CN102034604A - 一种高温度稳定性陶瓷电容器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于陶瓷电容器领域，为一种高温度稳定性陶瓷电容器及其制备方法。本发明以BaTiO₃、SrTiO₃、PbTiO₃、CaZrO₃、MgO、MnCO₃以及Bi₂O₃·nTiO₂(n＝1～5)为原材料进行固相合成，再经过湿式球磨、出料、浆料沉降、浆料配制、离心造粒、除铁等工艺步骤制成陶瓷电容器瓷料；再由该瓷料经过干压成型、烧结、制备电极等工艺步骤制成陶瓷电容器。对该陶瓷电容器进行检测，可以获得如下的电气特性：温度变化率|Δε|/ε₂₅≤2％(-10℃～35℃)，介电常数ε₂₅≥2000，损耗角正切值tgδ≤0.55％，击穿电压VB_DC≥10KV/mm。

Description

一种高温度稳定性陶瓷电容器及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷电容器技术领域，具体地，涉及一种高温度稳定性陶瓷电容器的配方及其制备方法。

背景技术

随着电子技术的迅猛发展，电子元器件日益向小型化、多功能化、高可靠性和低成本方向发展。作为现代电子行业的基础，陶瓷电容器因其具有低成本和适宜产业化的特点以及其体积小、比容大、内部电感小和高频稳定性好等优点，在电容器行业始终占据主导地位。

传统的陶瓷电容器，通常以BaTiO₃或具有ABO₃钙钛矿结构的钛酸盐系陶瓷材料为主晶相，在追求高介电和高容量的同时，通过适量掺杂而获得所合适的电气性能。然而，按照传统配方与工艺所制备的陶瓷电容器，存在介电常数温度变化率大、损耗角正切值对电压依赖性高的特点，并且存在陶瓷坯体脆性大，不宜机械加工的缺点。

现代高功率器件和精密滤波器对介电陶瓷的温度稳定性要求不断提高，同时对介电陶瓷体外形及结构方面的要求亦日益多样化，因此提高介电陶瓷温度稳定性，降低瓷体脆性变得尤为重要。尽管BaTiO₃体系具有较高的介电常数，被认为是电子工业的支柱，但存在介电常数在居里点附近有较大突变、温度稳定性有待提高的问题。当前，广泛应用于移动通信产品、笔记本电脑、航空仪表等方面的X7R介电陶瓷的温度稳定性(±15％)已经不能满足多层陶瓷电容器(MLCC)和电流磁场干扰(EMI)滤波器的使用要求。因此改善钛酸钡基陶瓷的介电温度稳定性仍然是目前的研究热点之一，并且眼下陶瓷电容器生产厂家的研究重点即围绕配方和制备工艺的研究。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种高温度稳定性陶瓷电容器及其制备方法。

按照本发明所规定的配方及制备方法所制得的陶瓷电容器，具备如下电气性能：温度变化率|Δε|/ε₂₅≤2％(-10℃～35℃)，介电常数ε₂₅≥2000，损耗角正切值tgδ≤0.55％，击穿电压VB_DC≥10KV/mm。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种高温度稳定性陶瓷电容器，包含以质量百分比计的下述主成分：BaTiO₃：35～50wt％，SrTiO₃：14～25wt％，PbTiO₃：13～20wt％，CaZrO₃：5～10wt％，Bi₂O₃·nTiO₂：10～15wt％；其中所述的n＝1～5；基于上述主成分，还包含以质量百分比计的添加剂：MgO：5～20wt％，MnCO₃：0.5～0.6wt％。

