CN103601491B - 一种有效提高钛酸钡基介质材料居里温度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有效提高钛酸钡基介质材料居里温度的方法，先按Na2CO3、Bi2O3和TiO2的摩尔量比为1:(0.95～0.65):2进行配料，球磨后烘干，再于950℃煅烧，制得钛酸铋钠粉末，再以15～20wt%加入到钛酸钡中，再经球磨后过筛造粒，压制成生坯，于1200℃～1240℃烧结，制得钛酸钡基介质材料。本发明能有效提高钛酸钡基介质材料的居里温度（最高达到200℃），可使MLCC在高温环境（>150℃）中依然保持稳定的介电性能。
Description
技术领域
本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种能有效提高钛酸钡基介质材料居里温度的方法。
背景技术
钛酸钡(BaTiO3)基介质材料因其具有高介电常数、不含铅、镉等有毒元素等优点而广泛应用于片式多层陶瓷电容器(Multilayer Ceramic Capacitor，简称MLCC)的制备中。MLCC作为基础电子元器件，除在智能手机、平板电脑、广播电视、移动通信、家用计算机、家用电器、测量仪器、医疗设备等民用产品及消费电子中普遍使用外，在航空航天、坦克电子、军用移动通讯、武器弹头控制和军事信号监控等军用电子设备以及石油勘探等行业都具有相当广泛的应用。为了满足这些应用要求，MLCC用介质材料的温度稳定性一直是研究的热点，目前使用最多的是EIA X7R(-55℃～125℃，ΔC/C20℃≤±15％)介质材料。随着MLCC的飞速发展，对MLCC用介质材料的研究提出了更高的要求，即在更高温度环境中依然保持稳定的介电性能，如在夏天，汽车发动机舱内的温度会达到130℃以上，此时，X7R型介质材料就很难满足实际需要。因此，需要研制具有更高温度上限的MLCC用介质材料，如X8R(-55℃～150℃，△C/C20℃≤±15％)、X9R(-55℃～200℃，△C/C20℃≤±15％)等。纯BaTiO3的居里温度恰好接近125℃，在居里温度附近，介电常数会发生剧烈变化，不利于介质材料温度稳定性的实现。因此，对于BaTiO3基X7R介质材料，只需要通过离子掺杂等方式压制居里峰即可满足X7R的性能要求。然而，对于X8R、X9R，甚至更高温度上限的介质材料，则在压制居里峰的同时，还要不断提高材料的居里温度，目前常见的方法是加入高居里点的物质，如钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)。Na0.5Bi0.5TiO3的居里温度很高(～320℃)，但室温介电常数较低(～300)，为了在提高居里温度的同时，不对材料室温介电常数产生过大的影响，Na0.5Bi0.5TiO3的添加量不宜过多(不大于BaTiO3质量的20％)，而现有研究工作普遍仅能将居里温度提高到170℃以下。
发明内容
本发明的目的，在于改变钛酸铋钠的制备工艺，调节NBT中的Na/Bi比例，采取一种非化学计量比的合成方法，在BaTiO3中实现少量(15～20wt％)添加钛酸铋钠，提供一种能有效提高钛酸钡基介质材料居里温度的方法，将BaTiO3基介质材料的居里温度提高到200℃，以使MLCC在更高温度环境中依然保持稳定的介电性能。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种有效提高钛酸钡基介质材料居里温度的方法，具有如下步骤：
(1)按Na2CO3、Bi2O3和TiO2的摩尔量比为1:(0.95～0.65):2进行配料，混合球磨4小时后烘干；
(2)将步骤(1)烘干后的粉料过筛后放入坩埚，于950℃煅烧4小时，制得钛酸铋钠；
(3)在BaTiO3中加入15～20wt％的步骤(2)煅烧后的钛酸铋钠粉末，混合球磨4小时后烘干，再加入5～8wt％的粘结剂过筛造粒；
(4)将步骤(3)造粒后的粉料压制成生坯，于1200℃～1240℃烧结，制得钛酸钡基介质材料。
所述步骤(3)的粘结剂为石蜡。
所述步骤(4)的烧结温度为1225℃。
本发明的有益效果：是在在BaTiO3中，添加较少(<20wt％)钛酸铋钠的前提下，能有效提高BaTiO3基介质材料的居里温度(最高达到200℃)，可使MLCC在高温环境(>150℃)中依然保持稳定的介电性能。
附图说明
图1为实施例1～7的介电常数随温度变化曲线图。
具体实施方式
本发明所用原料均为市售的分析纯试剂，下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述：
实施例1
将2.5013g Na2CO3、7.5393g TiO2和10.4468g Bi2O3混合球磨4小时后烘干、过筛，于950℃煅烧得到钛酸铋钠；将15g BaTiO3和2.4048g钛酸铋钠与去离子水混合后球磨4小时，烘干后加入质量百分比为7％的石蜡过筛造粒；将造粒后的粉料压制成圆片生坯，经3.5小时升温至550℃排蜡，1.5h升至1225℃烧结，保温1小时，制得钛酸钡基介质材料。
将所得钛酸钡基介质材料的上下表面均匀涂覆银浆，经850℃烧渗制备电极，制得多层陶瓷电容器。实施例1的居里温度及室温介电常数详见表1.
实施例2
将2.5013g Na2CO3、7.5393g TiO2和9.8970g Bi2O3混合球磨4小时后烘干、过筛，于950℃煅烧得到钛酸铋钠；将15g BaTiO3和2.4048g钛酸铋钠与去离子水混合后球磨4小时，烘干后加入质量百分比为7％的石蜡过筛造粒；将造粒后的粉料压制成圆片生坯，经3.5小时升温至550℃排蜡，1.5h升至1225℃烧结，保温1小时，制得钛酸钡基介质材料。
将所得钛酸钡基介质材料的上下表面均匀涂覆银浆，经850℃烧渗制备电极，制得多层陶瓷电容器。实施例2的居里温度及室温介电常数详见表1.
