本發明涉及無機非金屬材料
技術領域：
，具體涉及一種高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質及其制備方法。
背景技術：
：彩電、電腦、通迅、航空航天、導彈、航海等領域迫切需要擊穿電壓高、溫度穩定性好、可靠性高、小型化、大容量的陶瓷電容器。通常用于生產高壓陶瓷電容器的介質中含有一定量的鉛，這不僅在生產、使用和廢棄過程中對人體和環境造成危害，而且對性能穩定性也有不良影響。現有的陶瓷電容器介質中，有些介質雖屬無鉛介質材料，但它耐壓性較差，介電常數太小；而有些介質雖然介質損耗低，但是容量溫度特性較差，不符合x7r特性，介電常數太小；有些介質雖然介電常數很高，但容溫特性較差，不符合x7r特性。可見，現有的陶瓷電容器介質不能兼顧高介電常數、低介質損耗和高溫度穩定性等各方面的要求。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是提供一種高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質及其制備方法，這種陶瓷電容器介質介電常數高、介質損耗小且溫度穩定性高。采用的技術方案如下：一種高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質，其特征在于由下述重量配比的原料制成：batio355-90%，srtio32-25%，bi2zro52-15%，mnnb2o60.5-6%，canb2o60.1-8.5%，bi2o30.1-0.8%，mno20.03-1.0%。一種優選方案中，上述高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質由下述重量配比的原料制成：batio360-86%，srtio33-22%，bi2zro53-12%，mnnb2o60.5-6%，canb2o60.2-6.7%，bi2o30.1-0.8%，mno20.03-1.0%。另一種優選方案中，上述高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質由下述重量配比的原料制成：batio365-83%，srtio33-19%，bi2zro54-10%，mnnb2o61-6%，canb2o60.2-5.2%，bi2o30.1-0.8%，mno20.03-1.0%。另一種優選方案中，上述高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質由下述重量配比的原料制成：batio370-81%，srtio34-17%，bi2zro53-8%，mnnb2o61-5%，canb2o60.2-4.7%，bi2o30.1-0.8%，mno20.03-1.0%。優選上述batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6分別是采用常規的化學原料以固相法合成。上述batio3可采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備baco3和tio2，然后對baco3和tio2進行研磨并混合均勻，再將baco3和tio2的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1250℃下保溫120分鐘，得到batio3。得到的batio3冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。上述srtio3可采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備srco3和tio2，然后對srco3和tio2進行研磨并混合均勻，再將srco3和tio2的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1260℃下保溫120分鐘，得到srtio3。得到的srtio3冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。上述bi2zro5可采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備bi2o3和zro2，然后對bi2o3和zro2進行研磨并混合均勻，再將bi2o3和zro2的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1100-1150℃下保溫120分鐘，得到bi2zro5。得到的bi2zro5冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。上述mnnb2o6可采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備mnco3和nb2o5，然后對mnco3和nb2o5進行研磨并混合均勻，再將mnco3和nb2o5的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1200℃下保溫240分鐘，得到mnnb2o6。得到的mnnb2o6冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。上述canb2o6可采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備caco3和nb2o5，然后對caco3和nb2o5進行研磨并混合均勻，再將caco3和nb2o5的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1150-1200℃下保溫120分鐘，得到canb2o6。得到的canb2o6冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。本發明還提供上述高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質的一種制備方法，其特征在于包括下述步驟：（1）按比例配備batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6、bi2o3和mno2；（2）將步驟（1）所配備的batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6、bi2o3和mno2粉碎并混合均勻，得到混合粉料；（3）將步驟（2）得到的混合粉料在烘箱中烘干，得到干粉料；（4）向干粉料中加入粘結劑并進行造粒，得到顆粒狀物料；（5）將步驟（4）得到的顆粒狀物料壓制成生坯片；（6）將生坯片置于1200-1230℃下保溫1-4小時，使生坯片排出粘結劑并燒結，得到所述高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質。得到的高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質為陶瓷介質片，在780-870℃下保溫15分鐘進行燒銀，形成銀電極，再焊引線，進行包封，即得陶瓷電容器。