一種陶瓷電容器的電介質及其製備工藝的製作方法

2023-09-21 06:50:00

本發明屬於電容器製造領域，具體涉及一種陶瓷電容器的電介質及其製備工藝。

背景技術：

彩電、計算機、通迅、航空航天、飛彈、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。為了實現陶瓷電容器的小型化和大容量，要求陶瓷電容器的電介質具有高介電常數；為了實現陶瓷電容器的擊穿電壓高，要求陶瓷電容器的電介質耐電壓高；同時，隨著人們對身體健康及環境保護的日益重視，要求陶瓷電容器的電介質在製備、使用及廢棄的過程中不會對人體和環境造成危害，因而要求陶瓷電容器的電介質不含鉛、鎘等金屬元素。

目前，通常用於生產高壓陶瓷電容器的電介質中含有一定量的鉛，這不僅在陶瓷電容器的生產、使用和廢棄過程中對人體和環境造成危害，而且對陶瓷電容器的性能穩定性也有不良影響。例如，中國期刊《江蘇陶瓷》1999年第2期在「batio3系低溫燒成高介x7r電容器瓷料」一文中公開了一種batio3中低溫燒成高介滿足x7r特性的電容器瓷料介質，該介質所含的低熔點玻璃料是硼矽酸鉛低熔點玻璃，介質是含鉛的，並且未涉及耐電壓，介電常數小於3500。又如，中國發明專利申請公開說明書cn1212443a(發明名稱為「高介高性能中溫燒結片式多層瓷介電容器瓷料」，專利申請號為97117286.2)，所公開的陶瓷電容器瓷料雖然介電常數高(介電常數≥16000)，但耐電壓較差(耐電壓為700v/mm)，另外其組分含有一定量的鉛。還有，中國發明專利申請公開說明書cn1212444a(發明名稱為「高性能中溫燒結片式多層瓷介電容器瓷料」，專利申請號為97117287.0)，所公開的電容器瓷料介電常數太小(介電常數為3000)，介質損耗小於1.5％，且耐電壓較低(耐電壓為860v/mm)，另外其組分含有一定量的鉛。

有些陶瓷電容器的電介質雖然不含鉛，在陶瓷電容器的生產、使用和廢棄過程中對人體和環境的危害較小，但是其介電常數太小，且/或耐電壓較低。例如，中國期刊《電子元件與材料》1989年第5期在「高介高壓2b4介質陶瓷」一文中公開了一種高壓陶瓷電容器介質材料，這種介質材料的介電常數太小(介電常數ε＝2500-2600)，tgδ＝0.5-1.4％，耐壓性較差(直流耐壓強度為7kv/mm)。又如，中國發明專利申請公開說明書cn1306288a(發明名稱為「一種高壓陶瓷電容器介質」，專利申請號為00112050.6)公開的電容器陶瓷介質雖屬無鉛介質材料，其直流耐電壓可以達到10kv/mm以上，但介電常數太小(介電常數為1860-3300)，燒結溫度較高(燒結溫度為1260-1400℃)。還有，中國發明專利申請公開說明書cn1619726a(發明名稱為「一種中低溫燒結高壓陶瓷電容器介質」，專利申請號為200410041863.x)，其各組分的重量百分比含量為：batio360-90％、srtio31-20％、cazro30.1-10％、nb2o50.01-1％、mgo0.01-1％、ceo20.01-0.8％、zno0.01-0.6％、co2o30.03-1％、鉍鋰固溶體0.05-10％，其介電常數為2000-3000，耐電壓為6kv/mm以上，介電常數和耐電壓性仍不夠理想。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的不足，本發明提供了一種陶瓷電容器的電介質及其製備工藝，該種陶瓷電容器電介質電常數高，耐電壓高，並且在使用過程中對環境無汙染，本發明所要解決的另一技術問題是提供上述陶瓷電容器的電介質的一種製備方法，這種製備方法成本較低，並且在製備過程中對環境無汙染。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案來實現的：

