一種添加物及其降低鈦酸鋇鍶電容器陶瓷燒結溫度的用途的製作方法
2023-09-13 16:35:45 2
專利名稱：一種添加物及其降低鈦酸鋇鍶電容器陶瓷燒結溫度的用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及無機非金屬材料技術領域，特指一種添加物及其降低鈦酸鋇鍶電容器陶瓷燒結溫度的用途，採用特殊的添加物LiBi02+Cu0+ Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉來降低電容器陶瓷的燒結溫度，得到低溫燒結(90(T920°C)鈦酸鋇鍶高壓電容器陶瓷介質，該介質適合於製備單片陶瓷電容器和多層片式陶瓷電容器，能大大降低陶瓷電容器的成本，同時能提高耐電壓以擴大陶瓷電容器的應用範圍，並且在製備和使用過程中不汙染環境。
背景技術：
彩電、電腦、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；一般單片高壓陶瓷電容器介質的燒結溫度為 130(Tl40(rC，而利用本發明的添加物獲得的高壓陶瓷電容器介質燒結溫度為90(T92(TC， 這樣能大大降低高壓陶瓷電容器的成本，可以採用Ag或Ag含量高的Pd/Ag合金等作為內電極，極大的降低多層陶瓷電容器的成本；同時本專利的降低燒結溫度的添加物獲得的電容器陶瓷介質不含鉛和鎘，電容器陶瓷在製備和使用過程中不汙染環境；另外，利用本發明的添加物得到的電容器陶瓷的介電常數較高，這樣會提高陶瓷電容器的容量並且小型化， 燒結溫度低，符合陶瓷電容器的發展趨勢，能大大降低陶瓷電容器的成本。通常用於生產高壓陶瓷電容器的介質中含有一定量的鉛，這不僅在生產、使用和廢棄過程中對人體和環境造成危害，而且對性能穩定性也有不良影響。中國專利「一種高壓陶瓷電容器介質」(專利號ZL00112050. 6)公開的電容器陶瓷介質雖屬無鉛介質材料，但介電常數為1860-3300，耐電壓可以達到10kV/mm以上(直流)， 燒結溫度為U60-140(TC，比本專利高很多，介電常數低於本專利，而且燒結溫度高等。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，該介質材料的配方組成為(質量百分數)(BaTi03+Nd203) 89% 92%+Bi203 · 2Ti027 . 5 10%+低熔點玻璃料 0. 8%+50%Mn (NO3) 2 (水溶液)0. 205% ；其中，所用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，燒結溫度最低為1080°C，比本專利高，所採用的低溫燒結添加物也不同於本發明專利。中國期刊《華南理工大學學報(自然科學版)》1996年第3期在「中溫燒結BaTiO3基多相鐵電瓷料X7R特性」一文中探討了 BaTiO3基瓷料中溫燒結機制，分析了中溫燒結BaTiO3 基瓷料的組成及不均勻結構分布對介電常數與溫度特性的影響；所用的BaTiO3原料是採用化學共沉澱的方法來製備的，這樣會增加陶瓷電容器的成本，而本專利所用的BaTi03、 SrTiO3, CaZrO3分別是採用常規的化學原料以固相法合成，組成不同於本專利，組分中含有一定量的鉛，並且未涉及耐電壓，燒結溫度最低為1050°C，比本專利高。另有專利「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 97117286. 2)，它是採用固相法合成等價和異價離子同時取代(Sr2+，Zr4+, Sn4+，Nb5+) BaTiO3 固溶體，加入適量的硼鉛鋅銅玻璃燒結劑，使瓷料在中溫燒結，其性能為介電常數大於等於16000，耐壓為700V/mm;該專利雖然介電常數高，但是所報導的材料的耐壓太差，僅為 700V/mm，另外其組分含有一定量的鉛，該專利燒結溫度為1080-1140°C，比本專利高，所採用的低溫燒結添加物也不同於本發明專利。另有專利「高壓陶瓷電容器介質的製造方法」(專利號91101958. 8)，其採用非常規工藝製備介質，即流延成型膜，然後疊層介質體，將多層介質體進行真空加熱勻壓、衝片、 然後進行排膠、燒成而得；該專利的缺點是製備工藝方法複雜、導致產品製造成本增加，該專利介質的燒結溫度為1080-1330°C，比本專利的高。還有中國專利「高性能中溫燒結片式多層瓷介電容器瓷料」(專利申請號 97117287. 0)，它採用獨特的配方(重量百分比)(BaTi0393 96%+Nb2050. 8 1. 5%+Bi203l. 0 2. 2%+助熔劑1. 8^3. 5%+改性劑0. 25^1. 0%)得到中溫燒結的滿足如下性能的電容器陶瓷介電常數為3000，介質損耗小於1. 5%，耐壓為860V/mm ；該專利的助熔劑含有一定量的鉛，該專利的耐電壓太差，同時介電常數低，小於本專利，該介質的燒結溫度為1100-1140°C，比本專利的高，所採用的低溫燒結添加物也不同於本發明專利。