CN100378032C - 钛酸钡基陶瓷电容器介质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛酸钡基陶瓷电容器介质，它按 BaTiO₃ 的重量为1，添加下述重量百分数的成分：0.5～2%的 Nb₂O₅ 、6～8%的 MgO 、3～5%的 Gd₂O₃ 、0.02～0.1%的 MnCO₃ 、0.2～2%的 Ag₂O 、4～6%的玻璃粉组成。将上述组成配料、球磨、烘干后再取出一部分料进行二次球磨、烘干；然后进行造粒，半干压制成圆片形试样，最后在电炉中加热至1125-1135℃烧成，保温3～5小时制得陶瓷电容器介质。本发明的陶瓷电容器介质具有超大容量(ε≥8000)、高温度稳定性(ΔC/C_25℃≤±15%)、低损耗(tgδ≤1.5%)的优良性能，可用于制作超小型片式多层电容器MLCC或独石电容器MLC及大容量滤波元件。

Description

钛酸钡基陶瓷电容器介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷组合物，特别涉及到一种以钛酸钡为基的陶瓷电容器介质及其制备方法。

背景技术

为了满足陶瓷电容器小型化、高性能的要求，要尽可能地提高陶瓷介质的介电常数，但同时还要满足材料工作稳定性的要求。对于制作高介陶瓷电容器来说，通常选用X7R系列的材料。X7R的具体含义是：X代表工作温区的低温极限-55℃，7代表工作温区的高温极限+125℃，R代表在工作温区内所有温度点(-55℃～+125℃范围内)的电容量相对于室温25℃时的变化率小于或等于±15％。适合于X7R性能要求的陶瓷材料，首推铁电体陶瓷介质，其组成一般均以BaTiO₃为基础进行掺杂改性，以提高介电常数，并达到X7R的要求。BaTiO₃-Nb₂O₅-MgO-M₂O₃系统是在BaTiO₃中掺杂Nb₂O₅、MgO和适量稀土氧化物M₂O₃(M为稀土元素，如La、Sm、Nd、Pr、Gd等)，经过改性的陶瓷介质，其介电常数ε可达4400以上、容温变化率|C/C_25℃|≤±15％，损耗tgδ≤0.015。但现有的钛酸钡基陶瓷介质的介电常数通常不大于5000，且瓷料的烧结温度大多高于1150℃，在其组成中添加玻璃虽可进一步降低烧结温度，但往往引起损耗的增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在BaTiO₃-Nb₂O₅-MgO-M₂O₃系陶瓷组成的基础上进一步对其进行改性，提供一种烧结温度更低、介电常数更高的陶瓷电容器介质。

为达到上述目的，本发明是采取下述技术方案予以实现的：

一种钛酸钡基陶瓷电容器介质，它按BaTiO₃的重量为1，添加下述重量百分数的成分：0.5～2％的Nb₂O₅、6～8％的MgO、3～5％的Gd₂O₃、0.02～0.1％的MnCO₃、0.2～2％的Ag₂O、4～6％的玻璃粉组成。所述玻璃粉由下述重量百分比的成分：25～35％的Bi₂O₃、15～25％的Pb₃O₄、30～40％的ZnO、10～20％的H₃BO₃组成。

上述钛酸钡基陶瓷电容器介质的制备方法，它按下述步骤进行：

(1)按重量百分比，将组成Bi₂O₃ 25～35％、Pb₃O₄ 15～25％、ZnO 30～40％、H₃BO₃  10～20％充分混合、熔融淬冷、磨细、过筛，即制得玻璃粉；

(2)将初始原料钛酸钡进行预烧处理，按BaTiO₃的重量为1，添加下述重量百分数的组分：0.5～2％的Nb₂O₅、6～8％的MgO、3～5％的Gd₂O₃、0.02～0.1％的MnCO₃、0.2～2％的Ag₂O、4～6％的玻璃粉配料，所配原料与去离子水混合后球磨至少4小时，烘干后取出一部分料进行二次球磨、烘干；

(3)将二次球磨、烘干的料混入一次球磨、烘干的料中，加入重量百分比为5％～7％的粘结剂过筛造粒，然后在4～6Mpa压强下压制成圆片形生坯，最后在电炉中经3～4小时至500～600℃排胶至少0.5小时，再经3～4小时加热至1125-1135℃烧成，保温3～5小时即制得陶瓷电容器介质。

本发明在BaTiO₃-Nb₂O₅-MgO-M₂O₃系陶瓷组成的基础上向其中加入组分0.2～2wt％Ag₂O可有效地增大瓷料的介电常数，配合添加0.02～0.1wt％的MnCO₃可显著改善瓷料的高温电容变化率，且使瓷料具有较高的介电常数。本发明的陶瓷电容器介质烧结温度低(1125℃～1135℃)，并具有大容量(ε≥8000)、高温度稳定性(ΔC/C_{25 ℃}≤±15％)、低损耗(tgδ≤1.5％)、电阻率ρv≥10¹¹Ω·cm的优良性能，具有广阔的应用发展前景。此外，本发明制备工艺简单、无污染、并且可使用30％Pd-70％Ag的电极浆料，使片式电容内电极与介质材料同时烧成成为可能，从而可进一步降低产品成本。

