CN104609852A - 一种线性高压低损耗电容器陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种线性高压低损耗电容器陶瓷材料，由以下重量份的原料组分制备而成：100份的BaTiO3、5～18份的ZnNb2O6、1.5～6份的Re2O3、0.05～0.25份的MnCO3及0.5～3份的BaB2O4，其中Re2O3为稀土氧化物的一种或几种的组合。通过球磨、干燥、破碎、造粒，并将造粒后的粉料压制成圆片生坯，然后中温烧结1～4h制得。本发明的电容器陶瓷材料无铅、具有线性容温变化率、高耐压强度、低介质损耗，电容器性能符合美国EIA标准，满足X7P性能，可用于制造交流电容器、温度补偿电容器、脉冲功率电容器等性能优良的独石电容器，环保且具有重大的实用价值、科技价值及市场价值。
Description
技术领域
本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，特别涉及一种线性高压低损耗电容器陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着彩电、网络系统、移动通信、全球卫星定位系统、航空航天、航海、军事雷达等现代技术的飞速发展和日益普及，对高性能介电陶瓷元器件有着极大的需求，同时，也对介质陶瓷类元器件在高击穿强度、高温度稳定性、高容量、高可靠性、微型化、片式化等特性方面提出了更高的要求。具有线性容温变化率的耐高压低损耗电容器陶瓷材料可用于I类和II类MLCC应用，尤其很潜在应用于交流电容器、温度补偿电容器、脉冲功率电容器等重点、难点开发的电容器。这类电容器是上述现代技术系统中不可缺少的电子元件，应用在谐振、耦合、跨接及旁路电路中，是陶瓷电容器中技术难度最大、性能要求最严的电容器。因此开发具有线性容温变化率的高压低损耗电容器陶瓷材料，其科技效益和社会经济效益具有广大前景。
目前，用于生产介电陶瓷电容器的材料都含有一定量的铅，这不仅在电容器制备、使用、报废过程中对人体健康和环境有极大危害，而且对电容器的性能稳定性有一定的不良影响。如公开号为CN 101226827 B的发明专利公开的超高介电常数多层陶瓷电容器介质及其制备方法，其陶瓷电容器介质各组分的重量百分比含量为：按BaTiO3重量百分比含量为100％计，外加3％～4％Nb2O5、0.3％～0.5％MgCO3、0.1％～0.2％的MnCO3、18％～22％Ag2O、10％～13％的玻璃粉、0.2％～0.7％稀土氧化物Y2O3、Gd2O3、Ho2O3中的其中一种。所制得的电容器陶瓷，介电常数可达上万，介质损耗1.1％～1.5％，但该专利的玻璃粉含有20％～30％Pb3O4,且耐压强度低，介电损耗高。
有些陶瓷电容器介质虽然不含铅，在制备、使用、报废过程中危害较小，但是其要么烧结温度过高，要么耐压强度不够，或者不能得到综合性能相对优良的陶瓷电容器。如公开号为CN 102910901 B的发明专利公开的一种具有线性容温变化率的温度补偿型电容器及其制备方法，其陶瓷电容器介质各组分的重量百分比含量为：以100重量份BaTiO3为基材，添加如下成分：1.45～12.5wt％的NiNb2O6、5～20wt％的ZrO2、0～0.2wt％的MnCO3、0.025～0.2mol％的稀土氧化物、3～10wt％Zn-B-Ba-Si玻璃。该专利所得的陶瓷电容器要么容温变化率过大，要么介电常数过小，不具备相对综合性能优良的特性。
又如公开号为CN 102627456 B的发明专利公开的一种低损耗高压陶瓷电容器介质，其陶瓷电容器介质各组分的重量百分比含量为：BaTiO354～91％、MgTiO31～4％、BaZrO34～20％、SrZrO33～12％、CeO20.03～1.0％、ZnO 0.1～1.5％、CaTiSiO50.5～7.5％。该专利烧结温度为1330℃～1350℃，烧结温度过高，制成MLCC时不能与内电极Pd30/Ag70匹配，制作成本高；该专利制成陶瓷电容器的介电常数可达2500～3700，但其所提及的容温变化率范围仅在-30℃～+85℃，不能满足要求更高工作温度电子设备，不具备实际应用意义。
综上，制备一种中温烧结、不含有害组分、有综合优良性能且具有线性容温变化率的高耐压强度低损耗电容器陶瓷材料具有重要的实际应用价值、科技价值、环保价值，发展前景十分广阔。
发明内容
本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种环保、具有线性容温变化率、高耐压强度、低介质损耗，且具有重大的实用价值、科技价值及市场价值的线性高压低损耗电容器陶瓷材料及其制备方法。
