一種巨介陶瓷電容器介質及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及無機非金屬材料技術領域，特指一種巨介、電容溫度變化率小的陶瓷電容器介質。配方組成包括：Ca0.925Y0.05Cu3Ti4O1291～98wt.％，(Ba0.65Sr0.35)TiO30.1～7.0wt.％，Bi2WO3 0.01～1wt.％,Ba(Yb1/2Nb1/2)O30.1～4wt.％，Co2O30.01～1.8wt.％。它采用電容器陶瓷普通化學原料，制備得到無鉛、無鎘的巨介、電容溫度變化率小的陶瓷電容器介質，還能大大降低電容器陶瓷的燒結溫度。
【專利說明】
一種巨介陶瓷電容器介質及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及無機非金屬材料技術領域，特指一種巨介、電容溫度變化率小的陶瓷 電容器介質。它采用電容器陶瓷普通化學原料，制備得到無鉛、無鎘的巨介、電容溫度變化 率小的陶瓷電容器介質，還能降低電容器陶瓷的燒結溫度，該介質適合于制備單片陶瓷電 容器和單層片式陶瓷電容器，能大大降低陶瓷電容器的成本，該介質介電常數巨高，容易實 現陶瓷電容器的小型化，同時能提高耐電壓以擴大陶瓷電容器的應用范圍，并且在制備和 使用過程中不污染環境。
【背景技術】
[0002] 高介電常數為電容性器件的體積微型化提供了可能性。隨著電子器件微型化的發 展，高介電常數材料在微電子技術中起著越來越重要的作用。鈦酸銅鈣(CaCu 3Ti4012，簡稱 CCT0)陶瓷是其中一種最具代表性的高介電常數材料。CCT0陶瓷不論單晶還是多晶形態都 呈現出異常高的介電常數，近年受到越來越多的關注。CCT0陶瓷具有很多優點，例如介電常 數非常大(e r為1〇4)、在比較寬的頻率范圍和相當廣的溫度范圍內介電常數隨頻率和溫度的 變化很小、制備工藝也相當簡單，而且介電常數的大小可以通過改變燒結條件來調節，在諧 振器、濾波器、存儲器等重要電子器件方面具有很大的應用潛力，因此特別引人注目。然而， 通常制備的CCT0陶瓷的介質損耗(tanS值)很大，在實際應用中會導致器件或電路的發熱、 工作不穩定或信號衰減等問題，不利于其作為電子材料的應用。為了解決CCT0陶瓷介質損 耗大的問題，研究者進行了一些研究，但這些研究的結果不是很成功，最終都沒有獲得綜合 介電性能指標滿足實際應用要求的改性CCT0陶瓷。具體講，這些嘗試不是沒有達到足夠程 度降低介質損耗的目的，就是明顯損害了CCT0陶瓷原有的高介電常數特性，致使改性后介 電常數很低，或者破壞了 CCT0陶瓷原有的低頻段介電常數基本不隨頻率發生變化的優點。 因此，尋找出一種既可以保持CCT0陶瓷所具有高介電常數的優點又能顯著地降低介質損耗 的有效方法，是一個重要的研究課題。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種巨介低容溫變化率的陶瓷電容器介質。
[0004] 本發明的目的是這樣來實現的：
[0005] 巨介低容溫變化率的陶瓷電容器介質配方組成包括：CaQ.925Y Q.()5Cu3Ti4〇i291~ 98wt.%，（Ba〇. 65Sr〇.35)Ti〇3〇.l~7.0wt.%，Bi2W〇3〇.〇l~lwt.%，Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇.l~ 4wt ? %，C〇2〇3 0 ? 01~1 ? 8wt ? % ;其中Ca〇.925Y〇.〇5Cu3Ti4〇i2、（Ba〇.65Sr〇.35)Ti〇3、Bi2W〇3、Ba (Yb1/2Nb 1/2)03分別是采用常規的化學原料以固相法合成的。
[0006] 本發明的介質中所用的CaQ.925YQ.() 5Cu3Ti4〇i2是采用如下工藝制備的：將常規的化 學原料CaC03、Y2O3、CuO和Ti〇2按0.925:0.025:3:4摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁 坩堝內于900_950°C保溫360-540分鐘，固相反應合成Ca Q.925YQ.()5Cu3Ti4〇i2,冷卻后研磨過 200目篩，備用。
[0007] 本發明的介質中所用的Bi2W〇3是采用如下工藝制備的：將常規的化學原料Bi2〇3和 冊 3按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內于850°C保溫120分鐘，冷卻后得 到Bi2W0 3，研磨過200目篩，備用。
