CN104987068A - 一种纳米晶铌酸盐高温无铅电容器材料及制备方法 - Google Patents

一种纳米晶铌酸盐高温无铅电容器材料及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104987068A
CN104987068A CN201510265944.6A CN201510265944A CN104987068A CN 104987068 A CN104987068 A CN 104987068A CN 201510265944 A CN201510265944 A CN 201510265944A CN 104987068 A CN104987068 A CN 104987068A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor material
nanocrystalline
ball
temperature
leadless capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510265944.6A
Other languages
English (en)
Inventor
刘来君
陈志�
孙小军
方亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guilin University of Technology
Original Assignee
Guilin University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guilin University of Technology filed Critical Guilin University of Technology
Priority to CN201510265944.6A priority Critical patent/CN104987068A/zh
Publication of CN104987068A publication Critical patent/CN104987068A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明公开了一种元素较少的纳米晶高温无铅电容器材料及制备方法,采用两步制备纳米晶(K0.5Na0.5)Nb1-xZrxO3电容器材料,其中:0.001≤x≤0.1,x为物质的量。该化合物不含铅,在生产、使用和废弃过程中不会对环境产生危害。同时,与大多数铌酸钠钾基介电陶瓷相比,所用化学元素较少,制备过程中容易控制元素的分布,减少局部分布不均匀,从而可以提高产品的质量。本发明公开的纳米晶(K0.5Na0.5)Nb1-xZrxO3陶瓷有望成为一种温度稳定性好的商业高温无铅电容器材料。

Description

一种纳米晶铌酸盐高温无铅电容器材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种铌酸盐基高温无铅电容器材料及其制备方法,属于电介质领域。
背景技术
随着计算机、手机、汽车电子等领域的快速发展与更新,陶瓷电容器的地位与日俱增,在电容器市场已占主导地位,并向薄型化,小型化、高可靠和低成本的方向发展。商用的X7R电容器材料因具有良好的温度稳定性(-55°C至+125°C,容温变化率为±15%)而得到了广泛的应用。但是,温度一旦超过125°C,X7R电容器材料则不能提供稳定的介电性能。一些工作条件比较苛刻的领域如发动机控制系统、航空探测、钻井等,其耐高温电子设备要求其陶瓷电容器的温度高于200°C。
铌酸钠钾,K0.5Na0.5NbO3,陶瓷材料因其具高的居里温度点(~420°C),作为一种应用前景广阔的无铅介电材料而备受关注。此外,铌酸钠钾陶瓷材料与已经成熟产业化的锆钛酸铅陶瓷电容器相比,在制备和应用过程中无污染,有利于环保。然而,铌酸盐陶瓷难以烧结致密,且温度稳定性不好。采用两步法烧结可以获得较为致密的铌酸钠钾陶瓷[D. Wang, K. Zhu, H. Jia, J. Qiu, Two-Step Sintering of the Pure K0.5Na0.5NbO3 Lead-Free Piezoceramics and Its Piezoelectric Properties, Ferroelectrics 392: 46-54, 2009],但是由于纯的铌酸钠钾陶瓷在200摄氏度附近存在一个正交-四方相变,这个相变导致材料的介电温度稳定性变差。