为实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种高温度稳定性陶瓷电容器的制备方法，包含如下步骤：

(1)陶瓷电容器瓷料的制备：

(A)按照权利要求1所述配比计算并称量原料；

(B)将上述原料按照如下工艺流程制备需要固相合成的基础材料：

湿式球磨→压滤→烘干→压块；

(C)将上述基础材料进行固相合成，其中固相合成的条件为：

升温速率＝100～300℃/h，合成温度为1100～1300℃，保温时间＝1～4h，降温速率＝150～300℃/h；

(D)破碎：将经过上述固相合成得到的材料进行破碎处理；

(E)将经破碎处理的材料按照如下工艺流程制备瓷料：

湿式球磨→出料→浆料沉降→浆料配制→离心造粒；

(F)除铁：将造粒好的瓷料投入磁感应强度为3000～30000高斯的除铁机中进行除铁即制成陶瓷电容器瓷料；

(2)将经过步骤(1)得到的陶瓷电容器瓷料按照如下工艺加工成陶瓷电容器：

(A)干压成型：成型密度＝3.0～4.0g/cm³；

(B)烧结：烧结温度范围在1280～1380℃，具体烧结曲线参见图1；

(C)制备电极：使用含银量50～80wt％的银浆，丝网印刷，750～850℃保温10～20分钟烧渗银电极。

在本发明的制备方法中，固相合成工艺直接影响陶瓷电容器的综合性能与烧结温度以及产品生产过程中的批次稳定性；除铁工艺直接影响陶瓷电容器的抗电强度之能力；湿式球磨、压滤、烘干、压块以及湿式球磨、出料、浆料沉降、浆料配制、离心造粒过程均为制备介电陶瓷电容器的常规工艺。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、由本发明的陶瓷电容器配方制成的陶瓷电容器，具有如下电气性能特点：温度变化率|Δε|/ε₂₅≤2％(-10℃～35℃)，介电常数ε₂₅≥2000，损耗角正切值tgδ≤0.55％，击穿电压VB_DC≥10KV/mm；即在具有较高介电常数和低损耗的同时，具有优良的介电温度稳定性和可加工性，可用于对温度稳定性要求严格的高压电容器及相关元器件的制造。

2、通过本发明中所采取的固相合成工艺，不仅使原材料成为固熔体，同时还统一并弥补了各原材料的活性与缺陷，从而大大提高了产品生产过程中的的批次稳定性。

3、本发明中所采用的3000～30000高斯除铁工艺，确保了产品的抗电强度与该指标的批次稳定性。

4、采用本发明的陶瓷电容器瓷坯在正常的磨削、切割等机械加工过程中，不会出现崩瓷、碎裂现象。

5、本发明所选用原料价格低廉、来源广泛，新配方的高温度稳定性具有良好的市场前景，可作为同类材料的换代产品。

附图说明

图1为本发明中的陶瓷电容器的烧结曲线图；

图2为本发明中的陶瓷电容器的一种具体烧结曲线图。

具体实施方式

实施例1

本发明的高温度稳定性的陶瓷电容器，按如下方法进行制备：

(1)所选用的原材料，其主含量大于98.5％。

(2)按照表1计算本配方：

表1高温度稳定性陶瓷电容器的配方

(3)按照以下工艺要求进行加工根据(2)步骤计算并称量好的材料：

(A)湿式球磨12小时→压滤脱水→120℃烘干→压块，压制密度为2.2g/cm³。

(B)陶瓷电容器瓷料的固相合成：升温速率＝150℃/h，合成温度为1200℃，保温时间＝3h，降温速率＝250℃/h。

(C)破碎：辊轧后的材料颗粒度小于2mm。

(D)湿式球磨24小时→出料→浆料沉降24小时以上→浆料配制(用PVA粘合剂、可塑剂、分散剂、消泡剂与去离子水，将沉降后浆料配置成固含量为45％～50％的离心造粒浆料)→离心造粒。

(E)除铁：造粒好的瓷料投入磁感应强度为30000高斯的除铁机中进行除铁；

(4)将经过(3)步骤生产出来的介电陶瓷材料按照以下工艺加工成陶瓷电容器并进行检测。

(A)干压成型：成型密度＝3.4g/cm³。

(B)烧结：烧结曲线参见图2。

(C)制备电极：使用含银量70wt％的银浆，丝网印刷，820℃保温10分钟烧渗银电极。

经过(4)步骤生产出来陶瓷电容器经检测，具备表2所述的技术特性。

表2实施例1的技术特性

实施例2

本发明的高温度稳定性的陶瓷电容器，按如下方法进行制备：

(1)所选用的原材料，其主含量大于98.5％。

(2)按照表3计算本配方：

表3高温度稳定性陶瓷电容器的配方

(3)按照以下工艺要求进行加工根据(2)步骤计算并称量好的材料：

(A)湿式球磨12小时→压滤脱水→120℃烘干→压块，压制密度为2.2g/cm³。

(B)陶瓷电容器瓷料的固相合成：升温速率＝100℃/h，合成温度为1100℃，保温时间＝4h，降温速率＝150℃/h。

(C)破碎：辊轧后的材料颗粒度小于2mm。

(D)湿式球磨24小时→出料→浆料沉降24小时以上→浆料配制(用PVA粘合剂、可塑剂、分散剂、消泡剂与去离子水，将沉降后浆料配置成固含量为45％～50％的离心造粒浆料)→离心造粒。

