CN103496976B - 高介电常数电容器粉体材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高介电常数电容器粉体材料的制备方法。该方法包括以下步骤：（1）制备粉体颗粒内层材料BaTi0.9Zr0.1O3；（2）制备“芯-壳”结构粉体。本发明所制材料介电常数高，温度特性符合EIAY5V型电容器的要求。

Description

高介电常数电容器粉体材料的制备方法
技术领域
本发明涉及超大容量电容器瓷粉的制备技术，具体地说是涉及纳米或微米级粉体的“芯-壳”结构的高介电常数电容器粉体材料的制备方法。 
背景技术
随着表面贴装技术的应用范围从音像产品等消费类家用电器向计算机及外部设备、通信、工业自动化、医疗电子、办公自动化、汽车电子、测量仪器、航空航天及军事电子装备等领域的扩展和渗透，各类高性能元器件得到了飞速发展，顺应这一发展潮流，表面组装元件已成为电子元器件的主流产品，并朝着微型化、高性能化的方向发展。目前，高介电性能的陶瓷电容器在电子线路中特别是高档电子仪器如便携笔记本电脑、移动通讯中的手机、汽车电话中得到了广泛的应用。 
本申请人的在先专利CN201210202702.9公开的分步式回流法制备了温度稳定型瓷粉材料，但其介电常数值仍然没有突出的变化，电容器的介电性能难于进一步提高。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种高介电常数电容器粉体材料的制备方法，以利用该方法制备介电常数有更显著提高的电容器粉体材料。 
本发明的目的是这样实现的： 
高介电常数电容器粉体材料的制备方法包括以下步骤：
（1）制备粉体颗粒内层材料BaTi0.9Zr0.1O3
1-A. 将分析纯TiCl4缓慢滴入ZrOCl2的盐酸溶液中，然后向该溶液中缓慢滴加体积浓度为8~15%的氨水，调pH值为7±0.5，使Ti0.9Zr0.1O2+沉淀，真空抽滤得Ti0.9Zr0.1O2滤饼，滤饼加入蒸馏水中制成浆体；
1-B. 将Ba(OH)2·8H2O溶解于煮沸的蒸馏水中制成溶液，再与Ti0.9Zr0.1O2浆体混合，控制反应温度为95-100℃，在搅拌下反应2~4小时，洗涤、烘干后得到粒径为50~90nm 的BaTi0.9Zr0.1O3粉体；
（2）制备“芯-壳”结构粉体
2-A. 将分析纯TiCl4缓慢水解，然后向该溶液中缓慢滴加体积浓度为8~15%的氨水，调pH值为7±0.5，使TiO2+沉淀，真空抽滤得TiO2滤饼，滤饼加入蒸馏水中制成浆体；
2-B.将Ba(OH)2·8H2O和CaCl2溶解于煮沸的蒸馏水中制成溶液，与2-A步所制TiO2浆体混合，得混合浆料，其中，Ba:Ca:Ti=0.999:0.001:1~0.9:0.1:1；
2-C.将步骤（1）中所制BaTi0.9Zr0.1O3粉体倒入步骤（2）所制的混合浆料中，控制反应温度为95-100℃，在搅拌下反应2~4小时，洗涤、烘干后即得到具有“芯-壳”结构的纳米瓷粉xBaTi0.9Zr0.1O3-y(Ba,Ca)TiO3，其中x:y=3:7~6:4。
将第（2）步所制陶瓷粉体在600-1000℃进行预烧，保温时间为1小时；然后与8%PVA水溶液混合均匀，压片成形；排除黏合剂后进行烧结，在1100-1250℃保温0.5-1小时；将烧结后的材料进行上电极和烧电极后进行测试。 
本发明的高介电常数电容器粉体材料的制备方法中，优选按以下方案：Ba:Ca:Ti=0.999:0.001:1，x:y=4:6。 
 本发明的制备方法，选择适宜的原料、配比及制备工艺，各种元素按照化学计量比进行配料，所制电容器粉体材料在工作温度范围内的介电常数得到显著提高。本发明通过控制元素的添加量，不仅介电常数可高达183670至232000（测试频率为1kHz），而且通过“芯壳”结构的设计以及材料居里点的控制，使得所制材料的温度特性符合EIA Y5V型电容器的要求。 
附图说明
图1本发明制备方法的工艺流程图； 
图2为实施例4所制电容器陶瓷材料的SEM照片（粒径均匀，尺寸约2μm）；
图3为实施例1、4、5所制样品的XRD谱图，属于钙钛矿四方相结构，未见杂峰，说明制备所得的材料具备钛酸钡的结构，是钛酸钡基固溶体，而且没有其他杂相产生。
具体实施方式
下面通过实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。 
以下实施例中所用原料均为市售原料。 
实施例1： 
（1）采用回流法制备粉体颗粒内层材料BaTi0.9Zr0.1O3
1-A. 将分析纯TiCl4缓慢滴入ZrOCl2的盐酸溶液中，然后向该溶液中缓慢滴加体积浓度为8-15%的氨水，调pH值为7±0.5，使Ti0.9Zr0.1O2+沉淀，然后真空抽滤，可以得到Ti0.9Zr0.1O2滤饼，加入蒸馏水中打成浆体。
1-B. 将Ba(OH)2·8H2O溶解在煮沸的蒸馏水中，待完全溶解后，与Ti0.9Zr0.1O2浆体混合，控制反应温度为95-100℃，在搅拌下反应2-4小时，洗涤、烘干后得到粒径为50-90nm的粉体BaTi0.9Zr0.1O3。 
（2）回流法制备“芯-壳”结构粉体 
2-A. 将分析纯TiCl4缓慢水解，然后向该溶液中缓慢滴加8-15%的氨水，调pH值为7±0.5，使TiO2+沉淀，然后真空抽滤，可以得到TiO2滤饼。
2-B. Ba(OH)2·8H2O、CaCl2及TiO2按如下摩尔配比关系称量原料：Ba:Ca:Ti=0.999:0.001:1；将Ba(OH)2·8H2O和CaCl2溶解于煮沸的蒸馏水中制成溶液，与2-A 步所制TiO2浆体混合，得混合浆料。 
2-C.将步骤（1）中所制BaTi0.9Zr0.1O3粉体倒入步骤2-B所制的混合浆料中，BaTi0.9Zr0.1O3与(Ba,Ca)TiO3摩尔比为3∶7，控制反应温度为95-100℃，在搅拌下反应2~4小时，洗涤、烘干后即得到具有“芯-壳”结构的纳米瓷粉3BaTi0.9Zr0.1O3—7Ba0.999Ca0.001TiO3。 
（3）将第（2）步所制陶瓷粉体在800℃进行预烧，保温时间为1小时；然后与8%PVA水溶液混合均匀，压片成形；排除黏合剂后进行烧结，在1150℃保温1小时；将烧结后的材料进行上电极和烧电极后进行测试，工艺参数见表1，其性能见表2。 
实施例2： 
基本工艺同实例1，改变BaTi0.9Zr0.1O3和Ba0.999Ca0.001TiO3的摩尔比为4:6，制得4BaTi0.9Zr0.1O3-6Ba0.999Ca0.001TiO3纳米粉体，再经烧结（同实施例1工艺）并将烧结后的材料进行上电极和烧电极后进行测试，工艺参数见表1，其性能见表2。
实施例3： 
基本工艺同实例1，改变BaTi0.9Zr0.1O3和Ba0.999Ca0.001TiO3的摩尔比为4:6，制得4BaTi0.9Zr0.1O3-6Ba0.999Ca0.001TiO3纳米粉体，经预烧结（工艺同实施例1），再经1150℃，保温0.5小时进行烧结，并将烧结后的材料进行上电极和烧电极后进行测试，工艺参数见表1，其性能见表2。
实施例4： 
基本工艺同实例1，改变BaTi0.9Zr0.1O3和Ba0.999Ca0.001TiO3的摩尔比为4:6，以分步回流法制备出4BaTi0.9Zr0.1O3-6Ba0.999Ca0.001TiO3纳米粉体；将陶瓷粉体在1200℃烧结，其余同实例1，工艺参数见表1，其性能见表2。
实施例5： 
基本工艺同实例1，即BaTi0.9Zr0.1O3和Ba0.995Ca0.005TiO3的摩尔比为4:6，以分步回流法制备出4BaTi0.9Zr0.1O3-6Ba0.995Ca0.005TiO3纳米粉体；将陶瓷粉体在1230℃烧结，其余同实施例1，工艺参数见表1，其性能见表2。
实施例6： 
基本工艺同实例1，即BaTi0.9Zr0.1O3和Ba0.99Ca0.01TiO3的物质的量的比为6:4，以分步回流法制备出6BaTi0.9Zr0.1O3-4Ba0.99Ca0.01TiO3纳米粉体；将陶瓷粉体在1230℃烧结，其余同实施例1，工艺参数见表1，其性能见表2。
表1 
表2 （测试频率为1kHz）
由表1和表2可以看出，本发明所制备的电容器瓷粉既具有更高的介电常数，较低的介电损耗和良好的温度特性，又符合EIA Y5V型电容器材料的要求。