通过元素掺杂得到温度稳定性良好的高温介电陶瓷[T. Matsuda, W. Sakamoto, B. Lee, T. Iijima, J. Kumagai, M. Moriya and T. Yogo, Electrical Properties of Lead-Free Ferroelectric Mn-Doped K0.5Na0.5NbO3-CaZrO3 Thin Films Prepared by Chemical Solution Deposition, Jpn. J. Appl. Phys. 51, 09LA03, 2012],但元素数目太多导致大规模生产时难以控制产品质量。另外,对于多层陶瓷电容器(MLCC)工艺,晶粒越小,器件的尺寸则越小。与其他过渡元素和稀土元素不同,Zr元素的离子半径要比Nb的大,因此锆元素掺入铌酸钠钾中,一方面可以提高三方-四方相变的温度,抑制介电峰的高度,另一方面可以抑制晶粒的生长,并提高介电常数。因此可以采用锆掺杂铌酸钠钾,利用锆抑制晶粒生长的作用并采用两步法烧结来减小晶粒尺寸,提高材料致密度;与此同时,锆进入铌酸钠钾晶格还提高了介电性能,降低了介电温度变化率。
发明内容
本发明的目的是为了减少生产过程对环境造成的压力、提高铌酸钠钾基陶瓷的工艺性、获得晶粒细小、温度稳定性好的致密高温电容器材料,本发明提供了一种两步法烧结锆掺杂的铌酸钠钾陶瓷的组分和工艺。
本发明的高温无铅电容器材料组成式为(K0.5Na0.5)Nb1-xZrxO3,其中:0.001≤x≤0.1,x为物质的量。
制备上述高温无铅电容器材料的具体步骤为:
(1)将分析纯级五氧化二铌、碳酸钾、碳酸钠和氧化锆按照化学计量比(K0.5Na0.5)Nb1-xZrxO3配料,其中:0.001≤x≤0.1,x为物质的量;
(2)将步骤(1)中配好的料放入球磨罐中,加入氧化锆球和无水乙醇作为球磨介质,氧化锆球的质量是料的质量的5~9倍,然后采用湿磨法进行球磨混合7~9小时;
(3)将步骤(2)混合好的料压柱,预烧,打碎,进行二次球磨,得到球磨后的粉料;
(4)在步骤(3)得到的粉料中加入质量百分比浓度为3~9%的聚乙烯醇溶液进行造粒;然后冷压成型为圆片;
(5)将步骤(4)中成型的圆片放入烘箱中进行烘干,然后将烘干后的素片放入马弗炉中进行排胶,于550°C保温1~3小时,随炉冷却;
(6)将步骤(5)中排完胶的素片放入烧结炉中烧结,从室温升至700°C~1000°C,升温速度为4°C~10°C /min;
(7)将步骤(6)得到的样品继续升温至1000°C~1200°C并保温5min~15min,升温速度为1°C/min~9°C/min;然后快速降温至800°C~1000°C,保温5~15h,降温速度为5°C/min~10°C/min,自然冷却至室温即制得纳米晶(K0.5Na0.5)Nb1-xZrxO3高温无铅电容器材料。
本发明的有益效果是:采用两步烧结(K0.5Na0.5)Nb1-xZrxO3电容器材料产生4个有益效果:(1)该化合物不含铅,在生产、使用和废弃过程中不会对环境产生危害;(2)与Mn掺杂的K0.5Na0.5NbO3-CaZrO3体系相比,所用化学元素明显减少,制备过程中容易控制元素的分布,减少局部分布不均匀,从而提高产品的质量;(3)锆进入铌酸钠钾晶格会抑制晶粒的生长,另外两步法烧结具有细化晶粒的作用,获得了纳米晶陶瓷,在生产中可减小多层陶瓷电容器(MLCC)器件的尺寸;(4)锆具有抑制介电峰和移动相变温度的作用,部分组分在1 kHz时介电常数变化率±10%以内的温度范围为160°C-506°C,比大多数无铅铌酸钠钾基体系都要宽。本发明公开的高温无铅电容器并有望在商业上应用。
附图说明
图1为本发明纳米晶(K0.5Na0.5)Nb0.95Zr0.05O3陶瓷的SEM图像。
图2为本发明纳米晶(K0.5Na0.5)Nb0.95Zr0.05O3陶瓷材料相对介电常数随温度的变化关系图谱。
具体实施方式如下:
实施例1:
(1)用分析纯的氧化锆、碳酸钾、碳酸钠、五氧化二铌为原料,按照化学通式(K0.5Na0.5)Nb0.95Zr0.05O3配料;
(2)将步骤(1)所配原料放入球磨罐中按氧化锆球:料为5:1的比例混料,混料过程中加入无水乙醇作为介质,然后采用湿磨法进行球磨混7小时;
(3)将步骤(2)所混合好的料装入模具中并压成大柱,在900°C温度下预烧3小时得到预烧后的粉料;
(4)将步骤(3)得到取出研碎,再球磨8小时,烘干后得到粉料;
(5)将步骤(4)得到的粉料中加入质量百分比浓度为5%的聚乙烯醇溶液得到混合物,所加聚乙烯醇溶液的质量为粉料质量的20%;
(6)将步骤(5)得到的混合物在100MPa的压力下最终压成直径为10mm,厚度约为1.5mm的圆片,将其放入烘箱中在120°C的温度下烘干12小时即成素片;
(7)将步骤(6)得到的素片放入炉中排胶,炉温为550°C,保温1小时,随炉冷却;
(8)将步骤(7)中排完胶的素片放入烧结炉中烧结,从室温升至700°C,升温速度为4°C/min;