還有中國專禾Ij「一種中低溫燒結高壓陶瓷電容器介質」(專利申請號 200410041863. χ)，它採用獨特的配方(重量百分比)(BaTiO3 60-90%, SrTiO3 1-20% CaZrO 30· 1-10%, Nb2O5O. 01-1%, MgOO. 01-1%, CeO2O. 01-0. 8%, ZnOO. 01-0. 6%, Co2O3O. 03-1%,鉍鋰固溶體0. 05-10%)得到中溫燒結的滿足如下性能的電容器陶瓷介電常數為200(Γ3000，耐電壓為6kV/mm以上，降低燒結溫度的添加物是鉍鋰固溶體，該專利的介電常數和耐電壓沒有本專利高，該專利公布的電容器陶瓷燒結溫度為1100-1150°C，比本專利高，該專利用於降低燒結溫度的添加物不同於本專利。
發明內容
本發明的目的是提供降低鈦酸鋇鍶-五氧化二鈮-三氧化二鈷基本配方體系的高壓電容器陶瓷燒結溫度的添加物及其加入量。本發明的目的是這樣來實現的
以鈦酸鋇鍶-五氧化二鈮-三氧化二鈷為基本配方體系(BEia71Sra29Ti03+0. 5% (質量)Nb205+0. 3%(質量)Co203)，按質量百分比計算，添加物的量為基本配方體系的1 8%，添加物中的組分以質量百分數計LiBi&44 65%，CuOO. 5 20%，Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉25 45%。本發明採用常規的高壓陶瓷電容器介質製備工藝，即首先採用常規的化學原料用固相法分別合成BaTi03、SrTi03、LiBiO2, Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉，然後按配方配料將配合料球磨粉碎混合，進行烘乾後，加入粘合劑造粒，再壓製成生坯片，然後在空氣中進行排膠和燒結，經保溫並自然冷卻後，獲得陶瓷電容器介質，在介質上被電極測性能即可。上述降鈦酸鋇鍶高壓電容器陶瓷燒結溫度的添加物及其加入量最好採用下列三種方案(質量百分比)
(1)添加物的量為基本配方體系的1 8%，添加物中(質量)LiBi024r65%， CuOO. 5 20%，Li2O-B2O3-ZnO 玻璃粉 25 45%。(2)添加物的量為基本配方體系的2 7%，添加物中(質量)LiBi&46 63%， Cu02 18%，Li2O-B2O3-ZnO 玻璃粉 27 43%。(3)添加物的量為基本配方體系的3 6%，添加物中(質量)LiBi&47 60%，Cu05 16%，Li2O-B2O3-ZnO 玻璃粉沘 40%。本發明與現有技術相比，具有如下優點
1、利用本專利的添加物獲得的介質是低溫燒結(燒結溫度為90(T920°C )鈦酸鋇鍶基電容器陶瓷，這樣能大大降低高壓陶瓷電容器的成本，本專利的介質組分中不含鉛和鎘，對環境無汙染。2、利用本專利的添加物獲得的介質的介電常數較高，為3000左右；耐電壓高，直流耐電壓可達10kV/mm以上、4kV/mm(交流電壓，AC)以上；介質損耗小，小於1. 5%。本介質的介電常數較高，能實現陶瓷電容器的小型化和大容量，同樣能降低成本。3、利用本專利的添加物獲得的介質的電容溫度變化率小，符合X7R特性的要求。 介質損耗小於1. 5%,使用過程中性能穩定性好，安全性高。4、利用本專利的添加物獲得的介質的主要原料採用陶瓷電容器級純即可製造出電容器陶瓷介質。5、利用本專利的添加物獲得的電容器陶瓷介質採用常規的固相法陶瓷電容器介質製備工藝即可進行製備。
具體實施例方式現在結合實施例對本發明作進一步的描述。以鈦酸鋇鍶-五氧化二鈮-三氧化二鈷為基本配方體系，鈦酸鋇鍶為 BEia71Sra29TiO3、五氧化二鈮加入量為BEia71Sra29TiO3重量的0. 5%，三氧化二鈷加入量為 Baci 71Srtl fflTiO3重量的0.3%，基本配方體系為IOOg。表1、2給出本發明的二組實施例6個配方，二組實施例6個配方的主要原料採用陶瓷電容器級純，在製備時首先採用常規的化學原料用固相法分別合成BaTi03、SrTiO3, LiBiO2, Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉，然後按配方配料，將配好的料用蒸餾水或去離子水採用行星球磨機球磨混合，料球水=1:3: (0. 6^1. 0)，球磨4、小時後，烘乾得乾粉料，在乾粉料中加入佔其重量纊10%的濃度為10%的聚乙烯醇溶液，進行造粒，混研後過40目篩，再在 2(T30Mpa壓力下進行幹壓成生坯片，然後在溫度為90(T92(TC下保溫廣4小時進行排膠和燒結，再在78(T80(TC下保溫15分鐘進行燒銀，形成銀電極，再焊引線，進行包封，即得陶瓷電容器，測試其介電性能，上述各配方試樣的介電性能列於表3。從表3可以看出所製備的電容器陶瓷耐電壓高，可達10kV/mm(直流電壓，DC)以上、4kV/mm(交流電壓，AC)以上；介電常數為3000左右；介質損耗小於1. 