[0008] 本發明的介質中所用的Ba(Yb1/2Nb1/2)〇3的制備過程包括：將常規的化學原料 BaC〇3、Yb2〇3、Nb 2〇5按1:1/4:1/4摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內于1250-1280°C保溫120-180分鐘，固相反應合成BaabmNbvdOs，冷卻后研磨過200目篩，備用。
[0009] 本發明采用如下的陶瓷介質制備工藝:首先采用常規的化學原料用固相法分別合 成 Cao.^Yo.wCmTiWujBao.f^Sro.yTiOhBi^OhBaabmNbvdOs，然后按配方配料將配合 料球磨粉碎混合，進行烘干后，加入粘合劑造粒，再壓制成生坯片，然后在空氣中進行排膠 和燒結，獲得陶瓷電容器介質，在介質上被電極即成。
[0010] 上述陶瓷介質的配方最好采用下列二種方案：
[0011] Ca〇.925Y〇.〇5Cu3Ti4〇i292~96wt. %，（Ba〇.65Sr〇.35)Ti030.1~5.0wt. %，Bi2W〇3〇.01~ 0? 8wt ? %，Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇 ? 1~3 ? 8wt ? %，C〇2〇3 0? 03~1 ? 6wt ? % 〇
[0012] Ca〇.925Y〇.〇5Cu3Ti4〇i292~95wt. %，（Ba〇.65Sr〇.35)Ti030.1~5.5wt. %，Bi2W〇3〇.01~ 0? 8wt ? %，Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇 ? 1~3 ? 5wt ? %，C〇2〇3 0? 03~1 ? 5wt ? % 〇
[0013] 本發明與現有技術相比，具有如下優點：
[0014] 1、本介質的介電常數高，可以達到205000以上;耐電壓高，直流耐電壓可達3.5kV/ mm以上;介質損耗小，小于0.08，本介質的介電常數高，能實現陶瓷電容器的小型化和大容 量，同樣能降低成本。
[0015] 2、本介質的溫度系數低，電容溫度變化率小，符合X8R特性的要求，介質損耗小于 〇. 08，使用過程中性能穩定性好，安全性高，對環境無污染。
[0016] 3、主要原料采用陶瓷電容器級純即可制造出本發明的陶瓷介質。
【具體實施方式】
[0017] 現在結合實施例對本發明作進一步的描述，表1給出本發明的實施例共4個試樣的 配方。
[0018] 本發明的實施例共4個試樣的配方的主要原料采用陶瓷電容器級純，在制備時首 先采用常規的化學原料用固相法分別合成CaQ. 925YQ.()5Cu3Ti4〇i2、（Ba(). 6Sr().4)Ti03、Bi2W03、Ba (Yb 1/2Nb1/2)03，然后按配方配料，將配好的料用無水乙醇采用行星球磨機球磨混合，料:球： 無水乙醇=1:3: (0.6~1.3)(質量比），球磨4~8小時后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占 其重量8~10%的濃度為10wt. %的聚乙烯醇溶液，進行造粒，混研后過40目篩，再在20~ 30Mpa壓力下進行干壓成生坯片，然后在溫度為1040~1100°C下保溫6~10小時進行排膠和 燒結，再在780~800°C下保溫15分鐘進行燒銀，形成銀電極，再焊引線，進行包封，即得巨介 陶瓷電容器，測試其介電性能。
[0019] 上述各配方試樣的介電性能列于表2,從表2可以看出所制備的電容器陶瓷耐電壓 較高，直流耐電壓可達3.5kV/mm以上；介電常數高，可以達到205000以上；介質損耗小于 0.08;電容溫度變化率小，符合X8R特性的要求。
[0020] 表1本發明的實施例共4個試樣的配方
[0021]
[0022]表2各配方試樣的介電性能
