CN103351161B

CN103351161B - 一种低温烧结高压陶瓷电容器介质

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Publication number: CN103351161B
Application number: CN201310074774.4A
Authority: CN
Inventors: 黄新友; 高春华; 李军
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2033-03-11
Also published as: CN103351161A

Abstract

本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种低温烧结高压陶瓷电容器介质，所述介质配方以重量百分比表示包括：BaTiO₃60-91%,SrTiO₃1-13%,BaZrO₃2-15%,Nb₂O₅0.05-2%,ZnO0.1-1.5%,Co₂O₃0.03-2.0%, ZnB₂O₄玻璃粉0.5-6%,BaCu(B₂O₅)0.5-4；本发明采用常规的陶瓷电容器介质制备方法，利用电容器陶瓷普通化学原料，制备得到无铅、无镉的高介高压陶瓷电容器介质，还能大大降低电容器陶瓷的烧结温度，该介质适合于制备单片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器，能大大降低陶瓷电容器的成本，同时能提高耐电压以扩大陶瓷电容器的应用范围,并且在制备和使用过程中不污染环境。

Description

一种低温烧结高压陶瓷电容器介质

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种低温烧结（烧结温度为880~900℃）高压陶瓷电容器介质，它采用常规的陶瓷电容器介质制备方法，利用电容器陶瓷普通化学原料，制备得到无铅、无镉的高介高压陶瓷电容器介质，还能大大降低电容器陶瓷的烧结温度，该介质适合于制备单片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器，能大大降低陶瓷电容器的成本，同时能提高耐电压以扩大陶瓷电容器的应用范围,并且在制备和使用过程中不污染环境。

背景技术

彩电、电脑、通迅、航空航天、导弹、航海等领域迫切需要击穿电压高、温度稳定性好、可靠性高、小型化、大容量的陶瓷电容器；一般单片高压陶瓷电容器介质的烧结温度为1300~1400℃，而本发明的陶瓷电容器介质烧结温度为880~900℃，这样能大大降低高压陶瓷电容器的成本，同时本专利电容器陶瓷介质不含铅和镉，电容器陶瓷在制备和使用过程中不污染环境，另外，本发明的电容器陶瓷的介电常数较高，这样会提高陶瓷电容器的容量并且小型化，烧结温度低，符合陶瓷电容器的发展趋势, 能大大降低陶瓷电容器的成本。

通常用于生产高压陶瓷电容器的介质中含有一定量的铅，这不仅在生产、使用和废弃过程中对人体和环境造成危害，而且对性能稳定性也有不良影响。

中国专利“一种高压陶瓷电容器介质”（专利号ZL00112050.6）公开的电容器陶瓷介质虽属无铅介质材料，但介电常数为1860-3300，耐电压可以达到10kV/mm以上（直流），烧结温度为1260-1400℃，比本专利高很多，介电常数低于本专利，而且配方组成不同于本专利。

中国期刊《江苏陶瓷》1999年第2期在“BaTiO₃系低温烧成高介X7R电容器瓷料” 一文中公开了一种BaTiO₃中低温烧成高介满足X7R特性的电容器瓷料，该介质材料的配方组成为（质量百分数）：（BaTiO₃+Nd₂O₃）89%~92%+Bi₂O₃·2TiO₂7.5~10%+低熔点玻璃料0.8%+50%Mn(NO₃)₂(水溶液)0.205%，其中，所用的低熔点玻璃料是硼硅酸铅低熔点玻璃，介质是含铅的，并且未涉及耐电压，烧结温度最低为1080℃，比本专利高，介质的配方组成也不同于本发明专利。

中国期刊《华南理工大学学报（自然科学版）》1996年第3期在“中温烧结BaTiO₃基多相铁电瓷料X7R特性”一文中探讨了BaTiO₃基瓷料中温烧结机制，分析了中温烧结BaTiO₃基瓷料的组成及不均匀结构分布对介电常数与温度特性的影响，所用的BaTiO₃原料是采用化学共沉淀的方法来制备的，这样会增加陶瓷电容器的成本，而本专利所用的BaTiO₃、SrTiO₃、CaZrO₃分别是采用常规的化学原料以固相法合成，组成不同于本专利，组分中含有一定量的铅，并且未涉及耐电压，烧结温度最低为1050℃，比本专利高。

另有专利“高介高性能中温烧结片式多层瓷介电容器瓷料”（专利申请号：97117286.2），它是采用固相法合成等价和异价离子同时取代（Sr²⁺,Zr⁴⁺,Sn⁴⁺,Nb⁵⁺）BaTiO₃固溶体，加入适量的硼铅锌铜玻璃烧结剂，使瓷料在中温烧结，其性能为：介电常数大于等于16000，耐压为700V/mm，该专利虽然介电常数高，但是所报道的材料的耐压太差，仅为700V/mm,另外其组分含有一定量的铅，该专利烧结温度为1080~1140℃，比本专利高。