5% ；電容溫度變化率小，符合X7R特性的要求。LiBiO2的製備過程如下將Bi2O3和Li2CO3以1 :1的摩爾比例的料混合研磨混勻， 混合料放在剛玉坩堝內在800°C至820°C下保溫30分鐘製備LiBiO2,冷卻後研磨直到可以過200目篩，留以備用。Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉的製備過程如下將Li2CO3 =B2O3 =ZnO以1 :3 :1的摩爾比例的料混合研磨混勻，混合料放在剛玉坩堝內在810°C至840°C下保溫40分鐘，隨後倒入冷水中淬冷，乾燥以後研磨直到可以過200目篩，留以備用。表1添加物的加入量及成份
權利要求
1.一種添加物，其特徵在於添加物中的組分以質量百分數計LiBiA44 65%， CuOO. 5 20%，Li2O-B2O3-ZnO 玻璃粉 25 45%。
2.如權利要求1所述的一種添加物，其特徵在於添加物中的組分以質量百分數計 LiBi0246"63%, Cu02 18%，Li2O-B2O3-ZnO 玻璃粉 27 43%。
3.如權利要求1所述的一種添加物，其特徵在於添加物中的組分以質量百分數計 LiBi0247"60%, Cu05 16%，Li2O-B2O3-ZnO 玻璃粉 28 40%。
4.如權利要求1、2或3所述的一種添加物，其特徵在於=LiB^2的製備過程如下將 Bi2O3和Li2CO3以1 :1的摩爾比例的料混合研磨混勻，混合料放在剛玉坩堝內在800°C至 820°C下保溫30分鐘製備LiBiO2,冷卻後研磨直到能過200目篩，留以備用。
5.如權利要求1、2或3所述的一種添加物，其特徵在於Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉的製備過程如下將Li2CO3 =B2O3 =ZnO以1 :3 :1的摩爾比例的料混合研磨混勻，混合料放在剛玉坩堝內在810°C至840°C下保溫40分鐘，隨後到入冷水中淬冷，乾燥以後研磨直到能過200目篩，留以備用。
6.如權利要求1所述的一種添加物在降低鈦酸鋇鍶電容器陶瓷燒結溫度的用途，其特徵在於以鈦酸鋇鍶-五氧化二鈮-三氧化二鈷為基本配方體系，按質量百分比計算，添加物的量為基本配方體系的1 8%，按配方配料將配合料球磨粉碎混合，進行烘乾後，加入粘合劑造粒，再壓製成生坯片，然後在空氣中進行排膠和燒結，經保溫並自然冷卻後，獲得電容器陶瓷。
7.如權利要求6所述的一種添加物在降低鈦酸鋇鍶電容器陶瓷燒結溫度的用途， 其特徵在於所述基本配方體系為Ba0.71Sr0.29Ti03+ Ba0.71Sr0.29Ti03重量的0. 5%的Nb2O5+ Ba0.71 Sr0 29TiO3 重量的 0. 3% 的 Co203。
8.如權利要求6所述的一種添加物在降低鈦酸鋇鍶電容器陶瓷燒結溫度的用途，其特徵在於按質量百分比計算，添加物為基本配方體系的2 7%。
9.如權利要求6所述的一種添加物在降低鈦酸鋇鍶電容器陶瓷燒結溫度的用途，其特徵在於按質量百分比計算，添加物為基本配方體系的3 6%。
10.如權利要求6所述的一種添加物在降低鈦酸鋇鍶電容器陶瓷燒結溫度的用途，其特徵在於在製備時首先採用常規的化學原料用固相法分別合成BaTi03、SrTiO3^ LiBiO2, Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉，然後按配方配料，將配好的料用蒸餾水或去離子水採用行星球磨機球磨混合，料球水=1:3:(0.6 1.0)，球磨4、小時後，烘乾得乾粉料，在乾粉料中加入佔其重量8 10%的濃度為10%的聚乙烯醇溶液，進行造粒，混研後過40目篩，再在2(T30Mpa 壓力下進行幹壓成生坯片，然後在溫度為90(T92(TC下保溫廣4小時進行排膠和燒結，即得電容器陶瓷。
全文摘要
本發明涉及無機非金屬材料技術領域，特指一種添加物及其降低鈦酸鋇鍶電容器陶瓷燒結溫度的用途，其特徵在於所述的降低燒結溫度的添加物及其加入量(質量百分比)添加物的加入量為1～8%，添加物中(質量)LiBiO244~65%，CuO0.5~20%，Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉25~45%。添加本發明的添加物所製備的低溫燒結電容器陶瓷的燒結溫度低,燒結溫度為900~920℃,耐電壓高，可達10kV/mm(直流電壓,DC)以上、4kV/mm(交流電壓，AC)以上,介電常數較高,可以達到3000左右，電容溫度變化率小，符合X7R特性的要求，介質損耗小於1.5%,使用過程中性能穩定性好，安全性高，對環境無汙染。
文檔編號C04B35/622GK102557672SQ20121000116
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者李言, 高春華, 黃新友 申請人:江蘇大學