專利名稱：高溫穩定無鉛電容器陶瓷及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種高溫無鉛電容器陶瓷及其制備方法。
背景技術：
多層陶瓷電容器(MLCC)是用量最大、發展最快的一種電子元件，占陶瓷電容器市場的50% 以上。應用于能源、航天航空、冶金、石油化工等更高溫度下(150 20(TC)的電子設備對陶 瓷電容器提出了新的要求。目前廣泛應用的兩類X7R陶瓷電容器(-55 125°C， AC/C《±15%) 材料是鉛基馳豫鐵電體材料和BaTi03體系材料，在更高溫度條件下工作均存在不可克服的不 足。鉛基馳豫鐵電體材料雖然燒結溫度低，但介電常數有待提高，且因為含鉛而對人體、環 境造成很大的危害。鈦酸鋇陶瓷及固溶體因具有優良的絕緣和鐵電性能且對環境友好，已被 廣泛用于制備多層電容器X7R材料。但BaTiO:,由于居里溫度(125'C左右)偏低，在高于125'C條 件下工作很難滿足電容溫度變化率(A C/C《± 15%)的要求，如何提高BaTi03體系的居里溫度 是制備BaT i O:,基X服(-55 150 。C)材料的瓶頸問題。
要使陶瓷電容器適用于更加惡劣的工作環境條件，這就要求所用陶瓷電容器的工作上 限溫度不斷擴展。R. E. Eitel理論預測較低的溶限因子有利于提高居里溫度，且發現BiMeO:,; (Me= Fe, Cr， Mn， Ni， Sc， Co， Y， Cr等)體系具有較低的溶限因子，和PbTiO:,形成的固溶 體具有高的居里溫度(45(TC左右)。根據介電材料設計的概念，BiScO:,和BaTiO:,形成的固溶 體應該具有較高的介電常數，較低的燒結溫度和較高的居里溫度，同時由于溶限因子較低 (t=0.907) BiSc03的鈣鈦礦結構不太穩定，鈣鈦礦的A位引入Ba離子可以穩定其結構。賓州 州立大學Daniel S. Tinberg等報道了 xBiSc03 - (1-x)BaTiO:,薄膜的結構與電學性能，研究 表明該體系具有高溫介電馳豫,并且在小于275匸溫度范圍內介電損耗保持小于10%的優良 性能。但xBiScO廣(1—x)BaTi03制備需要的ScA原料較貴。
發明內容
本發明的目的在于提供一種高溫穩定無鉛電容器陶瓷及其制備方法，該方法制備的電容 器陶瓷具有高溫穩定性好、成本低的特點。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是高溫穩定無鉛電容器陶瓷，其特征在于它的
表達式為(1-x)BaTiO:,-xBi(Mg,,2Ti1/2)0:,，其中0. 3《x《0. 5。
上述高溫穩定無鉛電容器陶瓷的制備方法，其特征在于它包括如下步驟
1) 按表達式為(l-x)BaTiO:,-xBi(Mg1/2Ti1/2)03中Ba、 Ti 、 Mg 、 Bi的摩爾比，其中 0. 3《x《0. 5，選取BaCO:i、 MgO、 81203和Ti02原料，備用；
2) 將BaCO:,、 MgO、 BiA和Ti(V混合后在850。C 1050。C預燒2 3小時，升溫速率為3 5XV min;冷卻后以酒精為介質球磨24 36小時，烘干制得(1-x) BaTiO:廠xBi (Mg1/2Til/2)0:1 陶瓷粉末(即鈦酸鋇一鎂鈦酸鉍陶瓷粉末)；3 )(卜x) BaTiO:,-xBi (Mg,/2Ti1/2) 03陶瓷粉末中加入粘結劑，粘結劑的加入量為 (l-x)BaTiO:,-xBi(Mg,/2TU03陶瓷粉末質量的3 5。/。，混合均勻，壓片，得陶瓷生坯片；陶瓷 生坯片于60(TC保溫2小時(排膠，排除粘結劑)，然后升溫至1000 120(TC，升溫速率為3 5°C/ miri，保溫1 3小時燒結，得到高溫穩定無鉛電容器陶瓷。
所述的粘結劑為聚乙烯醇或水玻璃。
本發明的有益效果是
1、 高溫穩定性好得到高溫穩定無鉛電容器陶瓷材料介電譜在100 200"C具有明顯的 平臺，具有穩定的電容溫度系數，說明其具有優良的高溫穩定性，在150 200"C溫度范圍甚 至更高的溫度具有較低的損耗(<0.5%)。這些特性非常符合高溫多層電容器的要求，甚至于 可以在更高的工作溫度(大于200T)下使用，有望成為新一代環境友好的高溫穩定陶瓷電 容器。
2、 本發明用相對便宜的(Mg1/2Ti1/2) 3+代替Sc"來制備高溫穩定無鉛電容器陶瓷，降低了 成本，成本約為現有xBiScO:, - (l-x)BaTiO:,陶瓷的40 60%。
圖1是實施例1制備的0. 7BaTiO廠0. 3Bi (Mg1/2Ti1/2) 03高溫電容器陶瓷介電常數及損耗隨 溫度變化圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不 僅僅局限于下面的實施例。
實施例1:
高溫穩定無鉛電容器陶瓷，它的表達式為0. 7BaTi03-0. 3Bi (Mgl,2Til/2)O.,。 上述高溫穩定無鉛電容器陶瓷的制備方法，它包括如下步驟
1) 按表達式為(l-x)BaTi0「xBi(Mg,/2Tij,2)03中Ba、 Ti、 Mg、 Bi的摩爾比，其中，x=0. 3， 選取BaC0:，、 MgO、 BiA和Ti02為原料，備用；
2) 將BaCO" MgO、 8120:,和Ti(V混合后在850'C預燒保溫3小時，升溫速率為3"C/分鐘； 冷卻后以酒精為介質球磨24小時，烘干(取粉末樣品測試物相組成)制得陶瓷粉末{表達式 為0. 7BaTiO:「0. 3Bi (Mgl,2Ti1/2) 03},即鈦酸鋇一鎂鈦酸鉍陶瓷粉末；
3) 0. 7BaTiO:廠0. 3Bi(Mg^Ti^)0:,陶瓷粉末中加入粘結劑(聚乙烯醇)，粘結劑的加入量 為陶瓷粉末質量的5%，混合均勻，過100目篩，壓片，得陶瓷生坯片；陶瓷生坯片于600"C 保溫2小時(排膠，排除粘結劑)，然后升溫至1100'C，升溫速率為3"C/分鐘，保溫2小時
(燒結)，得到高溫穩定無鉛電容器陶瓷(陶瓷片樣品)。
實施例l得到的陶瓷片樣品，上銀漿測試其介電性能，如圖1所示，說明了本實施例得 到高溫穩定無鉛電容器陶瓷材料介電譜在100 200"C具有明顯的平臺，具有穩定的電容溫度 系數，說明其具有優良的高溫穩定性，在150 20(TC溫度范圍甚至更高的溫度具有較低的損 耗(<0.5%)。
實施例2:高溫穩定無鉛電容器陶瓷，它的表達式為0. 6BaTiO廠0. 4Bi (Mgl/2Til/2) 03。 上述高溫穩定無鉛電容器陶瓷的制備方法，它包括如下步驟
1) 按表達式為(l-x)BaTiOfxBi(MgwTUO..,中Ba、 Ti、 Mg、 Bi的摩爾比，其中，x=0. 4， 選取BaCO:.,、 MgO、 BiA和Ti02為原料，備用；
2) 將BaCO:,、 MgO、 BiA和Ti02混合后在950'C預燒保溫3小時，升溫速率為4'C/分鐘； 冷卻后以酒精為介質球磨24小時，烘干(取粉末樣品測試物相組成)制得陶瓷粉末{表達式 為0. 6BaTiO廠0. 4Bi (Mg1/2Ti1/2) 03}，即鈦酸鋇一鎂鈦酸鉍陶瓷粉末；
3) 0.6BaTiO:廠0.4Bi(Mg^Ti^)03陶瓷粉末中加入粘結齊U (聚乙烯醇)，粘結劑的加入量 為陶瓷粉末質量的4%，混合均勻，過100目篩，壓片，于60(TC保溫2小時(排膠，排除粘 結劑)，然后升溫至100(TC，升溫速率為4'C/分鐘，保溫2小時(燒結)，得到高溫穩定無 鉛電容器陶瓷。
實施例3:
高溫穩定無鉛電容器陶瓷，它的表達式為0. 5BaTiO:「0. 5Bi (Mgb2Ti,/2) 03。 上述高溫穩定無鉛電容器陶瓷的制備方法，它包括如下步驟
1) 按表達式為(1-乂)83110:,181(%,,;1^1/2)0:,中Ba、 Ti、 Mg、 Bi的摩爾比，其中，x=0. 5， 選取BaCO:,、 MgO、 BiA和Ti02為原料，備用；
2) 將BaCO:,、 MgO、 Bi20:jn Ti(V混合后在1050'C預燒保溫2小時，升溫速率為5"C/分鐘； 冷卻后以酒精為介質球磨24小時，烘干(取粉末樣品測試物相組成)制得陶瓷粉末{表達式 為0. 5BaTiO:廠0. 5Bi (Mg",Ti,.'2) 03}，即鈦酸鋇一鎂鈦酸鉍陶瓷粉末；
3) 0. 5BaTiO.廠0. 5Bi(MgwTiw)0:,陶瓷粉末中加入粘結劑(聚乙烯醇)，粘結劑的加入量 為陶瓷粉末質量的3%，混合均勻，過100目篩，壓片，于600"C保溫2小時(排膠，排除粘 結劑)，然后升溫至115(TC，升溫速率為3"C/分鐘，保溫2小時(燒結)，得到高溫穩定無 鉛電容器陶瓷。
實施例4:
