一種高溫度穩定性陶瓷電容器及其製備方法
2023-10-20 15:47:27 1
專利名稱：一種高溫度穩定性陶瓷電容器及其製備方法
技術領域：
本發明涉及陶瓷電容器技術領域，具體地，涉及一種高溫度穩定性陶瓷電容器的 配方及其製備方法。
背景技術：
隨著電子技術的迅猛發展，電子元器件日益向小型化、多功能化、高可靠性和低成 本方向發展。作為現代電子行業的基礎，陶瓷電容器因其具有低成本和適宜產業化的特點 以及其體積小、比容大、內部電感小和高頻穩定性好等優點，在電容器行業始終佔據主導地 位。
傳統的陶瓷電容器，通常以BaTiO3或具有ABO3鈣鈦礦結構的鈦酸鹽系陶瓷材料為 主晶相，在追求高介電和高容量的同時，通過適量摻雜而獲得所合適的電氣性能。然而，按 照傳統配方與工藝所製備的陶瓷電容器，存在介電常數溫度變化率大、損耗角正切值對電 壓依賴性高的特點，並且存在陶瓷坯體脆性大，不宜機械加工的缺點。
現代高功率器件和精密濾波器對介電陶瓷的溫度穩定性要求不斷提高，同時對介 電陶瓷體外形及結構方面的要求亦日益多樣化，因此提高介電陶瓷溫度穩定性，降低瓷體 脆性變得尤為重要。儘管BaTiO3體系具有較高的介電常數，被認為是電子工業的支柱，但 存在介電常數在居裡點附近有較大突變、溫度穩定性有待提高的問題。當前，廣泛應用於移 動通信產品、筆記本電腦、航空儀表等方面的X7R介電陶瓷的溫度穩定性(士 15%)已經不 能滿足多層陶瓷電容器(MLCC)和電流磁場幹擾(EMI)濾波器的使用要求。因此改善鈦酸 鋇基陶瓷的介電溫度穩定性仍然是目前的研究熱點之一，並且眼下陶瓷電容器生產廠家的 研究重點即圍繞配方和製備工藝的研究。發明內容
本發明的目的在於提供一種高溫度穩定性陶瓷電容器及其製備方法。
按照本發明所規定的配方及製備方法所製得的陶瓷電容器，具備如下電氣性能 溫度變化率|Δ ε(_10°C ；35 °C )，介電常數ε M彡2000，損耗角正切值 tg δ≤ 0. 55%，擊穿電壓 VBdc ≤ 10KV/mm。
為實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種高溫度穩定性陶瓷電容器， 包含以質量百分比計的下述主成分=BaTiO3 35 50wt%，SrTiO3 :14 25wt%，PbTiO3 13 20wt%, CaZrO3 5 IOwt%, Bi2O3 · nTi02 :10 15wt% ；其中所述的 η = 1 5 ；基 於上述主成分，還包含以質量百分比計的添加劑MgO 5 20wt%，MnCO3 :0. 5 0. 6wt%。
為實現上述目的，根據本發明的另一個方面，提供了一種高溫度穩定性陶瓷電容 器的製備方法，包含如下步驟
(1)陶瓷電容器瓷料的製備
(A)按照權利要求1所述配比計算並稱量原料；
(B)將上述原料按照如下工藝流程製備需要固相合成的基礎材料
溼式球磨一壓濾一烘乾一壓塊；
(C)將上述基礎材料進行固相合成，其中固相合成的條件為
升溫速率=100 300°C /h，合成溫度為1100 1300°C，保溫時間=1 4h，降 溫速率=150 300°C /h ；
(D)破碎將經過上述固相合成得到的材料進行破碎處理；
(E)將經破碎處理的材料按照如下工藝流程製備瓷料
溼式球磨一出料一漿料沉降一漿料配製一離心造粒；
(F)除鐵將造粒好的瓷料投入磁感應強度為3000 30000高斯的除鐵機中進行 除鐵即製成陶瓷電容器瓷料；