步驟（2）中，可以分別將各種原料粉碎后混合均勻；也可以將各種原料混合后進行粉碎，隨后邊粉碎邊混合，或粉碎后再使各種原料混合均勻。粉碎設備可采用球磨，也可以采用其它粉碎設備。優選采用行星球磨機對配備好的原料進行球磨，被球磨的原料、所用球、所用水的重量比例為：原料:球:水=1:3:(0.6-1.0)，球磨過程持續4-8小時。水可采用蒸餾水或去離子水。步驟（4）的粘結劑可采用聚乙烯醇水溶液（即pva溶液）。優選步驟（4）的粘結劑采用重量百分比濃度為10%的聚乙烯醇溶液，所加入的聚乙烯醇溶液的重量為干粉料的重量的8-10%。步驟（4）中，可在造粒后過40目篩。優選步驟（5）中，在20-30mpa壓力下對顆粒狀物料進行干壓成型，得到生坯片。本發明與現有技術相比，具有如下優點：（1）本發明的陶瓷電容器介質的介電常數高（介電常數為6800以上），耐電壓高（直流耐電壓可達15kv/mm以上），介質損耗小（介質損耗小于0.3%），由于介電常數較高，因而能實現陶瓷電容器的小型化和大容量，能降低成本；（2）本發明的陶瓷電容器介質的電容溫度變化率小，容溫特性符合x7r特性的要求，溫度穩定性高，同時由于介質損耗小，因此在使用過程中性能穩定性好，安全性高，并可擴大陶瓷電容器的應用范圍；（3）本發明的陶瓷電容器介質組分中不含鉛和鎘，在制備和使用過程中對環境無污染；（4）本發明的陶瓷電容器介質燒結溫度較低（燒結溫度為1200-1230℃），這樣能大大降低陶瓷電容器的制造成本。具體實施方式實施例1首先，以固相法合成batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6。batio3采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備baco3和tio2，然后對baco3和tio2進行研磨并混合均勻，再將baco3和tio2的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1250℃下保溫120分鐘，得到batio3。得到的batio3冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。srtio3采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備srco3和tio2，然后對srco3和tio2進行研磨并混合均勻，再將srco3和tio2的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1260℃下保溫120分鐘，得到srtio3。得到的srtio3冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。bi2zro5采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備bi2o3和zro2，然后對bi2o3和zro2進行研磨并混合均勻，再將bi2o3和zro2的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1120℃下保溫120分鐘，得到bi2zro5。得到的bi2zro5冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。mnnb2o6采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備mnco3和nb2o5，然后對mnco3和nb2o5進行研磨并混合均勻，再將mnco3和nb2o5的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1200℃下保溫240分鐘，得到mnnb2o6。得到的mnnb2o6冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。canb2o6采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備caco3和nb2o5，然后對caco3和nb2o5進行研磨并混合均勻，再將caco3和nb2o5的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1180℃下保溫120分鐘，得到canb2o6。得到的canb2o6冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。然后，按下述步驟制備高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質：（1）按比例配備batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6、bi2o3和mno2；參照表1，配備的各種原料的重量百分比如下：batio380%，srtio36%，bi2zro57%，mnnb2o63.2%，canb2o63%，bi2o30.3%，mno20.5%；（2）將步驟（1）所配備的batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6、bi2o3和mno2粉碎并混合均勻，得到混合粉料；本步驟（2）中采用行星球磨機對配備好的原料進行球磨，被球磨的原料、所用球、所用水的重量比例為：原料:球:水=1:3:0.8，球磨過程持續6小時；（3）將步驟（2）得到的混合粉料在烘箱中烘干，得到干粉料；（4）向干粉料中加入粘結劑并進行造粒（在造粒后過40目篩），得到顆粒狀物料；本步驟（4）的粘結劑采用重量百分比濃度為10%的聚乙烯醇溶液，所加入的聚乙烯醇溶液的重量為干粉料的重量的9%；（5）將步驟（4）得到的顆粒狀物料壓制成生坯片；本步驟（5）中，在25mpa壓力下對顆粒狀物料進行干壓成型，得到生坯片；（6）將生坯片置于1220℃下保溫3小時，使生坯片排出粘結劑并燒結，得到所述高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質。得到的高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質為陶瓷介質片，在820℃下保溫15分鐘進行燒銀，形成銀電極，再焊引線，進行包封，即得陶瓷電容器。實施例2首先，以固相法合成batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6。本實施例中batio3、srtio3、mnnb2o6的制備工藝與實施例1相同。bi2zro5采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備bi2o3和zro2，然后對bi2o3和zro2進行研磨并混合均勻，再將bi2o3和zro2的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1100℃下保溫120分鐘，得到bi2zro5。