000℃。
取預燒處理的BaTiO3100g，添加上述鈮鎳化合物1.5g、鈮錳化合物0.2g、MnCO31g、玻璃粉b 4g配料，其組成代號為B，所配原料球磨5小時，加入6g石蠟造粒，壓制成的圓片生坯在電爐中經3小時至600℃排蠟0.5小時，再經3小時加熱至1125～1135℃燒成，其它工藝步驟及試樣電極制備同實施例1。
實施例3按重量比Nb2O59.97g和NiO 0.03g、Nb2O59.97g和MnCO30.03g的組成參照實施例1的步驟(1)制備先驅體鈮鎳化合物和鈮錳化合物，其中鈮鎳化合物和鈮錳化合物的煅燒溫度分別為1000℃和900℃。
取預燒處理的BaTiO3100g，添加上述鈮鎳化合物1g、鈮錳化合物0.1g、MnCO30.25g、玻璃粉c 5g配料，其組成代號為C，所配原料球磨5小時，加入7g石蠟造粒，壓制成的圓片生坯在電爐中經4小時至500℃排蠟1小時，其它工藝步驟及試樣電極制備同實施例1。
上述實施例的配方組成A、B、C在燒成步驟中，可各取不同配方的干壓生坯三片，按9片為一組，分別于1125℃、1130℃、1135℃三個溫度點同時燒成并分別保溫4小時、3小時、2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片燒結良好的試樣測其介電性能，其結果列于表2。
表2中的Max|ΔC/C25℃|(％)的值的溫區范圍為-55℃～+150℃。
表2 本發明陶瓷電容器介質試樣的測試結果
權利要求
1.一種低損耗高耐壓陶瓷電容器介質，其特征是，它按BaTiO3的重量為1，添加下述重量百分數的成分0.5～1.5％的鈮鎳化合物、0.1～0.3％的鈮錳化合物、0.25～1％MnCO3和4～5％的玻璃粉組成。
2.根據權利要求1所述的低損耗高耐壓陶瓷電容器介質，其特征是，所述的鈮鎳化合物由重量百分比99.6～99.8％的Nb2O5和0.2～0.4％的NiO組成。
3.根據權利要求1所述的低損耗高耐壓陶瓷電容器介質，其特征是，所述的鈮錳化合物由重量百分比99.2～99.6％的Nb2O5和0.4～0.8％的MnCO3組成。
4.根據權利要求1所述的低損耗高耐壓陶瓷電容器介質，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。
5.一種低損耗高耐壓陶瓷電容器介質的制備方法，其特征是，它包括下述步驟(1)首先將Nb2O5和NiO按重量百分比99.6～99.8％和0.2～0.4％、Nb2O5和MnCO3按重量百分比99.2～99.6％和0.4～0.8％分別稱量混合、過篩，于800～1000℃煅燒，經球磨、烘干制得先驅體鈮鎳化合物和鈮錳化合物；(2)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，制得玻璃粉；(3)將初始原料鈦酸鋇進行預燒處理，按BaTiO3的重量為1，添加下述重量百分數的組分0.5～1.5％的鈮鎳化合物、0.1～0.3％的鈮錳化合物、0.25～1％MnCO3和4～5％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，烘干后加入重量百分比為5％～7％的粘結劑過篩造粒；(4)將造粒粉料在4～6Mpa的壓強下壓制成圓片形生坯，最后在電爐中經3～4小時至500～600℃排膠至少0.5小時，再經2～3小時加熱至1125-1135℃燒成，保溫2～4小時即制得陶瓷電容器介質。
6.根據權利要求5所述的低損耗高耐壓陶瓷電容器介質的制備方法，其特征是，所述的NiO、Nb2O5和MnCO3選用分析純級化學試劑。
全文摘要
本發明公開了一種低損耗高耐壓陶瓷電容器介質，它按BaTiO
文檔編號C04B35/622GK1793028SQ20051001619
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月21日 優先權日2005年11月21日
發明者李玲霞, 明翠, 孫曉東, 王大鵬, 王洪儒 申請人:天津大學