(2)將經過步驟(1)得到的陶瓷電容器瓷料按照如下工藝加工成陶瓷電容器
(A)幹壓成型成型密度=3. 0 4. Og/cm3 ；
(B)燒結燒結溫度範圍在1280 1380°C，具體燒結曲線參見圖1 ；
(C)製備電極使用含銀量50 80wt%的銀漿，絲網印刷，750 850°C保溫10 20分鐘燒滲銀電極。
在本發明的製備方法中，固相合成工藝直接影響陶瓷電容器的綜合性能與燒結溫 度以及產品生產過程中的批次穩定性；除鐵工藝直接影響陶瓷電容器的抗電強度之能力； 溼式球磨、壓濾、烘乾、壓塊以及溼式球磨、出料、漿料沉降、漿料配製、離心造粒過程均為制 備介電陶瓷電容器的常規工藝。
相對於現有技術，本發明具有以下有益效果
1、由本發明的陶瓷電容器配方製成的陶瓷電容器，具有如下電氣性能特點溫 度變化率|Δ ε(-10°C ；35 °C )，介電常數ε M彡2000，損耗角正切值 tg5彡0.55%，擊穿電壓VBlie彡10KV/mm;即在具有較高介電常數和低損耗的同時，具有優 良的介電溫度穩定性和可加工性，可用於對溫度穩定性要求嚴格的高壓電容器及相關元器 件的製造。
2、通過本發明中所採取的固相合成工藝，不僅使原材料成為固熔體，同時還統一 並彌補了各原材料的活性與缺陷，從而大大提高了產品生產過程中的的批次穩定性。
3、本發明中所採用的3000 30000高斯除鐵工藝，確保了產品的抗電強度與該指 標的批次穩定性。
4、採用本發明的陶瓷電容器瓷坯在正常的磨削、切割等機械加工過程中，不會出 現崩瓷、碎裂現象。
5、本發明所選用原料價格低廉、來源廣泛，新配方的高溫度穩定性具有良好的市 場前景，可作為同類材料的換代產品。
圖1為本發明中的陶瓷電容器的燒結曲線圖2為本發明中的陶瓷電容器的一種具體燒結曲線圖。
具體實施方式
實施例14
本發明的高溫度穩定性的陶瓷電容器，按如下方法進行製備
(1)所選用的原材料，其主含量大於98. 5%。
(2)按照表1計算本配方
表1高溫度穩定性陶瓷電容器的配方
標號基礎材料配方_(wt%)基礎材料 質量總和輔助添加劑.(wt%)BaTiO3SrTiO3CaZrOjPbTiOjBi2Os ..IiTiO2MgOMnCO3149. 514. 29. 016. 111. 210015. 00. 5242. 524. 96. 713.212. 610017. 00. 5340. 520. 06. 719. 713. 110017. 00. 5435. 624. 910. 015.214. 310012. 00. 5538. 916. 810. 013. 214. 31008. 70. 5備註n=l ~ 5
(3)按照以下工藝要求進行加工根據(2)步驟計算並稱量好的材料
(A)溼式球磨12小時一壓濾脫水一120°C烘乾一壓塊，壓制密度為2. 2g/cm3。
(B)陶瓷電容器瓷料的固相合成升溫速率=150°C /h，合成溫度為1200°C，保溫 時間=3h，降溫速率=2500C /h。
(C)破碎輥軋後的材料顆粒度小於2mm。
(D)溼式球磨M小時一出料一漿料沉降M小時以上一漿料配製(用PVA粘合劑、 可塑劑、分散劑、消泡劑與去離子水，將沉降後漿料配置成固含量為45% 50%的離心造 粒漿料)一離心造粒。
(E)除鐵造粒好的瓷料投入磁感應強度為30000高斯的除鐵機中進行除鐵；
(4)將經過C3)步驟生產出來的介電陶瓷材料按照以下工藝加工成陶瓷電容器並 進行檢測。