Claims (2)

1.一种高介电常数电容器粉体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备粉体颗粒内层材料BaTi0.9Zr0.1O3
1-A. 将分析纯TiCl4缓慢滴入ZrOCl2的盐酸溶液中，然后向该溶液中缓慢滴加体积浓度为8~15%的氨水，调pH值为7±0.5，使Ti0.9Zr0.1O2+沉淀，真空抽滤得Ti0.9Zr0.1O2滤饼，滤饼加入蒸馏水中制成浆体；
1-B. 将Ba(OH)2·8H2O溶解于煮沸的蒸馏水中制成溶液，再与Ti0.9Zr0.1O2浆体混合，控制反应温度为95-100℃，在搅拌下反应2~4小时，洗涤、烘干后得到粒径为50~90nm 的BaTi0.9Zr0.1O3粉体；
（2）制备“芯-壳”结构粉体
2-A. 将分析纯TiCl4缓慢水解，然后向该溶液中缓慢滴加体积浓度为8~15%的氨水，调pH值为7±0.5，使TiO2+沉淀，真空抽滤得TiO2滤饼，滤饼加入蒸馏水中制成浆体；
2-B.将Ba(OH)2·8H2O和CaCl2溶解于煮沸的蒸馏水中制成溶液，与2-A步所制TiO2浆体混合，得混合浆料，其中，Ba:Ca:Ti=0.999:0.001:1~0.9:0.1:1；
2-C.将步骤（1）中所制BaTi0.9Zr0.1O3粉体倒入步骤（2）所制的混合浆料中，控制反应温度为95-100℃，在搅拌下反应2~4小时，洗涤、烘干后即得到具有“芯-壳”结构的纳米瓷粉xBaTi0.9Zr0.1O3-y(Ba,Ca)TiO3，其中x:y=3:7~6:4。
2.根据权利要求1所述的高介电常数电容器粉体材料的制备方法，其特征在于：Ba:Ca:Ti=0.999:0.001:1，x:y=4:6。
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