具体实施方式

实施例1

(1)先按表1的组成，经充分混合、熔融淬冷、磨细、过6000孔/cm²分样筛，制得玻璃粉a、b、c，

(2)取预烧处理的BaTiO₃100g，添加Nb₂O₅0.5g、MgO 8g、Gd₂O₃5g、MnCO₃0.02g、Ag₂O 0.2g、玻璃粉a 6g配料，其组成代号为A，所配原料与去离子水混合后球磨4小时，于120℃烘干，取出1/2重量的料进行二次球磨、烘干；二次球磨、烘干的工艺条件同一次球磨、烘干。

表1    玻璃粉的组成    重量g

组成代号	Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Pb<sub>3</sub>O<sub>4</sub>	ZnO	H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub>	合计
						a	25	25	30	20	100
b	35	15	40	10	100
						c	30	20	35	15	100

(3)将二次球磨、烘干的料混入一次球磨、烘干的料中，加入7g石蜡，然后过1000孔/cm²分样筛造粒，将造粒粉料分别在4Mpa、5Mpa和6Mpa压强下压制成Φ20mm×1～1.5mm的圆片生坯三组共9片，最后在电炉中经3.5小时至550℃排蜡0.5小时，再经3.5小时加热至1125-1135℃烧成，保温3～5小时即制得陶瓷电容器介质。将烧成试样上、下表面涂覆银浆，经820℃烧渗制备电极后进行各项介电性能测试。

实施例2

取预烧处理的BaTiO₃100g，添加Nb₂O₅ 2g、MgO 6g、Gd₂O₃ 3g、MnCO₃0.1g、Ag₂O 0.75g、玻璃粉b 4g配料，其组成代号为B，所配原料球磨5小时，造粒时加入6g石蜡，压制成的圆片生坯在电炉中经3小时至600℃排蜡0.5小时，再经4小时加热至1125～1135℃烧成，其它工艺步骤同实施例1；将烧成试样上、下表面涂覆银浆，经840℃烧渗制备电极后进行各项介电性能测试。

实施例3

取预烧处理的BaTiO₃ 100g，添加Nb₂O₅ 1.25g、MgO 7g、Gd₂O₃4g、MnCO₃0.06g、Ag₂O 2g、玻璃粉c 6g配料，其组成代号为C，所配原料球磨5小时，烘干后取出1/3重量的料进行二次球磨、烘干，造粒时加入5g石蜡，压制成的圆片生坯在电炉中经4小时至500℃排蜡1小时，再经3小时加热至1125～1135℃烧成；其它工艺步骤同实施例1；将烧成试样上、下表面涂覆银浆，经800℃烧渗制备电极后进行各项介电性能测试。

上述实施例配方组成A、B、C在烧成步骤中，可各取一组不同配方的干压生坯三片，按9片为一组，分别于1125℃、1130℃、1135℃同时烧成并分别保温5小时、4小时、3小时，最后制得三组不同配方和烧成温度的27片试样，从中拣选出9片烧结良好的试样测其介电性能，结果列于表2。

表2中Max|ΔC/C_25℃|(％)值的温区范围为-55℃～+125℃。

表2    本发明陶瓷电容器介质试样的测试结果

组成代号	烧成温度℃	保温时间(小时)	试样介电性能
						ε	tanδ	Max|ΔC/C<sub>25℃</sub>|(％)
			A	1125	5				8740	0.006	13
1130	4	8656				0.006	13.6
				1135	3			8632	0.005	13.8
B	1125	5				8574	0.010				8
			1130	4	8412			0.010	9.4
	1135	3				8313	0.011			10.1
			C	1125	5			8906	0.012		12.1
1130	4	8879				0.011	13.7
				1135	3			8796	0.011	13.9

Claims (3)

1.一种钛酸钡基陶瓷电容器介质，其特征是，以BaTiO₃的重量为100％，添加下述重量百分数的成分：0.5～2％的Nb₂O₅、6～8％的MgO、3～5％的Gd₂O₃、0.02～0.1％的MnCO₃、0.2～2％的Ag₂O、4～6％的玻璃粉组成，所述的玻璃粉按照重量百分比由25～35％的Bi₂O₃、15～25％的Pb₃O₄、30～40％的ZnO和10～20％的H₃BO₃组成。

2.一种钛酸钡基陶瓷电容器介质的制备方法，其特征是，它按下述步骤进行：

(1)按重量百分比，将组成Bi₂O₃25～35％、Pb₃O₄15～25％、ZnO30～40％、H₃BO₃10～20％充分混合、熔融淬冷、磨细、过筛，即制得玻璃粉；

(2)将初始原料钛酸钡进行预烧处理，以BaTiO₃的重量为100％，添加下述重量百分数的组分：0.5～2％的Nb₂O₅、6～8％的MgO、3～5％的Gd₂O₃、0.02～0.1％的MnCO₃、0.2～2％的Ag₂O、4～6％的玻璃粉配料，所配原料与去离子水混合后球磨至少4小时，烘干后取出一部分料进行二次球磨、烘干；

(3)将二次球磨、烘干的料混入一次球磨、烘干的料中，加入重量百分比为5％～7％的粘结剂过筛造粒，然后在4～6MPa压强下压制成圆片形生坯，最后在电炉中经3～4小时至500～600℃排胶至少0.5小时，再经3～4小时加热至1125～1135℃烧成，保温3～5小时即制得陶瓷电容器介质。

3.根据权利要求2所述的钛酸钡基陶瓷电容器介质的制备方法，其特征是，步骤(2)中所述的取出一部分料，是取出1/3～1/2重量的料进行二次球磨、烘干。