CN104177083A - 用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定x8r型mlcc介质材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，该介质材料包括主料、副料、改性剂和烧结助剂，本发明的温度稳定X8R型MLCC介质材料制备工艺简单、可实现中温烧结，其室温相对介电常数为1700-1950，室温损耗≤1.5％，室温绝缘电阻率≥5×10¹²Ω·cm，击穿电压≥5kv/mm，温度特性满足X8R要求，施加直流偏压2kv/mm时，其容值变化范围为：-25％≤ΔC/C₀≤+15％，具有良好的产业化前景。

Description

用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料

技术领域

本发明涉及电子信息材料与元器件技术领域，尤其涉及一种用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料。

背景技术

随着电子信息终端设备在高温环境下的应用，能适应于高温条件下稳定工作的MLCC成为迫切需要。尤其是在航空航天、汽车工业、勘探和军用移动通讯领域的应用，对高温的环境下MLCC的热稳定性和直流偏压提出了要求，以保障信号失真度小。常用X7R陶瓷材料已不能满足高温环境的使用要求，而一般的X8R陶瓷材料满足了高温使用环境的要求，但其在直流电压下介电常数明显下降。开发具有偏压特性的温度稳定X8R型多层瓷介电容器陶瓷材料成为当前的迫切需要，这也是本专利解决的问题。

根据国际电子工业协会EIA标准，X8R型电容器陶瓷材料，以25℃的电容值为基准，在-55～+150℃的温度范围内，-15％≤ΔC/C₀≤+15％，介质损耗≤2.5％。根据GJB192A-98中规定偏压特性，以25℃时的电容量为基准，在-55℃～125℃范围内，施加额定直流偏压时，-25％≤ΔC/C₀≤+15％。

现在已公开的涉及X8R型电容器陶瓷材料的专利数量很多，但均未涉及到其偏压特性，本发明以GJB192A-98中对偏压特性的规定作为参考，将其使用温度范围扩展为-55℃～150℃，即在该温度范围内，施加2kv/mm的直流电场时，其容值变化率为：-25％≤ΔC/C₀≤+15％。

发明内容

本发明一种用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，该材料使得陶瓷能够在中温下烧结，并保持良好介电性能、较低的损耗、较高的绝缘电阻率和击穿电压以及良好的温度稳定性和偏压特性。

本发明的用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料由主料、副料、改性剂和烧结助剂组成，其中：

所述主料为BaTiO₃；

所述副料为Na_0.5Bi_0.5TiO₃、CaTiO₃和MgTiO₃中一种或两种；

所述改性剂为Nb₂O₅、MnCO₃、CeO₂、SrCO₃、Co₂O₃、Sm₂O₃和Y₂O₃中的四种或四种以上；

所述烧结助剂为ZnO、CaO、H₃BO₃和SiO₂中的三种或四种。

进一步的，所述该温度稳定X8R型MLCC介质材料的制备步骤包括：称量、球磨、烘干和过筛，之后密封储存备用；

其中，按所需的质量比例称取主料、副料、改性剂和烧结助剂于球磨罐中，以去离子水为介质进行混合球磨，为时5～8小时；烘干温度为110～120℃；过筛目数为100。

进一步的，所述BaTiO₃的纯度≥99.8wt％，粒度D50为0.6～0.8μm。

进一步的，所述Na_0.5Bi_0.5TiO₃的制备方法是：

步骤1，将Bi₂O₃、Na₂CO₃和TiO₂按1.01：1.01：4的摩尔比转化为质量比称取，获取第一原材料；

步骤2，用无水乙醇作为介质对所述第一原材料进行混合球磨，球磨时间为8～12小时，获得第一球磨混合材料；

步骤3，对所述第一球磨混合材料在温度为80～90℃的条件下进行6～8小时的烘干处理，获得第一烘干材料；

步骤4，对所述第一烘干材料进行筛孔目数为100的过筛处理，然后在温度为800-850℃、保温时间为2～3小时的条件下进行煅烧，得到所述Na_0.5Bi_0.5TiO₃。