(9)将步骤(8)得到的样品继续升温至1000°C并保温10min,升温速度为1°C/min;然后快速降温至800°C烧结,保温5h,降温速度为5°C/min,自然冷却至室温即制得纳米晶(K0.5Na0.5)Nb0.95Zr0.05O3陶瓷。
本实施例制得的高温无铅电容器材料经过表面打磨和被银工序后进行介电性能测试。
实施例2:
(1)用分析纯的氧化锆、碳酸钾、碳酸钠为原料,按照化学通式(K0.5Na0.5)Nb0.992Zr0.008O3配料;
(2)将步骤(1)所配原料放入球磨罐中按氧化锆球:料为6:1的比例混料,混料过程中加入无水乙醇作为介质,然后采用湿磨法进行球磨混8小时;
(3)将步骤(2)所混合好的料装入模具中并压成大柱,在890°C温度下预烧4小时得到预烧后的粉料;
(4)将步骤(3)得到取出研碎,再球磨7小时,烘干后得到粉料;
(5)将步骤(4)得到的粉料中加入质量百分比浓度为4%的聚乙烯醇溶液得到混合物,所加聚乙烯醇溶液的质量为粉料质量的25%;
(6)将步骤(5)得到的混合物在100MPa的压力下最终压成直径为12mm,厚度约为2mm的圆片,将其放入烘箱中在120°C的温度下烘干12小时即成素片;
(7)将步骤(6)得到的素片放入炉中排胶,炉温为550°C,保温2小时,随炉冷却;
(8)将步骤(7)中排完胶的素片放入烧结炉中烧结,从室温升至900°C,升温速度为6°C/min;
(9)将步骤(8)得到的样品继续升温至1150°C并保温5min,升温速度为3°C/min;然后快速降温至940°C烧结,保温9h,降温速度为8°C/min,自然冷却至室温即制得纳米晶(K0.5Na0.5)Nb0.992Zr0.008O3陶瓷。
本实施例制得的高温无铅电容器材料经过表面打磨和被银工序后进行介电性能测试。
实施例3:
(1)用分析纯的氧化锆、碳酸钾、碳酸钠为原料,按照化学通式(K0.5Na0.5)Nb0.90Zr0.10O3配料;
(2)将步骤(1)所配原料放入球磨罐中按氧化锆球:料为7:1的比例混料,混料过程中加入无水乙醇作为介质,然后采用湿磨法进行球磨混7小时;
(3)将步骤(2)所混合好的料装入模具中并压成大柱,在920°C温度下预烧2小时得到预烧后的粉料;
(4)将步骤(3)得到取出研碎,再球磨9小时,烘干后得到粉料;
(5)将步骤(4)得到的粉料中加入质量百分比浓度为6%的聚乙烯醇溶液得到混合物,所加聚乙烯醇溶液的质量为粉料质量的18%;
(6)将步骤(5)得到的混合物在100MPa的压力下最终压成直径为8mm,厚度约为2.2mm的圆片,将其放入烘箱中在120°C的温度下烘干24小时即成素片;
(7)将步骤(6)得到的素片放入炉中排胶,炉温为550°C,保温3小时,随炉冷却;
(8)将步骤(7)中排完胶的素片放入烧结炉中烧结,从室温升至1000°C,升温速度为10°C/min;
(9)将步骤(8)得到的样品继续升温至1200°C并保温15min,升温速度为9°C/min;然后快速降温至1000°C烧结,保温15h,降温速度为10°C/min,自然冷却至室温即制得纳米晶(K0.5Na0.5)Nb0.90Zr0.10O3陶瓷。本实施例制得的高温无铅电容器材料经过表面打磨和被银工序后进行介电性能测试。
实施例4:
(1)用分析纯的氧化锆、碳酸钾、碳酸钠为原料,按照化学通式(K0.5Na0.5)Nb0.999Zr0.001O3配料;
(2)将步骤(1)所配原料放入球磨罐中按氧化锆球:料为9:1的比例混料,混料过程中加入无水乙醇作为介质,然后采用湿磨法进行球磨混9小时;
(3)将步骤(2)所混合好的料装入模具中并压成大柱,在920°C温度下预烧2小时得到预烧后的粉料;
(4)将步骤(3)得到取出研碎,再球磨9小时,烘干后得到粉料;
(5)将步骤(4)得到的粉料中加入质量百分比浓度为6%的聚乙烯醇溶液得到混合物,所加聚乙烯醇溶液的质量为粉料质量的18%;
(6)将步骤(5)得到的混合物在100MPa的压力下最终压成直径为8mm,厚度约为2.2mm的圆片,将其放入烘箱中在120°C的温度下烘干24小时即成素片;
(7)将步骤(6)得到的素片放入炉中排胶,炉温为550°C,保温2小时,随炉冷却;
(8)将步骤(7)中排完胶的素片放入烧结炉中烧结,从室温升至800°C,升温速度为10°C/min;
(9)将步骤(8)得到的样品继续升温至1100°C并保温10min,升温速度为5°C/min;然后快速降温至1000°C烧结,保温9h,降温速度为8°C/min,自然冷却至室温即制得纳米晶(K0.5Na0.5)Nb0.999Zr0.001O3陶瓷。本实施例制得的高温无铅电容器材料经过表面打磨和被银工序后进行介电性能测试。

Claims (2)

1.一种高温无铅电容器材料,其特征在于所述高温无铅电容器材料的组成式为(K0.5Na0.5)Nb1-xZrxO3,其中:0.001≤x≤0.1,x为物质的量。