实施例3
将2.5013g Na2CO3、7.5393g TiO2和9.3472g Bi2O3混合球磨4小时后烘干、过筛，于950℃煅烧得到钛酸铋钠；将15g BaTiO3和2.4048g钛酸铋钠与去离子水混合后球磨4小时，烘干后加入质量百分比为7％的石蜡过筛造粒；将造粒后的粉料压制成圆片生坯，经3.5小时升温至550℃排蜡，1.5h升至1225℃烧结，保温1小时，制得钛酸钡基介质材料。
将所得钛酸钡基介质材料的上下表面均匀涂覆银浆，经850℃烧渗制备电极，制得多层陶瓷电容器。实施例3的居里温度及室温介电常数详见表1.
实施例4
将2.5013g Na2CO3、7.5393g TiO2和8.7973g Bi2O3混合球磨4小时后烘干、过筛，于950℃煅烧得到钛酸铋钠；将15g BaTiO3和2.4048g钛酸铋钠与去离子水混合后球磨4小时，烘干后加入质量百分比为7％的石蜡过筛造粒；将造粒后的粉料压制成圆片生坯，经3.5小时升温至550℃排蜡，1.5h升至1225℃烧结，保温1小时，制得钛酸钡基介质材料。
将所得钛酸钡基介质材料的上下表面均匀涂覆银浆，经850℃烧渗制备电极，制得多层陶瓷电容器。实施例4的居里温度及室温介电常数详见表1.
实施例5
将2.5013g Na2CO3、7.5393g TiO2和8.2475g Bi2O3混合球磨4小时后烘干、过筛，于950℃煅烧得到钛酸铋钠；将15g BaTiO3和2.4048g钛酸铋钠与去离子水混合后球磨4小时，烘干后加入质量百分比为7％的石蜡过筛造粒；将造粒后的粉料压制成圆片生坯，经3.5小时升温至550℃排蜡，1.5h升至1225℃烧结，保温1小时，制得钛酸钡基介质材料。
将所得钛酸钡基介质材料的上下表面均匀涂覆银浆，经850℃烧渗制备电极，制得多层陶瓷电容器。实施例5的居里温度及室温介电常数详见表1.
实施例6
将2.5013g Na2CO3、7.5393g TiO2和7.6977g Bi2O3混合球磨4小时后烘干、过筛，于950℃煅烧得到钛酸铋钠；将15g BaTiO3和2.4048g钛酸铋钠与去离子水混合后球磨4小时，烘干后加入质量百分比为7％的石蜡过筛造粒；将造粒后的粉料压制成圆片生坯，经3.5小时升温至550℃排蜡，1.5h升至1225℃烧结，保温1小时，制得钛酸钡基介质材料。
将所得钛酸钡基介质材料的上下表面均匀涂覆银浆，经850℃烧渗制备电极，制得多层陶瓷电容器。实施例6的居里温度及室温介电常数详见表1.
实施例7
将2.5013g Na2CO3、7.5393g TiO2和7.1478g Bi2O3混合球磨4小时后烘干、过筛，于950℃煅烧得到钛酸铋钠；将15g BaTiO3和2.4048g钛酸铋钠与去离子水混合后球磨4小时，烘干后加入质量百分比为7％的石蜡过筛造粒；将造粒后的粉料压制成圆片生坯，经3.5小时升温至550℃排蜡，1.5h升至1225℃烧结，保温1小时，制得钛酸钡基介质材料。
将所得钛酸钡基介质材料的上下表面均匀涂覆银浆，经850℃烧渗制备电极，制得多层陶瓷电容器。实施例3的居里温度及室温介电常数详见表1.
本发明的测试方法和检测设备如下：
(1)介电性能测试(交流测试信号：频率为1kHz，电压为1V)
使用HEWLETT PACKARD 4278A型电容量测试仪测试样品的电容量C和损耗tanδ，并计算出样品的介电常数，计算公式为：
(2)TC特性测试
利用GZ-ESPEK高低温箱、HM27002型电容器C-T/V特性专用测试仪和HEWLETTPACKARD 4278A进行测试。测量样品在温区-55℃～150℃内的电容量，再计算出不同温度下的介电常数。
表1
图1是本发明实施例1～7的介电常数随温度变化曲线图，由图中可以看出，本发明实施例1～7可以有效提高居里温度到180～200℃，且可依然保持相对稳定的介电性能。
本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。
Claims (3)
1.一种有效提高钛酸钡基介质材料居里温度的方法，具有如下步骤：
(1)按Na2CO3、Bi2O3和TiO2的摩尔量比为1:(0.95～0.65):2进行配料，混合球磨4小时后烘干；
(2)将步骤(1)烘干后的粉料过筛后放入坩埚，于950℃煅烧4小时，制得钛酸铋钠；
(3)在BaTiO3中加入15～20wt％的步骤(2)煅烧后的钛酸铋钠粉末，混合球磨4小时后烘干，再加入5～8wt％的粘结剂过筛造粒；
(4)将步骤(3)造粒后的粉料压制成生坯，于1200℃～1240℃烧结，制得钛酸钡基介质材料。
2.根据权利要求1所述的一种有效提高钛酸钡基介质材料居里温度的方法，其特征在于，所述步骤(3)的粘结剂为石蜡。
3.根据权利要求1所述的一种有效提高钛酸钡基介质材料居里温度的方法，其特征在于，所述步骤(4)的烧结温度为1225℃。
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Granted publication date: 20151007 Termination date: 20201114 |
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