另有专利“高压陶瓷电容器介质的制造方法”(专利号91101958.8),其采用非常规工艺制备介质,即流延成型膜，然后叠层介质体,将多层介质体进行真空加热匀压、冲片、然后进行排胶、烧成而得，该专利的缺点是制备工艺方法复杂、导致产品制造成本增加，该专利介质的烧结温度为1080-1330℃，比本专利的高。

还有中国专利 “高性能中温烧结片式多层瓷介电容器瓷料” （专利申请号：97117287.0），它采用独特的配方（重量百分比）（BaTiO₃93~96%+Nb₂O₅0.8~1.5%+Bi₂O₃1.0~2.2%+助熔剂1.8~3.5%+改性剂0.25~1.0%）得到中温烧结的满足如下性能的电容器陶瓷：介电常数为3000，介质损耗小于1.5%，耐压为860V/mm，该专利的助熔剂含有一定量的铅，该专利的耐电压太差，同时介电常数低，小于本专利，该介质的烧结温度为1100~1140℃，比本专利的高。

还有中国专利“一种中低温烧结高压陶瓷电容器介质”（专利申请号：200410041863.x）,它采用独特的配方（重量百分比）(BaTiO₃60-90%，SrTiO₃ 1-20% CaZrO₃0.1-10%,Nb₂O₅0.01-1%,MgO0.01-1%,CeO₂0.01-0.8%,ZnO0.01-0.6%,Co₂O₃0.03-1%,铋锂固溶体0.05-10%)得到中温烧结的满足如下性能的电容器陶瓷：介电常数为2000~3000，耐电压为6kV/mm以上, 降低烧结温度的添加物是铋锂固溶体，该专利的介电常数和耐电压没有本专利高，该专利公布的电容器陶瓷烧结温度为1100~1150℃，比本专利高，该专利的配方组成不同于本专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能高介高压陶瓷电容器介质。

本发明的目的是这样来实现的：

高介高压陶瓷电容器介质配方组成包括（重量百分比）：BaTiO₃60-91%, SrTiO₃1-13%, BaZrO₃2-15%, Nb₂O₅0.05-2%, ZnO 0.1-1.5%, Co₂O₃0.03-2.0%, ZnB₂O₄玻璃粉0.5-6%, BaCu(B₂O₅) 0.5-5%；其中BaTiO₃、SrTiO₃、BaZrO₃、ZnB₂O₄玻璃粉、BaCu(B₂O₅)分别是采用常规的化学原料以固相法合成。

本发明的介质中所用的ZnB₂O₄玻璃粉的制备过程包括：将常规的化学原料ZnO、B₂O₃按1：1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于820℃保温120分钟，在水中急冷后研磨过200目筛，备用。

本发明的介质中所用的BaCu(B₂O₅)的制备过程包括：将常规的化学原料Ba(OH)₂·8H₂O、CuO、H₃BO₃按1：1：2摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于800℃保温240分钟，然后冷却，研磨过200目筛，备用。

本发明采用常规的高压陶瓷电容器介质制备工艺，即首先采用常规的化学原料用固相法分别合成BaTiO₃、SrTiO₃、BaZrO₃、ZnB₂O₄玻璃粉、BaCu(B₂O₅),然后按配方配料将配合料球磨粉碎混合，进行烘干后，加入粘合剂造粒，再压制成生坯片，然后在空气中进行排胶和烧结，经保温并自然冷却后，获得陶瓷电容器介质，在介质上被电极即成。

上述陶瓷介质的配方最好采用下列三种方案（重量百分比）：

BaTiO₃68-82%,SrTiO₃3-10%,BaZrO₃3-9%,Nb₂O₅0.5-1.8%, ZnO0.3-0.7% ,Co₂O₃0.3-0.7%, ZnB₂O₄玻璃粉1-5%， BaCu(B₂O₅) 1-5%；

BaTiO₃70-85%,SrTiO₃3-10%,BaZrO₃3-8%,Nb₂O₅0.5-1.8%,ZnO0.3-0.7%,Co₂O₃0.5-1.7%, ZnB₂O₄玻璃粉2-5%， BaCu(B₂O₅) 2-5%；

BaTiO₃73-88%, SrTiO₃3-10%,BaZrO₃3-8%,Nb₂O₅0.5-1.8%,ZnO0.3-0.7%,Co₂O₃0.3-1.7%, ZnB₂O₄玻璃粉2-5%，BaCu(B₂O₅) 2-5%。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本专利的介质是低温烧结（烧结温度为880~900℃）钛酸钡锶基电容器陶瓷，这样能大大降低高压陶瓷电容器的成本，本专利的介质组分中不含铅和镉，对环境无污染。