一種陶瓷電容器的電介質，該陶瓷電容器的電介質耐高壓高溫，直流耐電壓可達20kv/mm以上，交流耐壓可達15kv/mm以上；介電常數為20000以上；介質損耗小於0.3％；電容溫度變化率小，符合y5u特性的要求，所述電介質包括以下按重量百分比計的原料：batio340-60份、srtio310-20份、bazro310-20份、catio38-12份、mgnb2o58-12份、ceo22-4份、zno2-4份、co2o32-4份、basio31-3份、gd2o31-3份。

進一步地，所述電介質包括以下按重量份計的原料：batio350份、srtio315份、bazro315份、catio310份、mgnb2o510份、ceo23份、zno3份、co2o33份、basio32份、gd2o32份。

進一步地，所述batio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料baco3和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1100-1220℃保溫100-130分鐘，固相反應合成batio3，冷卻後研磨過150-250目篩，備用。

進一步地，所述srtio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料srco3和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1120-1200℃保溫100-140分鐘，固相反應合成srtio3，冷卻後研磨過150-250目篩，備用。

進一步地，所述bazro3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料bao和zro2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1140-1260℃保溫80-120分鐘，固相反應合成bazro3，冷卻後研磨過150-250目篩，備用。

進一步地，所述catio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料cao和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1160-1260℃保溫100-120分鐘，固相反應合成catio3，冷卻後研磨過150-250目篩，備用。

所述的一種陶瓷電容器的電介質製備工藝，按照以下步驟進行：

步驟1：按所述重量份稱取原料；

步驟2：將上述全部原料粉碎過80-120目篩，並混合均勻，得到混合料；

步驟3：對上述混合料進行烘乾，之後加入粘合劑並進行造粒，得到顆粒狀物料；

步驟4：將得到顆粒狀物料壓製成生坯片，置於溫度為1220-1280℃的環境下，保溫2-3小時，使生坯片排出粘合劑並燒結，得到陶瓷電容器的電介質。

優選地，所述粘合劑採用重量百分比濃度為10％的聚乙烯醇水溶液,該聚乙烯醇水溶液的重量為經上述步驟2烘乾的混合料的重量的8-10％。

本發明具有如下有益效果：

(1)不含鉛和鎘，在使用過程中對環境無汙染；

(2)介電常數高(介電常數達20000以上)，由於介電常數高，因而能實現陶瓷電容器的大容量和小型化，符合陶瓷電容器的發展趨勢，能降低陶瓷電容器的成本；

(3)耐電壓高，直流耐電壓可達20kv/mm以上，交流耐電壓可達15kv/mm以上，能擴大陶瓷電容器的應用範圍；電容溫度變化率小，符合y5v特性的要求，而且介質損耗小(介質損耗小於1％)，因而陶瓷電容器在使用過程中性能穩定性好，安全性高。

(4)本發明的陶瓷電容器的電介質的製備方法具有如下優點：燒結溫度較低(採用中溫燒結，燒結溫度為1220-1280℃)，大大降低高壓陶瓷電容器的成本；並且利用不含鉛和鎘的電容器陶瓷普通化學原料製備陶瓷電容器的電介質，在製備過程中對環境無汙染。總而言之，本發明的陶瓷電容器的電介質介電常數高，耐電壓高，在製備和使用過程中對環境無汙染，並且能降低陶瓷電容器的成本，適合於製備單片陶瓷電容器和多層片式陶瓷電容器。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明的具體實施方式作進一步描述，以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。

實施例1

一種陶瓷電容器的電介質，該電介質包括以下原料：batio340kg、srtio310kg、bazro310kg、catio38kg、mgnb2o58kg、ceo22kg、zno2kg、co2o32kg、basio31kg、gd2o31kg。

其中，所述batio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料baco3和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1100℃保溫100分鐘，固相反應合成batio3，冷卻後研磨過150目篩，備用。

所述srtio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料srco3和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1120℃保溫100分鐘，固相反應合成srtio3，冷卻後研磨過150目篩，備用。

所述bazro3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料bao和zro2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1140℃保溫80分鐘，固相反應合成bazro3，冷卻後研磨過150目篩，備用。

所述catio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料cao和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1160℃保溫100分鐘，固相反應合成catio3，冷卻後研磨過150目篩，備用。