本发明采用如下技术方案：
一种线性高压低损耗电容器陶瓷材料，由以下重量份的原料组分制备而成：100份的BaTiO3、5～18份的ZnNb2O6、1.5～6份的Re2O3、0.05～0.25份的MnCO3及0.5～3份的BaB2O4，其中Re2O3为稀土氧化物的一种或几种的组合。
一种线性高压低损耗电容器陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
①以ZnO、Nb2O5为原料，进行配料、球磨、干燥、破碎、过40目标准筛网，然后在850～1050℃条件下煅烧2～6h合成ZnNb2O6；
②以H3BO3、Ba(OH)2·8H2O为原料，进行配料、球磨、干燥、破碎、过40目标准筛网，然后在500～700℃条件下煅烧2～6h合成BaB2O4；
③以100重量份的BaTiO3为主基料，添加5～18重量份的步骤①合成的ZnNb2O6、1.5～6重量份的Re2O3、0.05～0.25重量份的MnCO3及0.5～3重量份的步骤②合成的BaB2O4进行配料，其中Re2O3为稀土氧化物的一种或几种的组合，然后以水为分散介质，球磨、干燥、破碎并造粒；
④将造粒后的粉料压制成圆片生坯，然后在空气气氛中升温至1100～1200℃，并保温烧结1～4h，即制得具有线性容温变化率的高压低损耗电容器陶瓷材料。
优选地，所述步骤③中球磨工艺采用2～5mm的氧化锆球作磨介，研磨2～10h，然后烘干、过80目标准筛网，再加入3～8重量份的石蜡做粘结剂共同烘焙造粒，并再次过80目标准筛网。
优选地，所述步骤④中造粒后的粉料在5～10Mpa条件下压制成圆片生坯。
一种基于线性高压低损耗电容器陶瓷材料制备陶瓷电容器的方法，在制得的具有线性容温变化率的高压低损耗电容器陶瓷材料两侧烧制银电极，制成圆片电容器，并检测各项电性能。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
第一，本发明的电容器陶瓷材料是中温烧结的钛酸钡基电容器陶瓷，制成MLCC的烧结温度能与内电极Ag30/Pd70匹配，从而大大降低电容器的制造成本，且不含Pb等有害组分，对环境无污染；
第二，本发明的电容器陶瓷材料具有线性的容温变化率，且容温变化率小，符合X7P要求；
第三，本发明的电容器陶瓷材料具有高耐压强度，直流耐电压达12kv/mm以上,介质损耗小于10*10-4，使用过程稳定性好，安全性高；
第四，本发明的电容器陶瓷材料采用传统固相法工艺即可制备，工艺要求不高；
总之，本发明所制得的陶瓷电容器无铅、具有线性容温变化率、高耐压强度、低介质损耗，电容器性能符合美国EIA标准，满足X7P性能，可用于制造交流电容器、温度补偿电容器、脉冲功率电容器等性能优良的独石电容器，环保且具有重大的实用价值、科技价值及市场价值。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
本发明的一种线性高压低损耗电容器陶瓷材料，由以下重量份的原料组分制备而成：
100份的BaTiO3、5～18份的ZnNb2O6、1.5～6份的Re2O3、0.05～0.25份的MnCO3及0.5～3份的BaB2O4；
其中Re2O3为稀土氧化物的一种或几种的组合。
一种线性高压低损耗电容器陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
①分别称取23.44gZnO和76.56g Nb2O5球磨混合、干燥、破碎、过40目标准筛网，然后在900℃条件下煅烧2小时，合成ZnNb2O6化合物；
②分别称取69.31gBa(OH)2·8H2O和30.69g H3BO3球磨混合、干燥、破碎、过40目标准筛网，然后在650℃条件下煅烧2小时，合成BaB2O4化合物；
③以100重量份的BaTiO3为主基料，添加5～18重量份的步骤①合成的ZnNb2O6、1.5～6重量份的Re2O3、0.05～0.25重量份的MnCO3及0.5～3重量份的步骤②合成的BaB2O4进行配料，其中Re2O3为稀土氧化物的一种或几种的组合，然后以水为分散介质，采用2～5mm钇安定氧化锆球作磨介，研磨2～10h，然后烘干、过80目标准筛网，再添加3～8重量份的石蜡做粘结剂共同烘焙造粒，并再次过80目标准筛网；
④将造粒后的粉料在5～10Mpa条件下压制成圆片生坯，在500℃条件下排有机物1h，然后在空气气氛中升温至1100～1200℃，并保温烧结1～4h，即制得具有线性容温变化率的高压低损耗电容器陶瓷材料。