(A)幹壓成型成型密度=3. 4g/cm3。
(B)燒結燒結曲線參見圖2。
(C)製備電極使用含銀量70wt%的銀漿，絲網印刷，820°C保溫10分鐘燒滲銀電 極。
經過(4)步驟生產出來陶瓷電容器經檢測，具備表2所述的技術特性。
表2實施例1的技術特性
標號介電常數ε25損耗角正切值 tg5 (%)溫度變化率厶ε / ε 25 ( % )擊穿電壓VBdc-10°C ~ 25°C25°C ~ 35°CKV/mm121800. 51-0. 902-0. 05110. 5221100. 48-0. 509-0. 29710.9322400. 50-1. 123-0· 89911. 3420300. 50-0. 152-0. 30110. 9520500. 49-0. 703-0. 41110. 9
實施例2
本發明的高溫度穩定性的陶瓷電容器，按如下方法進行製備
(1)所選用的原材料，其主含量大於98. 5%。
(2)按照表3計算本配方
表3高溫度穩定性陶瓷電容器的配方
基礎材料配方(wt%)基礎料質 量總和輔助添加劑(wt%)BaTiO3SrTiOiCaZrO3PbTiO3Bi2O3 · IiTiO2MgOMnCO352146131510050. 55備註n=l ~ 5
(3)按照以下工藝要求進行加工根據(2)步驟計算並稱量好的材料
(A)溼式球磨12小時一壓濾脫水一120°C烘乾一壓塊，壓制密度為2. 2g/cm3。
(B)陶瓷電容器瓷料的固相合成升溫速率=IOO0C /h，合成溫度為1100°C，保溫 時間=4h，降溫速率=1500C /h。
(C)破碎輥軋後的材料顆粒度小於2mm。
(D)溼式球磨M小時一出料一漿料沉降M小時以上一漿料配製(用PVA粘合劑、 可塑劑、分散劑、消泡劑與去離子水，將沉降後漿料配置成固含量為45% 50%的離心造 粒漿料)一離心造粒。
(E)除鐵造粒好的瓷料投入磁感應強度為3000高斯的除鐵機中進行除鐵；
(4)將經過C3)步驟生產出來的介電陶瓷材料按照以下工藝加工成陶瓷電容器並 進行檢測。
(A)幹壓成型成型密度=3. Og/cm3。
(B)燒結燒結溫度1280°C並保溫3小時，其它燒結曲線(數據)參見圖2。
(C)製備電極使用含銀量50wt%的銀漿，絲網印刷，850°C保溫10分鐘燒滲銀電 極。
實施例3
本發明的高溫度穩定性的陶瓷電容器，按如下方法進行製備6
(1)所選用的原材料，其主含量大於98. 5%。
(2)按照表4計算本配方
表4高溫度穩定性陶瓷電容器的配方
基礎材料配方(wt%)基礎料質 量總和輔助添加劑(wt%)BaTiO3SrTiO3CaZrO3PbTiO3Bi2O3 · IiTiO2MgOMnCO3402552010100200. 6備註n=l ~ 5
(3)按照以下工藝要求進行加工根據(2)步驟計算並稱量好的材料
(A)溼式球磨12小時一壓濾脫水一120°C烘乾一壓塊，壓制密度為2. 2g/cm3。
(B)陶瓷電容器瓷料的固相合成升溫速率=3000C /h，合成溫度為1300°C，保溫 時間=lh，降溫速率=3000C /h。
(C)破碎輥軋後的材料顆粒度小於2mm。
(D)溼式球磨M小時一出料一漿料沉降M小時以上一漿料配製(用PVA粘合劑、 可塑劑、分散劑、消泡劑與去離子水，將沉降後漿料配置成固含量為45% 50%的離心造 粒漿料)一離心造粒。
(E)除鐵造粒好的瓷料投入磁感應強度為30000高斯的除鐵機中進行除鐵；