2.根据权利要求1所述的高温无铅电容器材料的制备方法,其特征在于具体制备步骤为:
(1)将分析纯级五氧化二铌、碳酸钾、碳酸钠和氧化锆按照化学计量比(K0.5Na0.5)Nb1-xZrxO3配料,其中:0.001≤x≤0.1,x为物质的量;
(2)将步骤(1)中配好的料放入球磨罐中,加入氧化锆球和无水乙醇作为球磨介质,氧化锆球的质量是料的质量的5~9倍,然后采用湿磨法进行球磨混合7~9小时;
(3)将步骤(2)混合好的料压柱,预烧,打碎,进行二次球磨,得到球磨后的粉料;
(4)在步骤(3)得到的粉料中加入质量百分比浓度为3~9%的聚乙烯醇溶液进行造粒;然后冷压成型为圆片;
(5)将步骤(4)中成型的圆片放入烘箱中进行烘干,然后将烘干后的素片放入马弗炉中进行排胶,于550°C保温1~3小时,随炉冷却;
(6)将步骤(5)中排完胶的素片放入烧结炉中烧结,从室温升至700°C~1000°C,升温速度为4°C/min~10°C/min;
(7)将步骤(6)得到的样品继续升温至1000°C~1200°C并保温5min~15min,升温速度为1°C/min~9°C/min;然后快速降温至800°C~1000°C烧结,保温5~15h,降温速度为5°C/min~10°C/min,自然冷却至室温即制得纳米晶(K0.5Na0.5)Nb1-xZrxO3高温无铅电容器材料。
CN201510265944.6A 2015-05-22 2015-05-22 一种纳米晶铌酸盐高温无铅电容器材料及制备方法 Pending CN104987068A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510265944.6A CN104987068A (zh) 2015-05-22 2015-05-22 一种纳米晶铌酸盐高温无铅电容器材料及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510265944.6A CN104987068A (zh) 2015-05-22 2015-05-22 一种纳米晶铌酸盐高温无铅电容器材料及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104987068A true CN104987068A (zh) 2015-10-21

Family

ID=54298993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510265944.6A Pending CN104987068A (zh) 2015-05-22 2015-05-22 一种纳米晶铌酸盐高温无铅电容器材料及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104987068A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114956815A (zh) * 2022-06-03 2022-08-30 池州学院 一种新型高应变高居里温度铌酸钾钠基铁电陶瓷的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1644562A (zh) * 2004-07-15 2005-07-27 清华大学 铌酸钾钠系无铅压电陶瓷及其制备方法
JP2011230962A (ja) * 2010-04-28 2011-11-17 Nec Tokin Corp 圧電磁器組成物
CN102515760A (zh) * 2011-11-24 2012-06-27 景德镇陶瓷学院 一种高性能铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN103274689A (zh) * 2013-06-14 2013-09-04 清华大学 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1644562A (zh) * 2004-07-15 2005-07-27 清华大学 铌酸钾钠系无铅压电陶瓷及其制备方法
JP2011230962A (ja) * 2010-04-28 2011-11-17 Nec Tokin Corp 圧電磁器組成物