在制得的具有线性容温变化率的高压低损耗电容器陶瓷材料两侧刷银，烧制银电极，制得具有线性容温变化率的高压低损耗陶瓷圆片电容器。并测试及计算圆片电容器的介电常数k、损耗角正切tanδ、容温变化率、耐压强度及绝缘电阻率ρv等各项电性能。
本发明的9个实施例的原料用量配比如下表：
各实施例中的时间、压力、温度等工艺条件及辅料用量可根据实际情况进行调整，如实施例1中的一种线性高压低损耗电容器陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
①分别称取23.44gZnO和76.56g Nb2O5球磨混合、干燥、破碎、过40目标准筛网，然后在900℃条件下煅烧2小时，合成ZnNb2O6化合物；
②分别称取69.31gBa(OH)2·8H2O和30.69g H3BO3球磨混合、干燥、破碎、过40目标准筛网，然后在650℃条件下煅烧2小时，合成BaB2O4化合物；
③以100重量份的BaTiO3为主基料，添加5重量份的步骤①合成的ZnNb2O6、1.5重量份的Re2O3、0.05重量份的MnCO3及0.5重量份的步骤②合成的BaB2O4进行配料，其中Re2O3为稀土氧化物的一种或几种的组合，然后以水为分散介质，采用2mm钇安定氧化锆球作磨介，研磨6h，然后烘干、过80目标准筛网，再添加7重量份的石蜡做粘结剂共同烘焙造粒，并再次过80目标准筛网；
④将造粒后的粉料在8～10Mpa条件下压制成圆片生坯，在500℃条件下排有机物1h，然后在空气气氛中用4h逐渐升温至1140～1160℃，再保温烧结2h，即制得具有线性容温变化率的高压低损耗电容器陶瓷材料。
在制得的具有线性容温变化率的高压低损耗电容器陶瓷材料两侧刷银，在640℃条件下烧结20min，烧制银电极，即制得具有线性容温变化率的高压低损耗陶瓷圆片电容器。并测试及计算圆片电容器的介电常数k、损耗角正切tanδ、容温变化率、耐压强度及绝缘电阻率ρv等各项电性能。
本发明的9个实施例制得的线性高压低损耗电容器陶瓷材料的电介质性能参数如下表：
上述仅为本发明的9个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (5)
1.一种线性高压低损耗电容器陶瓷材料，其特征在于：由以下重量份的原料组分制备而成：100份的BaTiO3、5～18份的ZnNb2O6、1.5～6份的Re2O3、0.05～0.25份的MnCO3及0.5～3份的BaB2O4，其中Re2O3为稀土氧化物的一种或几种的组合。
2.一种如权利要求1所述的线性高压低损耗电容器陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
①以ZnO、Nb2O5为原料，进行配料、球磨、干燥、破碎、过40目标准筛网，然后在850～1050℃条件下煅烧2～6h合成ZnNb2O6；
②以H3BO3、Ba(OH)2·8H2O为原料，进行配料、球磨、干燥、破碎、过40目标准筛网，然后在500～700℃条件下煅烧2～6h合成BaB2O4；
③以100重量份的BaTiO3为主基料，添加5～18重量份的步骤①合成的ZnNb2O6、1.5～6重量份的Re2O3、0.05～0.25重量份的MnCO3及0.5～3重量份的步骤②合成的BaB2O4进行配料，其中Re2O3为稀土氧化物的一种或几种的组合，然后以水为分散介质，球磨、干燥、破碎并造粒；
④将造粒后的粉料压制成圆片生坯，然后在空气气氛中升温至1100～1200℃，并保温烧结1～4h，即制得具有线性容温变化率的高压低损耗电容器陶瓷材料。
3.如权利要求2所述的一种线性高压低损耗电容器陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤③中球磨工艺采用2～5mm的氧化锆球作磨介，研磨2～10h，然后烘干、过80目标准筛网，再加入3～8重量份的石蜡做粘结剂共同烘焙造粒，并再次过80目标准筛网。
4.如权利要求2所述的一种线性高压低损耗电容器陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤④中造粒后的粉料在5～10Mpa条件下压制成圆片生坯。
5.一种基于权利要求1至4任一所述的线性高压低损耗电容器陶瓷材料制备陶瓷电容器的方法，其特征在于：在制得的具有线性容温变化率的高压低损耗电容器陶瓷材料两侧烧制银电极，制成圆片电容器，并检测各项电性能。
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