上述的一種陶瓷電容器的電介質製備工藝，按照以下步驟進行：

步驟1：按所述重量份稱取原料；

步驟2：將上述全部原料粉碎過80目篩，並混合均勻，得到混合料；

步驟3：對上述混合料進行烘乾，之後加入粘合劑並進行造粒，得到顆粒狀物料；

步驟4：將得到顆粒狀物料壓製成生坯片，置於溫度為1220℃的環境下，保溫2小時，使生坯片排出粘合劑並燒結，得到陶瓷電容器的電介質。

上述粘合劑採用重量百分比濃度為10％的聚乙烯醇水溶液,該聚乙烯醇水溶液的重量為經上述步驟2烘乾的混合料的重量的8％。

實施例2

一種陶瓷電容器的電介質，該陶瓷電容器的電介質包括以下原料：batio350kg、srtio315kg、bazro315kg、catio310kg、mgnb2o510kg、ceo23kg、zno3kg、co2o33kg、basio32kg、gd2o32kg。

其中，所述batio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料baco3和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1160℃保溫125分鐘，固相反應合成batio3，冷卻後研磨過200目篩，備用。

所述srtio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料srco3和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1160℃保溫120分鐘，固相反應合成srtio3，冷卻後研磨過200目篩，備用。

所述bazro3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料bao和zro2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1200℃保溫100分鐘，固相反應合成bazro3，冷卻後研磨過200目篩，備用。

所述catio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料cao和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1210℃保溫110分鐘，固相反應合成catio3，冷卻後研磨過200目篩，備用。

所述的一種陶瓷電容器的電介質製備工藝，按照以下步驟進行：

步驟1：按所述重量份稱取原料；

步驟2：將上述全部原料粉碎過100目篩，並混合均勻，得到混合料；

步驟3：對上述混合料進行烘乾，之後加入粘合劑並進行造粒，得到顆粒狀物料；

步驟4：將得到顆粒狀物料壓製成生坯片，置於溫度為1250℃的環境下，保溫2.5小時，使生坯片排出粘合劑並燒結，得到陶瓷電容器的電介質。

上述粘合劑採用重量百分比濃度為10％的聚乙烯醇水溶液,該聚乙烯醇水溶液的重量為經上述步驟2烘乾的混合料的重量的9％。

實施例3

一種陶瓷電容器的電介質，該陶瓷電容器的電介質包括以下原料：batio360kg、srtio320kg、bazro320kg、catio312kg、mgnb2o512kg、ceo24kg、zno4kg、co2o34kg、basio33kg、gd2o33kg。

其中，所述batio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料baco3和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1220℃保溫130分鐘，固相反應合成batio3，冷卻後研磨過250目篩，備用。

所述srtio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料srco3和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1200℃保溫140分鐘，固相反應合成srtio3，冷卻後研磨過250目篩，備用。

所述bazro3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料bao和zro2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1260℃保溫120分鐘，固相反應合成bazro3，冷卻後研磨過250目篩，備用。

所述catio3是採用如下工藝製備：將常規的化學原料cao和tio2按1:1摩爾比配料，研磨混合均勻後放入氧化鋁坩堝內於1260℃保溫120分鐘，固相反應合成catio3，冷卻後研磨過250目篩，備用。

所述的一種陶瓷電容器的電介質製備工藝，按照以下步驟進行：

步驟1：按所述重量份稱取原料；

步驟2：將上述全部原料粉碎過120目篩，並混合均勻，得到混合料；

步驟3：對上述混合料進行烘乾，之後加入粘合劑並進行造粒，得到顆粒狀物料；

步驟4：將得到顆粒狀物料壓製成生坯片，置於溫度為1280℃的環境下，保溫3小時，使生坯片排出粘合劑並燒結，得到陶瓷電容器的電介質。

上述粘合劑採用重量百分比濃度為10％的聚乙烯醇水溶液,該聚乙烯醇水溶液的重量為經上述步驟2烘乾的混合料的重量的10％。性能檢測

上述實施例1-3製得的陶瓷電容器的電介質的性能參數如表1所示。

表1

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施

例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。