(E)除铁：造粒好的瓷料投入磁感应强度为3000高斯的除铁机中进行除铁；

(4)将经过(3)步骤生产出来的介电陶瓷材料按照以下工艺加工成陶瓷电容器并进行检测。

(A)干压成型：成型密度＝3.0g/cm³。

(B)烧结：烧结温度1280℃并保温3小时，其它烧结曲线(数据)参见图2。

(C)制备电极：使用含银量50wt％的银浆，丝网印刷，850℃保温10分钟烧渗银电极。

实施例3

本发明的高温度稳定性的陶瓷电容器，按如下方法进行制备：

(1)所选用的原材料，其主含量大于98.5％。

(2)按照表4计算本配方：

表4高温度稳定性陶瓷电容器的配方

(3)按照以下工艺要求进行加工根据(2)步骤计算并称量好的材料：

(A)湿式球磨12小时→压滤脱水→120℃烘干→压块，压制密度为2.2g/cm³。

(B)陶瓷电容器瓷料的固相合成：升温速率＝300℃/h，合成温度为1300℃，保温时间＝1h，降温速率＝300℃/h。

(C)破碎：辊轧后的材料颗粒度小于2mm。

(D)湿式球磨24小时→出料→浆料沉降24小时以上→浆料配制(用PVA粘合剂、可塑剂、分散剂、消泡剂与去离子水，将沉降后浆料配置成固含量为45％～50％的离心造粒浆料)→离心造粒。

(E)除铁：造粒好的瓷料投入磁感应强度为30000高斯的除铁机中进行除铁；

(4)将经过(3)步骤生产出来的介电陶瓷材料按照以下工艺加工成陶瓷电容器并进行检测。

(A)干压成型：成型密度＝4.0g/cm³。

(B)烧结：烧结温度1380℃并保温1小时，其它烧结曲线(数据)参见图2。

(C)制备电极：使用含银量80wt％的银浆，丝网印刷，750℃保温20分钟烧渗银电极。

经检测，实施例2和3中得到的陶瓷电容器，具有以下的电气特性：温度变化率|Δε|/ε₂₅≤2％(-10℃～35℃)，介电常数ε₂₅≥2000，损耗角正切值tgδ≤0.55％，击穿电压VB_DC≥10KV/mm。

Claims (2)

1.一种高温度稳定性陶瓷电容器，其特征在于，包含以质量百分比计的下述主成分：BaTiO₃：35～50wt％，SrTiO₃：14～25wt％，PbTiO₃：13～20wt％，CaZrO₃：5～10wt％，Bi₂O₃·nTiO₂：10～15wt％；其中所述的n＝1～5；

基于上述主成分，还包含以质量百分比计的添加剂：MgO：5～20wt％，MnCO₃：0.5～0.6wt％。

2.根据权利要求1所述的一种高温度稳定性陶瓷电容器的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

(1)陶瓷电容器瓷料的制备：

(A)按照权利要求1所述配比计算并称量原料；

(B)将上述原料按照如下工艺流程制备需要固相合成的基础材料：

湿式球磨→压滤→烘干→压块；

(C)将上述基础材料进行固相合成，其中固相合成的条件为：

升温速率＝100～300℃/h，合成温度为1100～1300℃，保温时间＝1～4h，降温速率＝150～300℃/h；

(D)破碎：将经过上述固相合成得到的材料进行破碎处理；

(E)将经破碎处理的材料按照如下工艺流程制备瓷料：

湿式球磨→出料→浆料沉降→浆料配制→离心造粒；

(F)除铁：将造粒好的瓷料投入磁感应强度为3000～30000高斯的除铁机中进行除铁即制成陶瓷电容器瓷料；

(2)将经过步骤(1)得到的陶瓷电容器瓷料按照如下工艺加工成陶瓷电容器：

(A)干压成型：成型密度＝3.0～4.0g/cm³；

(B)烧结：烧结温度范围在1280～1380℃，具体为：

100～300℃/小时↑→800℃×1小时→100～300℃/小时↑→1280～1380℃×1～3小时→100～300℃/小时↓→800℃→100～300℃/小时↓→200℃以下；

(C)制备电极：使用含银量50～80wt％的银浆，丝网印刷，750～850℃保温10～20分钟烧渗银电极。

Images