进一步的，所述CaTiO₃的制备方法是：

步骤1，将CaCO₃和TiO₂按1:1的摩尔比转化为质量比称取，获取第二原材料；

步骤2，以去离子水为介质对所述第二原材料进行混合球磨，球磨时间为8～10小时，获得第二球磨混合材料；

步骤3，对所述第二球磨混合材料在温度为100～120℃的条件下烘干，获得第二烘干材料；

步骤4，对所述第二烘干材料进行筛孔目数为80的过筛处理，然后在温度为1000～1080℃、保温时间为3～5小时的条件下进行煅烧，得到所述CaTiO₃。

进一步的，所述MgTiO₃的制备方法是：

步骤1，将Mg(OH)₂和TiO2按1:1的摩尔比转化为质量比称取，获取第三原材料；

步骤2，以去离子水为介质对所述第三原材料进行混合球磨，球磨时间为8～10小时，的第三球磨混合材料；

步骤3，对所述第三球磨混合材料在温度为100～120℃的条件下进行烘干处理，获得第三烘干材料；

步骤4，所述第三烘干材料进行筛孔目数为80的过筛处理，然后在温度为1050～1150℃、保温时间为3～5小时的条件下进行煅烧，得到所述MgTiO₃。

进一步的，所述烧结助剂需要依次进行以下处理：

1)球磨处理：球磨介质选用去离子水，球磨时间为6～8小时；

2)烘干处理：温度为60～80℃，时间为12～16小时；

3)过筛处理：过筛目数为80目；

4)煅烧处理：温度为540～600℃，时间为5～6小时；

5)研磨后再次过筛：过筛目数为100目；

6)密封储存。

进一步的，由所述温度稳定X8R型MLCC介质材料烧制成陶瓷介质材料的样品，需进行以下处理：

步骤1，将所述温度稳定X8R型MLCC介质材料进行造粒、压片，制成陶瓷片；

步骤2，将所述陶瓷片放入电阻炉中，以2～3℃/min由室温升高到560℃，保温2～3小时；

步骤3，以4～6℃/min将560℃升至1130-1180℃，并保温2～3小时；然后随炉冷却至室温，烧制成陶瓷介质材料的样品。

本发明的有益效果在于：

本发明的用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料具备粒度分布均匀、分散性好、成型性工艺好、满足X8R要求，且具有优异的偏压特性，该介质材料不含Pb、Cd、Hg、Cr等有毒元素，符合环保要求。目前，国内尚无对于具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料的报道，本发明所提供的具有偏压特性的温度稳定X8R型多层瓷介电容器材料具有良好的发展和产业化前景。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实例对本发明作进一步详细说明。但所举实例不作为对本发明的限定。

本发明所选原料如无特殊说明，均可通过商业渠道采购。

实施例1

一种用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，由主料、辅料、改性剂和烧结助剂构成。其中，主料BaTiO₃粒度D₅₀＝0.65μm，纯度≥99.8％。

按照摩尔比1.01：1.01：4的比例称取Bi₂O₃、Na₂CO₃和TiO₂，以无水乙醇为介质混合球磨10小时，在80℃下烘干6小时，研磨并过120目筛，放入坩埚在850℃下预烧2.5小时，得到钛酸铋钠粉体，并用自封袋进行封装储存备用。

按照摩尔比1:1的比例将CaCO₃和TiO₂称取，以去离子水为介质，球磨8小时，在120℃烘干，过80目筛，在1060℃煅烧3小时，得到所述CaTiO₃，并用自封袋进行封装储存备用。

按照质量比1:2.5:0.8的比例称取H₃BO₃、ZnO和SiO₂；选用去离子水作为球磨介质，球磨时间为6小时；烘干温度为80℃，时间为12小时，之后过80目筛；预烧温度为570℃，时间为5小时，之后随炉冷却；经过研磨后，过100目筛，获得所述烧结助剂GF-1，并用自封袋进行封装储存备用。

按照表1的重量比进行主料、辅料、改性剂和烧结助剂的称取，以去离子水为介质，球磨混合8小时，在120℃下烘干8小时，取出陶瓷粉体，并用自封袋进行封装储存。

对所制备陶瓷材料进行性能考核：称取3g陶瓷粉体，加入5wt％的PVA水溶液进行造粒，在200MPa下压制成Ф＝10mm的圆片，在空气中进行烧结，其烧结曲线为：由室温以2.5℃/min升至600℃，并保温3小时；再以5℃/min升至目标温度，保温2.5小时，随炉自然冷却降至室温。将烧制完的陶瓷圆片的两表面涂覆银浆、烧制银电极，制成圆片电容器后测试容值、损耗、绝缘电阻和击穿电压，并计算得出相对介电常数、绝缘电阻率和击穿场强；并测试其温度特性和偏压特性(施加直流偏压2kv/mm)特性，其电学性能参数见表2。

表1

表2

实施例2

一种用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，由主料、辅料、改性剂和烧结助剂构成。其中，主料BaTiO₃粒度D₅₀＝0.75μm，纯度≥99.8％。

按照摩尔比1.01：1.01：4的比例称取Bi₂O₃、Na₂CO₃和TiO₂，以无水乙醇为介质混合球磨10小时，在80℃下烘干6小时，研磨并过120目筛，放入坩埚在850℃下预烧2.5小时，得到钛酸铋钠粉体。

按照摩尔比1:1的比例将Mg(OH)₂和TiO₂称取，以去离子水为介质，球磨8小时，在120℃烘干，过80目筛，在1080℃煅烧3小时，得到所述MgTiO₃。

按照重量比1:0.8:2.2:0.6的比例称取H₃BO₃、CaCO₃、ZnO和SiO₂；选用去离子水作为球磨介质，球磨时间为6小时；烘干温度为60～80℃，时间为12小时，之后过80目筛；预烧温度为590℃，时间为5小时，之后随炉冷却；经过研磨后，过100目筛，获得烧结助剂GF-2，并用自封袋进行封装储存。

按照表3的重量比进行主料、辅料、改性剂和烧结助剂的称取，以去离子水为介质球磨混合8小时，出料后，在120℃下烘干8小时，取出陶瓷粉体，并用自封袋进行封装。

对所制备陶瓷材料进行性能考核：称取3g陶瓷粉体，加入5wt％的PVA水溶液进行造粒，在200MPa下压制成Ф＝10mm的圆片，在空气中进行烧结，其烧结曲线为：由室温以2.5℃/min升至600℃，并保温3小时；再以5℃/min升至目标温度，保温2.5小时，随炉自然冷却降至室温。将烧制完的陶瓷圆片的两表面涂覆银浆、烧制银电极，制成圆片电容器后测试容值、损耗、绝缘电阻和击穿电压，计算得出相对介电常数、绝缘电阻率和击穿场强；并测试其温度特性和偏压特性(施加直流偏压2kv/mm)特性，其电学性能参数见表4。

表3

表4.