得到的bi2zro5冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。canb2o6采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備caco3和nb2o5，然后對caco3和nb2o5進行研磨并混合均勻，再將caco3和nb2o5的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1150℃下保溫120分鐘，得到canb2o6。得到的canb2o6冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。然后，按下述步驟制備高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質：（1）按比例配備batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6、bi2o3和mno2；參照表1，配備的各種原料的重量百分比如下：batio383%，srtio34.6%，bi2zro55%，mnnb2o63.8%，canb2o63%，bi2o30.2%，mno20.4%；（2）將步驟（1）所配備的batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6、bi2o3和mno2粉碎并混合均勻，得到混合粉料；本步驟（2）中采用行星球磨機對配備好的原料進行球磨，被球磨的原料、所用球、所用水的重量比例為：原料:球:水=1:3:0.6，球磨過程持續8小時；（3）將步驟（2）得到的混合粉料在烘箱中烘干，得到干粉料；（4）向干粉料中加入粘結劑并進行造粒（在造粒后過40目篩），得到顆粒狀物料；本步驟（4）的粘結劑采用重量百分比濃度為10%的聚乙烯醇溶液，所加入的聚乙烯醇溶液的重量為干粉料的重量的8%；（5）將步驟（4）得到的顆粒狀物料壓制成生坯片；本步驟（5）中，在30mpa壓力下對顆粒狀物料進行干壓成型，得到生坯片；（6）將生坯片置于1200℃下保溫4小時，使生坯片排出粘結劑并燒結，得到所述高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質。得到的高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質為陶瓷介質片，在780℃下保溫15分鐘進行燒銀，形成銀電極，再焊引線，進行包封，即得陶瓷電容器。實施例3首先，以固相法合成batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6。本實施例中batio3、srtio3、mnnb2o6的制備工藝與實施例1相同。bi2zro5采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備bi2o3和zro2，然后對bi2o3和zro2進行研磨并混合均勻，再將bi2o3和zro2的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1150℃下保溫120分鐘，得到bi2zro5。得到的bi2zro5冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。canb2o6采用如下工藝制備：按1:1的摩爾比配備caco3和nb2o5，然后對caco3和nb2o5進行研磨并混合均勻，再將caco3和nb2o5的混合物料放入氧化鋁坩堝內，于1200℃下保溫120分鐘，得到canb2o6。得到的canb2o6冷卻后，經研磨并過200目篩，備用。然后，按下述步驟制備高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質：（1）按比例配備batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6、bi2o3和mno2；參照表1，配備的各種原料的重量百分比如下：batio385%，srtio34%，bi2zro53.5%，mnnb2o64.5%，canb2o62.2%，bi2o30.6%，mno20.2%；（2）將步驟（1）所配備的batio3、srtio3、bi2zro5、mnnb2o6、canb2o6、bi2o3和mno2粉碎并混合均勻，得到混合粉料；本步驟（2）中采用行星球磨機對配備好的原料進行球磨，被球磨的原料、所用球、所用水的重量比例為：原料:球:水=1:3:1，球磨過程持續4小時；（3）將步驟（2）得到的混合粉料在烘箱中烘干，得到干粉料；（4）向干粉料中加入粘結劑并進行造粒（在造粒后過40目篩），得到顆粒狀物料；本步驟（4）的粘結劑采用重量百分比濃度為10%的聚乙烯醇溶液，所加入的聚乙烯醇溶液的重量為干粉料的重量的10%；（5）將步驟（4）得到的顆粒狀物料壓制成生坯片；本步驟（5）中，在20mpa壓力下對顆粒狀物料進行干壓成型，得到生坯片；（6）將生坯片置于1230℃下保溫2小時，使生坯片排出粘結劑并燒結，得到所述高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質。得到的高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質為陶瓷介質片，在870℃下保溫15分鐘進行燒銀，形成銀電極，再焊引線，進行包封，即得陶瓷電容器。實施例4-9實施例4-9中，各種原料的配比如表1所示。實施例4、7中制備高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質的方法與實施例1相同（可根據實際情況對各步驟的溫度、時間、壓力等工藝條件進行調整）；實施例6、8中制備高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質的方法與實施例3相同（可根據實際情況對各步驟的溫度、時間、壓力等工藝條件進行調整）；實施例5、9中制備高介電常數低損耗高溫度穩定陶瓷電容器介質的方法與實施例2相同（可根據實際情況對各步驟的溫度、時間、壓力等工藝條件進行調整）。以上各實施例制得陶瓷電容器后，測試其性能，各實施例陶瓷電容器介質的性能如表2所示。從表2可以看出所制備的陶瓷電容器介質耐電壓高，可達15kv/mm(直流電壓，dc)以上；介電常數為6800以上；介質損耗小于0.3%；電容溫度變化率小，符合x7r特性的要求。表1本發明各實施例的原料配比（重量百分比）實施例batio3srtio3bi2zro5mnnb2o6canb2o6bi2o3mno2180673.230.30.52834.653.830.20.438543.54.52.20.60.24805.545.240.50.85788.26.83.430.20.46769.673.23.80.20.2774105.654.80.50.187211663.60.60.897012565.80.70.5表2本發明各實施例制得的陶瓷電容器介質的性能當前第1頁12