鈦酸鍶基晶界層電容器材料製造方法
2023-09-20 08:52:10
專利名稱：鈦酸鍶基晶界層電容器材料製造方法
技術領域：
本發明涉及電容器製造領域。
迄今為止，SrTiO3基晶界層製造方法為以SrCO3和TiO2作為原料，在1100～1200℃下合成為SrTiO3，經粉碎、球磨後獲得SrTiO3粉料，作為製作SrTiO3基晶界層電容器的原料，按一定比例在SrTiO3粉料中加入SrCO3、TiO2、Nb2O5以及其他添加物，利用通常的陶瓷製備工藝過程製成一定尺寸的園片素坯後，在≥1400℃溫度，N2+H2的混合流動氣體中進行燒結，獲得半導化基片，然後在半導化基片上塗敷由Bi2O3-B2O3-CuO等混合組成的漿料，在1000～1250℃溫度範圍內，氧化(空氣)氣氛中進行燒成，使晶界絕緣化。
其不足之處在於以SrCO3和TiO2合成不易保證SrTiO3中的SrO∶TiO2mol比為1∶1，且燒成溫度高，製品性能亦不易控制。
本發明的目的就是針對以上方法中的不足之處，提出了一種新的電容器用SrTiO3基晶界層電容器製造方法，該製造方法包括下列步驟①選用草酸氧鈦鍶［SrTiO(C2O4)2·4H2O］為原料，在900℃～1000℃溫度範圍內進行熱分解，獲得SrTiO3粉料;
②按下列配方配料在1molSrTiO3中加入TiO2或SrCO3，調節配方中的Ti/Sr mol比，TiO2的添加量在0.03～0.005mol，SrCO3的添加量在0.005～0.04mol範圍內，即Ti/Sr mol比可在1.03～0.96範圍內調節，然後添加0.003～0.015 mol的Nb2O5作為施主雜質，再加入Li2CO3、LiNO3或LiF中一種或兩種，作為助燒結劑，添加量為0.3～4.0wt%範圍。將配製好的料按常規陶瓷工藝製成園片素坯;
③半導化燒結根據配方中Ti/Sr mol比和助燒結劑的添加情況的不同，在900℃～1250℃溫度範圍內在N2+H2流動氣體中進行半導化燒結;
④晶界絕緣化採用氣相擴散工藝進行晶界絕緣化，CuO或PbO中的一種或兩種與Al2O3混合製成園筒或分層筒體作為氣相擴散源。擴散溫度為1000～1250℃，介質為空氣。從而得到SrTiO3基晶界層電容器材料。
利用上述製備方法，可在低溫下獲得穩定均勻的電容器用SrTiO3基晶界層電容器材料。以往用SrTiO3和TiO2作為原料予合成的SrTiO3，不易保證SrO∶TiO2的mol比嚴格為1∶1，而該比值對控制配方組成，進而在很大程度上影響著晶粒的生長、半導化性質及產品最終的介電性能，另一方面，這樣合成的SrTiO3粉體粒度也不易控制，本發明採用草酸氧鈦鍶[SrTiO(C2O4)2·4H2O]作為原料，經分解可獲得純的嚴格按化學配比SrO∶TiO2mol比為1∶1的SrTiO3並且粒度較小，具有較好的反應活性，易於燒結和晶粒長大。
在本發明的配方中，由於添加了一定量的Li2CO3等作為助燒結劑，在燒成過程中可在晶界形成具有化學反應活性的低熔液相，因此可比以往的工藝降低燒結溫度400～200℃左右，即可在1000℃～1200℃的溫度範圍內進行緻密化燒結。其燒結機理也有別於以往的工藝。以往配方的晶粒長大機制是氣相傳質下的蒸發-凝聚過程。而本發明是具有化學反應活性的液相存在下的溶解-澱析過程。同時，可在晶粒邊界之間形成有鈦酸鋰微晶析出的中間液相層，這一液相層包裹在晶粒周圍形成一層均勻的薄的液相網絡，提高晶界的絕緣性能。
以往採用在半導化片表面塗敷絕緣劑漿料進行晶界絕緣化的方法，工藝繁瑣，製品性能不均勻，本發明使用CuO和Al2O3製成的筒狀容器作為擴散源，將一次燒成獲得的半導化片堆放在該容器中，在1100℃～1200℃溫度下，由於擴散源筒中CuO揮發，並擴散入半導化片中使晶界絕緣化，這種工藝簡單，易於操作;擴散源製備容易，又可多次反覆使用，產品不會發生粘接可任意堆放，產量大，性能好。
下面介紹實施例以草酸氧鈦鍶［SrTiO(C2O4)2·4H2O］作為原料，在950℃溫度下，保溫2小時，進行分解，獲得SrTiO3粉料，按照化學分子式為Sr1.004TiNb0.006O3.019，在1molSrTiO3中加入0.004mol SrCO3和0.003molNb2O5，然後添加重量百分比為0.5%～3.5%的Li2CO3作為助燒結劑，具體添加量見下表
表Li2CO3添加量及介電性能
＊(-30～+85℃)將上述配製好的料加入無水乙醇，經48小時球磨混料，球磨後經烘乾，過篩，加入少量粘合劑充分拌勻後，陳腐30小時，過篩造粒，幹壓成型為φ10mm、厚度約1.0mm的園片素坯，經排膠後供燒結用。
排膠後的素坯在N2∶H2為1∶1體積比的流動氣體中，在1200℃溫度下保溫6小時進行半導化燒結。
將半導化片堆放在多層園筒狀CuO氣相擴散源中進行擴散處理，擴散溫度1200℃，擴散時間8小時，隨爐冷卻獲得晶界被絕緣的晶界層電容器材料。
在經晶界絕緣化的園片兩端面上被覆銀電極，經焊接引線，包封后可製成晶界層電容器，其各項介電性能見下表。
權利要求
1.電容器用SrTiO3基晶界層電容器材料製造方法，其特徵在於，該方法包括下列步驟①選用草酸氧鈦鍶[SrTiO(C2O4)2·4N2O]為原料，在900℃～1000℃溫度範圍內進行熱分解，獲得SrTiO3粉料；②按下列配方配料在1molSrTiO3中加入TiO2或SrCO3，調節Ti/Srmol比，TiO2的添加量0.03～0.005mol，SrCO3的添加量是0.005～0.04mol範圍內，即Ti/Srmol比可在1.03～0.96範圍內調節，然後添加0.003～0.015mol的Nb2O5作為施主雜質，再加入Li2CO3、LiNO3或LiF中一種或兩種作為助燒結劑，添加量為0.3～4.0wt%範圍。將配製好的料按常規陶瓷工藝製成園片素坯；③半導化燒結，根據配方中Ti/Srmol比和助燒結劑的添加情況的不同，在900℃～1250℃溫度範圍內，在N2+H2流動氣體中進行半導化燒結；④晶界絕緣化，採用氣相擴散工藝進行晶界絕緣化處理，用CuO或PbO中的一種或兩種與Al2O3混合製成園筒或成分層筒體作為氣相擴散源，擴散溫度為1000～1250℃，介質為空氣。從而得到電容器用SrTiO3基晶界層電容器材料。
全文摘要
本發明介紹了電容器用SrTiO
文檔編號H01G13/00GK1098396SQ9410445
公開日1995年2月8日 申請日期1994年5月6日 優先權日1994年5月6日
發明者周和平, 李龍土, 陸新民, 董為民 申請人:清華大學