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，其特征在于：该温度稳定X8R型MLCC介质材料由主料、副料、改性剂和烧结助剂组成，其中：

所述主料为BaTiO₃；

所述副料为Na_0.5Bi_0.5TiO₃、CaTiO₃和MgTiO₃中一种或两种；

所述改性剂为Nb₂O₅、MnCO₃、CeO₂、SrCO₃、Co₂O₃、Sm₂O₃和Y₂O₃中的四种或四种以上；

所述烧结助剂为ZnO、CaO、H₃BO₃和SiO₂中的三种或四种。

2.如权利要求1所述的用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，其特征在于，所述该温度稳定X8R型MLCC介质材料的制备步骤包括：称量、球磨、烘干和过筛，之后密封储存备用；

其中，按所需的质量比例称取主料、副料、改性剂和烧结助剂于球磨罐中，以去离子水为介质对所述主料、副料、改性剂和烧结助剂进行混合球磨，为时5～8小时；烘干温度为110～120℃；过筛目数为100。

3.如权利要求1所述的用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，其特征在于：

所述BaTiO₃的纯度≥99.8wt％，粒度D50为0.6～0.8μm。

4.如权利要求1所述的用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，其特征在于，所述Na_0.5Bi_0.5TiO₃的制备方法是：

步骤1，将Bi₂O₃、Na₂CO₃和TiO₂按1.01：1.01：4的摩尔比转化为质量比称取，获取第一原材料；

步骤2，用无水乙醇作为介质对所述第一原材料进行混合球磨，球磨时间为8～12小时，获得第一球磨混合材料；

步骤3，对所述第一球磨混合材料在温度为80～90℃的条件下进行6～8小时的烘干处理，获得第一烘干材料；

步骤4，对所述第一烘干材料进行筛孔目数为100的过筛处理，然后在温度为800-850℃、保温时间为2～3小时的条件下进行煅烧，得到所述Na_0.5Bi_0.5TiO₃。

5.如权利要求1所述的用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，其特征在于，所述CaTiO₃的制备方法是：

步骤1，将CaCO₃和TiO₂按1:1的摩尔比转化为质量比称取，获取第二原材料；

步骤2，以去离子水为介质对所述第二原材料进行混合球磨，球磨时间为8～10小时，获得第二球磨混合材料；

步骤3，对所述第二球磨混合材料在温度为100～120℃的条件下烘干，获得第二烘干材料；

步骤4，对所述第二烘干材料进行筛孔目数为80的过筛处理，然后在温度为1000～1080℃、保温时间为3～5小时的条件下进行煅烧，得到所述CaTiO₃。

6.如权利要求1所述的用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，其特征在于，所述MgTiO₃的制备方法是：

步骤1，将Mg(OH)₂和TiO₂按1:1的摩尔比转化为质量比称取，获取第三原材料；

步骤2，以去离子水为介质对所述第三原材料进行混合球磨，球磨时间为8～10小时，的第三球磨混合材料；

步骤3，对所述第三球磨混合材料在温度为100～120℃的条件下进行烘干处理，获得第三烘干材料；

步骤4，所述第三烘干材料进行筛孔目数为80的过筛处理，然后在温度为1050～1150℃、保温时间为3～5小时的条件下进行煅烧，得到所述MgTiO₃。

7.如权利要求1所述的用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，其特征在于，所述烧结助剂需要依次进行以下处理：

1)球磨处理：球磨介质选用去离子水，球磨时间为6～8小时；

2)烘干处理：温度为60～80℃，时间为12～16小时；

3)过筛处理：过筛目数为80目；

4)煅烧处理：温度为540～600℃，时间为5～6小时；

5)研磨后再次过筛：过筛目数为100目；

6)密封储存。

8.如权利要求1所述的用于中温烧结具有偏压特性的温度稳定X8R型MLCC介质材料，其特征在于，由所述温度稳定X8R型MLCC介质材料烧制成陶瓷介质材料的样品，需进行以下处理：

步骤1，将所述温度稳定X8R型MLCC介质材料进行造粒、压片，制成陶瓷片；

步骤2，将所述陶瓷片放入电阻炉中，以2～3℃/min由室温升高到560℃，保温2～3小时；

步骤3，以4～6℃/min将560℃升至1130-1180℃，并保温2～3小时；然后随炉冷却至室温，烧制成陶瓷介质材料的样品。