(4)將經過C3)步驟生產出來的介電陶瓷材料按照以下工藝加工成陶瓷電容器並 進行檢測。
(A)幹壓成型成型密度=4. Og/cm3。
(B)燒結燒結溫度1380°C並保溫1小時，其它燒結曲線(數據)參見圖2。
(C)製備電極使用含銀量80wt%的銀漿，絲網印刷，750°C保溫20分鐘燒滲銀電 極。
經檢測，實施例2和3中得到的陶瓷電容器，具有以下的電氣特性溫度變化率 Δ ε /ε25^2% (_10°C )，介電常數 ε M 彡 2000，損耗角正切值 tg δ ^O. 55%,擊穿電壓VBdc彡10KV/mm。
權利要求
1.一種高溫度穩定性陶瓷電容器，其特徵在於，包含以質量百分比計的下述主成分 BaTiO3 35 50wt %，SrTiO3 :14 25wt %，PbTiO3 :13 20wt %，CaZrO3 5 IOwt %， Bi2O3 · nTi02 10 15wt% ；其中所述的 η = 1 5 ；基於上述主成分，還包含以質量百分比計的添加劑MgO 5 20wt%，MnCO3 :0. 5 0. 6wt%。
2.根據權利要求1所述的一種高溫度穩定性陶瓷電容器的製備方法，其特徵在於，包 含如下步驟(1)陶瓷電容器瓷料的製備(A)按照權利要求1所述配比計算並稱量原料；(B)將上述原料按照如下工藝流程製備需要固相合成的基礎材料溼式球磨一壓濾一烘乾一壓塊；(C)將上述基礎材料進行固相合成，其中固相合成的條件為升溫速率=100 300°C /h，合成溫度為1100 1300°C，保溫時間=1 4h，降溫速 率=150 300°C /h ；(D)破碎將經過上述固相合成得到的材料進行破碎處理；(E)將經破碎處理的材料按照如下工藝流程製備瓷料溼式球磨一出料一漿料沉降一漿料配製一離心造粒；(F)除鐵將造粒好的瓷料投入磁感應強度為3000 30000高斯的除鐵機中進行除鐵 即製成陶瓷電容器瓷料；(2)將經過步驟(1)得到的陶瓷電容器瓷料按照如下工藝加工成陶瓷電容器(A)幹壓成型成型密度=3.0 4. Og/cm3 ；(B)燒結燒結溫度範圍在1280 1380°C，具體為.100 300°C/小時丨一800°C Xl 小時一100 300°C/小時丨一1280 1380°C Xl 3小時一100 300°C /小時丨一8000C^ 100 300°C /小時丨一200°C以下；(C)製備電極使用含銀量50 80wt%的銀漿，絲網印刷，750 850°C保溫10 20 分鐘燒滲銀電極。
全文摘要
本發明屬於陶瓷電容器領域，為一種高溫度穩定性陶瓷電容器及其製備方法。本發明以BaTiO3、SrTiO3、PbTiO3、CaZrO3、MgO、MnCO3以及Bi2O3·nTiO2(n＝1～5)為原材料進行固相合成，再經過溼式球磨、出料、漿料沉降、漿料配製、離心造粒、除鐵等工藝步驟製成陶瓷電容器瓷料；再由該瓷料經過幹壓成型、燒結、製備電極等工藝步驟製成陶瓷電容器。對該陶瓷電容器進行檢測，可以獲得如下的電氣特性溫度變化率|Δε|/ε25≤2％(-10℃～35℃)，介電常數ε25≥2000，損耗角正切值tgδ≤0.55％，擊穿電壓VBDC≥10KV/mm。
文檔編號H01G4/00GK102034604SQ200910176990
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者吳紀梁, 吳迪, 居湧 申請人:無錫隆傲電子有限公司