高溫穩定無鉛電容器陶瓷，它的表達式為0. 5BaTiO:,-0. 5Bi (Mg"Ti,.,》0:,。 上述高溫穩定無鉛電容器陶瓷的制備方法，它包括如下步驟
1) 按表達式為(1-乂)8&丁103181^81/2111/2)03中Ba、 Ti、 Mg、 Bi的摩爾比，其中x = 0. 5, 選取BaCO:,、 MgO、 Bi203和Ti02原料，備用；
2) 將BaCO:i、 MgO、 BiA和Ti(V混合后在105(TC預燒3小時，升溫速率為5'C/min;冷 卻后以酒精為介質球磨36小時，烘干制得0. 5BaTiO廠0. 5Bi (Mg1/2Ti,,2) 0:,陶瓷粉末(即鈦酸 鋇一鎂鈦酸鉍陶瓷粉末)；
3) 0. 5BaTiO:廠0. 5Bi(Mgv2Ti,/2)03陶瓷粉末中加入粘結劑(為水玻璃)，粘結劑的加入量 為0.583110:,-0.581^^2^1/2)0:,陶瓷粉末質量的5%，混合均勻，壓片，得陶瓷生坯片；陶瓷 生坯片于60(TC保溫2小時(排膠，排除粘結劑)，然后升溫至1200°C，升溫速率為3。C/min， 保溫l小時燒結，得到高溫穩定無鉛電容器陶瓷。本發明所列舉的各原料都能實現本發明，以及各原料的上下限取值、區間值都能實現本 發明，本發明的工藝參數(如溫度、時間等)的上下限取值以及區間值都能實現本發明，在 此不一一列舉實施例。
權利要求
1. 高溫穩定無鉛電容器陶瓷，其特征在于它的表達式為(1-x)BaTiO3-xBi(Mg1/2Ti1/2)O3，其中0.3≤x≤0.5。
2. 如權利要求l所述的高溫穩定無鉛電容器陶瓷的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1) 按表達式為(l-x)BaTi03-xBi(Mgl/2Ti1/2)03中Ba、 Ti 、 Mg、 Bi的摩爾比，其中 0. 3《x《0. 5，選取BaC0:,、 Mg0、 BiA和1102原料，備用；2) 將BaC0:,、Mg0、B:U03和Ti(V混合后在85(TC 105(TC預燒2 3小時，升溫速率為3 5'C/ min;冷卻后以酒精為介質球磨24 36小時，烘干制得陶瓷粉末；3) 陶瓷粉末中加入粘結劑，粘結劑的加入量為陶瓷粉末質量的3 5%，混合均勻，壓 片，得陶瓷生坯片；陶瓷生坯片于60(TC保溫2小時，然后升溫至1000 12(XTC，升溫速 率為3 5'C/ min，保溫1 3小時燒結，得到高溫穩定無鉛電容器陶瓷。
3. 根據權利要求2所述的高溫穩定無鉛電容器陶瓷的制備方法，其特征在于所述的 粘結劑為聚乙烯醇或水玻璃。
全文摘要
本發明涉及一種無鉛電容器陶瓷及其制備方法。高溫穩定無鉛電容器陶瓷，其特征在于它的表達式為(1-x)BaTiO<sub>3</sub>-xBi(Mg<sub>1/2</sub>Ti<sub>1/2</sub>)O<sub>3</sub>，其中0.3≤x≤0.5。高溫穩定無鉛電容器陶瓷的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)按表達式為(1-x)BaTiO<sub>3</sub>-xBi(Mg<sub>1/2</sub>Ti<sub>1/2</sub>)O<sub>3</sub>中Ba、Ti、Mg、Bi的摩爾比，其中0.3≤x≤0.5，選取BaCO<sub>3</sub>、MgO、Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和TiO<sub>2</sub>原料；2)混合后在850℃～1050℃預燒2～3小時，升溫速率為3～5℃/min；冷卻后球磨，烘干制得陶瓷粉末；3)陶瓷粉末中加入粘結劑，粘結劑的加入量為陶瓷粉末質量的3～5％，混合均勻，壓片，于600℃保溫2小時，然后升溫至1000～1200℃，升溫速率為3～5℃/min，保溫1～3小時燒結，得到高溫穩定無鉛電容器陶瓷。該方法制備的電容器陶瓷具有高溫穩定性好、成本低的特點。
文檔編號H01G4/12GK101531510SQ200910061600
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月14日 優先權日2009年4月14日
發明者樂 俞, 劉韓星, 堯中華, 博 熊, 華 郝, 璐 郭 申請人:武漢理工大學