[0025]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種巨介陶瓷電容器介質，其特征在于，所述巨介陶瓷電容器介質配方組成為： Ca〇.925Yo.〇5Cu3Ti4〇i291~98wt. %，（Ba〇.65Sr〇.35)Ti〇3〇. 1~7.0wt. %，Bi2W〇3〇.01~lwt. %， Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇 · 1~4wt · %，C〇2〇3 Ο·01~1 ·8wt · % 〇2. 如權利要求1所述的一種巨介陶瓷電容器介質，其特征在于：所述 Cao.i^Yo.osCmTi^ujBao.f^Sro.yTiOhBi^OhBaabmNbvdOs 分別是采用常規的化學原 料以固相法合成的。3. 如權利要求1或2所述的一種巨介陶瓷電容器介質，其特征在于，所述 Ca0.925YQ.()5Cu3Ti4〇i2是采用如下工藝制備的：將常規的化學原料Ca⑶ 3、Y2〇3、CuO和Ti02按 0.925:0.025: 3:4摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內于900-950 °C保溫360-540分鐘，固相反應合成Ca〇.925Yo.()5Cu3Ti4〇i2,冷卻后研磨過200目篩，備用。4. 如權利要求1或2所述的一種巨介陶瓷電容器介質，其特征在于，所述的Bi2W03是采用 如下工藝制備的：將常規的化學原料Bi 2〇3和W03按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧 化鋁坩堝內于850°C保溫120分鐘，冷卻后得到Bi 2W03,研磨過200目篩，備用。5. 如權利要求1或2所述的一種巨介陶瓷電容器介質，其特征在于，所述的Ba(Ytn/ 2Nbv2)0 3的制備過程包括:將常規的化學原料BaC03、Yb2〇3、Nb 2〇5按1:1/4:1/4摩爾比配料， 研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內于1250-1280°C保溫120-180分鐘，固相反應合成Ba (Ybi/2Nbi/2)〇3,冷卻后研磨過200目篩，備用。6. 如權利要求1所述的一種巨介陶瓷電容器介質，其特征在于:所述巨介陶瓷電容器介 質直流耐電壓達3.5kV/mm以上;介電常數高，達205000以上;介質損耗小于0.08;電容溫度 變化率小，符合X8R特性的要求;燒結溫度低，為1040~1100 °C。7. 如權利要求1所述的一種巨介陶瓷電容器介質，其特征在于，所述巨介陶瓷電容器介 質配方組成為：Ca〇.925Yo. 〇5Cu3Ti4〇i292~96wt · %，（Ba〇.65Sr().35)Ti〇3〇 · 1 ~5 · Owt · %， Bi2TO3〇.01 ~0.8wt. %，Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇.l~3.8wt. %，C〇2〇3 0.03~1.6wt. %〇8. 如權利要求1所述的一種巨介陶瓷電容器介質，其特征在于，所述巨介陶瓷電容器介 質配方組成為：Ca〇.925Yo. 〇5Cu3Ti4〇i292~95wt · %，（Ba〇.65Sr().35)Ti〇3〇 · 1 ~5 · 5wt · %， Bi2TO3〇.01 ~0.8wt. %，Ba(Ybi/2Nbi/2)〇3〇.l~3.5wt. %，C〇2〇3 0.03~1.5wt. %〇9. 如權利要求1所述的一種巨介陶瓷電容器介質的制備方法，其特征在于:在制備時首 先采用常規的化學原料用固相法分別合成Ca Q.925YQ.()5Cu3Ti4〇i2、（Ba(). 6Sr().4)Ti03、Bi2W03、Ba (Yb1/2Nb1/2) 03，然后按配方配料，將配好的料用無水乙醇采用行星球磨機球磨混合，料、球 和無水乙醇的質量比為1:3:0.6~1.3，球磨4~8小時后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占 其重量8~10%的濃度為10wt. %的聚乙烯醇溶液，進行造粒，混研后過40目篩，再在20~ 30Mpa壓力下進行干壓成生坯片，然后在溫度為1040~1100°C下保溫6~10小時進行排膠和 燒結，再在780~800°C下保溫15分鐘進行燒銀，形成銀電極，再焊引線，進行包封，即得巨介 陶瓷電容器介質。
【文檔編號】C04B35/465GK105967678SQ201610286378
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】黃新友, 黃豪, 左源, 高春華
【申請人】江蘇大學