2、本介质的介电常数较高，为3520左右；耐电压高，直流耐电压可达14kV/mm以上、6 kV/mm(交流电压，AC)以上；介质损耗小，小于1.5%；本介质的介电常数较高，能实现陶瓷电容器的小型化和大容量,同样能降低成本。

3、本介质的电容温度变化率小，符合X7R特性的要求；介质损耗小于1.5%，使用过程中性能稳定性好，安全性高。

4、主要原料采用陶瓷电容器级纯即可制造出本发明的陶瓷介质。

5、本介质采用常规的固相法陶瓷电容器介质制备工艺即可进行制备。

具体实施方式

现在结合实施例对本发明作进一步的描述。表1给出本发明的实施例共9个试样的配方。

本发明的实施例共9个试样的配方的主要原料采用陶瓷电容器级纯,在制备时首先采用常规的化学原料用固相法分别合成BaTiO₃、SrTiO₃、BaZrO₃、ZnB₂O₄玻璃粉和BaCu(B₂O₅)，然后按上述配方配料，将配好的料用蒸馏水或去离子水采用行星球磨机球磨混合，料:球:水=1:3:(0.6~1.0)（质量比），球磨4~8小时后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8~10%的浓度为10%的聚乙烯醇溶液，进行造粒，混研后过40目筛，再在20~30Mpa压力下进行干压成生坯片，然后在温度为880~900℃下保温1~4小时进行排胶和烧结，再在780~800℃下保温15分钟进行烧银，形成银电极，再焊引线，进行包封，即得陶瓷电容器，测试其介电性能。

上述各配方试样的介电性能列于表2，从表2可以看出所制备的电容器陶瓷耐电压高，可达14 kV/mm(直流电压,DC)以上、6 kV/mm(交流电压，AC)以上；介电常数为3520左右；介质损耗小于1.5%；电容温度变化率小，符合X7R特性的要求。

表1 本发明的实施例共9个试样的配方

表2 各配方试样的介电性能

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低温烧结高压陶瓷电容器介质，烧结温度为880~900℃，介电常数为3520-3580，直流耐电压为14.3-15.7kV/mm，耐交流电压为6.3-7.5kV/mm，介质损耗小于1.5%，电容温度变化率符合X7R特性，其特征在于：所述组份按重量百分比计算为：BaTiO₃60-91%, SrTiO₃1-13%, BaZrO₃2-15%, Nb₂O₅0.05-2%, ZnO 0.1-1.5%, Co₂O₃0.03-2.0%, ZnB₂O₄玻璃粉0.5-6%, BaCu(B₂O₅) 0.5-5%；其中BaTiO₃、SrTiO₃、BaZrO₃、ZnB₂O₄玻璃粉、BaCu(B₂O₅)分别是采用常规的化学原料以固相法合成。

2.如权利要求1所述的一种低温烧结高压陶瓷电容器介质，其特征在于，所述组份按重量百分比计算为：BaTiO₃68-82%,SrTiO₃3-10%,BaZrO₃3-9%,Nb₂O₅0.5-1.8%, ZnO0.3-0.7% ,Co₂O₃0.3-0.7%, ZnB₂O₄玻璃粉1-5%，BaCu(B₂O₅) 1-5%。

3.如权利要求1所述的一种低温烧结高压陶瓷电容器介质，其特征在于，所述组份按重量百分比计算为：BaTiO₃70-85%,SrTiO₃3-10%,BaZrO₃3-8%,Nb₂O₅0.5-1.8%,

ZnO0.3-0.7%,Co₂O₃0.5-1.7%, ZnB₂O₄玻璃粉2-5%， BaCu(B₂O₅) 2-5%。

4.如权利要求1所述的一种低温烧结高压陶瓷电容器介质，其特征在于，所述组份按重量百分比计算为：BaTiO₃73-88%,SrTiO₃3-10%,BaZrO₃3-8%,Nb₂O₅0.5-1.8%,

ZnO0.3-0.7%,Co₂O₃0.3-1.7%, ZnB₂O₄玻璃粉2-5%，BaCu(B₂O₅) 2-5%。

5.如权利要求1所述的一种低温烧结高压陶瓷电容器介质，其特征在于：所述的ZnB₂O₄玻璃粉的制备步骤如下：将常规的化学原料ZnO、B₂O₃按1：1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于820℃保温120分钟，在水中急冷后研磨过200目筛，备用。

6.如权利要求1所述的一种低温烧结高压陶瓷电容器介质，其特征在于：所述的BaCu(B₂O₅)的制备步骤如下：将常规的化学原料Ba(OH)₂·8H₂O、CuO、H₃BO₃按1：1：2摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于800℃保温240分钟，然后冷却，研磨过200目筛，备用。