CN102515760A (zh) * 2011-11-24 2012-06-27 景德镇陶瓷学院 一种高性能铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN103274689A (zh) * 2013-06-14 2013-09-04 清华大学 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANMIN HUANG ET AL.: "Dielectric and Ferroelectric Properties of (K0.5Na0.5)(Nb1-xVx)O3 ceramics", 《ADVANCED MATERIALS RESEARCH》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114956815A (zh) * 2022-06-03 2022-08-30 池州学院 一种新型高应变高居里温度铌酸钾钠基铁电陶瓷的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101648807A (zh) 锆钛酸钡钙基压电陶瓷及其制备方法
Wang et al. Thermal stabilities of electromechanical properties in cobalt-modified strontium bismuth titanate (SrBi4Ti4O15)
CN105036734A (zh) 高介电常数x8r型多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法
Jiayu et al. Effects of rare earth oxides on dielectric properties of Y2Ti2O7 series ceramics
CN113307615B (zh) 一种微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN110981439A (zh) 一种微波陶瓷粉料及其制备方法和其在介质滤波器中的应用
CN104860672A (zh) 一种高介微波陶瓷介质材料及其制备方法
KR20210122225A (ko) 도핑된 페로브스카이트 바륨 스타네이트 재료 및 이의 제조 방법과 응용
Huang et al. Influence of CeO2 doping amount on property of BCTZ lead-free piezoelectric ceramics sintered at low temperature
CN111004030B (zh) 一种MgTiO3基微波介质陶瓷及其制备方法
CN107032790B (zh) 一种应用于能量收集器件的高机电转换复相压电陶瓷材料及制备方法
CN109970443B (zh) 一种铷、铈共掺杂铌酸铋钙基高温压电陶瓷及其制备方法
CN103864419B (zh) 一种高致密锆酸钡陶瓷的制备方法
CN113045307B (zh) 一种高介电低损耗钛酸钡基陶瓷及其制备方法
CN103693957A (zh) 一种微波介质陶瓷的制备方法
US11958781B2 (en) Potassium sodium bismuth niobate tantalate zirconate ferrite ceramics with non-stoichiometric Nb5+ and preparation method therefor
CN116768626B (zh) 一种PbNb2O6基压电陶瓷材料及其制备方法
CN104987068A (zh) 一种纳米晶铌酸盐高温无铅电容器材料及制备方法
KR20210114671A (ko) 우수한 물성을 가지는 비스무스 페라이트-티탄산 바륨계 친환경 무연 압전 세라믹스 및 그 제조방법
CN116425536A (zh) 具有非公度调制结构的Ti掺杂铌酸锶钡钆铁电陶瓷材料及制备方法
CN110818410A (zh) 一种高温pin-pht压电陶瓷及其制备方法
CN107253859B (zh) 高发光热稳定性的Eu-Bi共掺杂钨青铜结构发光铁电陶瓷材料及其制备方法
Chen et al. Effects of Bi (Zn0. 5Zr0. 5) O3 addition on the structure and electric properties of BaTiO3 lead-free piezoelectric ceramics
Hu et al. Low temperature sintering of high permittivity BaTiO3 based X8R ceramics doped with Li2O–Bi2O3–B2O3 frit
CN111825445B (zh) 一种高介电常数微波介质陶瓷材料、制备及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20151021

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication