CN105272220A - 一种宽温稳定、高介、低损耗的mlcc介质材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽温稳定、高介、低损耗的MLCC介质材料，其组成为Ba_1-xBi_xTi_1-x-yZn_0.75xW_0.25x+yO₃，其中0.20≤x≤0.30，0.015≤y≤0.02。先将ZnO、Bi₂O₃、WO₃按摩尔比1:3/2:1/2配料，球磨、烘干后于850℃预烧，制得Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃粉体；再将该粉体二次球磨，烘干，过筛；以BaTiO₃为基，按BaTiO₃、Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃与WO₃的摩尔比为1:0.20～0.30:0.015～0.02配料，球磨、烘干、过筛后，外加石蜡造粒，压制成生坯；生坯于1175℃～1250℃烧结，制得MLCC介质材料。本发明在-35～375℃整个工作温区内具有较高介电常数ε_r≥800±15％，优异的绝缘性能ρ_V≥10¹¹Ω·cm，较低的介电损耗tanδ≤0.02，是一种很有前景的多层陶瓷电容器介质材料。

Description

一种宽温稳定、高介、低损耗的MLCC介质材料及其制备方法

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的介质材料组合物，尤其涉及一种BaTiO₃基宽温稳定、高介、低损耗的多层陶瓷电容器介质材料基体及其制备方法。

背景技术

随着电子行业的快速发展，新一代电子信息功能材料广泛被应用于通讯导航、运载系统、雷达测控、汽车电子、石油勘探等领域。片式多层陶瓷电容器(MultilayerCeramicCapacitor，简称MLCC)作为基础电子元器件，广泛地应用于智能手机、平板电脑、广播电视、移动通信等民用产品及消费电子；航空航天、坦克电子、武器弹头控制等军用电子设备；以及石油勘探等能源行业。钛酸钡(BaTiO₃)是一种强介电化合物材料，具有典型的钙钛矿结构。BaTiO₃陶瓷以其高的介电常数、优良的绝缘性能、对环境无污染等特性成为MLCC的主要瓷料之一^[1]。

现有的BaTiO₃基X7R、X8R、X9R宽温稳定介质材料工作温度上限只能达到125-200℃，当温度超过200℃时，介电常数急剧下降，不能满足更高工作温度环境的应用要求。在航空航天、地下勘探、汽车电子等领域，由于其恶劣的工作环境，迫切需求电子器件能在更高温度环境下具有更高的可靠性。目前研究的宽温稳定型介质器件与高工作温度环境不匹配，严重限制了电子设备的应用。因此，宽温稳定型介质材料在保证高介电常数、高稳定性的前提下，需要向更高的工作温度上限方向发展。但这一方向国内外却鲜有研究。目前，在宽温稳定型介质材料的基础上，研究可稳定应用于-55℃～300℃的超宽温稳定型介质材料具有重大的科研价值和广阔的应用前景。

本发明提供的Ba_1-xBi_xTi_1-x-yZn_0.75xW_0.25x+yO₃介质体系具有优异的介电性能，在-35～375℃整个工作温区内具有较高介电常数ε_r≥800±15％，优异的绝缘性能ρ_V≥10¹¹Ω·cm，较低的介电损耗tanδ≤0.02。本发明体系烧结温度为1175℃～1250℃，是一种很有前景的应用于制作宽温稳定、高介、低损耗的多层陶瓷电容器介质材料。

发明内容

本发明的目的，是在现有技术的宽温稳定型介质材料的基础上，在保证高介电常数、高稳定性的前提下，提供一种更宽温稳定、高介、低损耗的陶瓷电容器介质材料。

本发明通过如下技术方案予以实现：

一种宽温稳定、高介、低损耗的MLCC介质陶瓷陶瓷，其组成为Ba_1-xBi_xTi_1-x-yZn_0.75xW_0.25x+yO₃，其中0.20≤x≤0.30，0.015≤y≤0.02。

该MLCC介质陶瓷的制备方法，步骤如下：

(1)将ZnO、Bi₂O₃、WO₃按摩尔比1:3/2:1/2配料，与去离子水混合球磨4h，烘干后于850℃预烧，制得Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃粉体；

(2)将步骤(1)预烧所得Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃粉体与去离子水混合进行二次球磨，球磨时间5～10h，烘干后，过40目筛，待用；

(3)以BaTiO₃为基，添加步骤(2)所得的Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃，再添加WO₃粉料，BaTiO₃、Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃与WO₃的摩尔比为1:0.20～0.30:0.015～0.02，与去离子水混合球磨2h～4h；

(4)将步骤(3)球磨后所得粉料烘干后，过40目筛，外加质量百分比为5％～8％的石蜡造粒，然后过1000孔/cm³分样筛，在200MPa压强下压制成生坯。

(5)将步骤(4)所得生坯使用埋烧的方式烧结，先经3～5h升温至550℃排蜡，再经过1～3h升至1175℃～1250℃烧结，保温1～3h，制得MLCC介质材料。

所述步骤(3)的BaTiO₃与Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃和WO₃的摩尔比为1:0.24:0.018。

所述步骤(4)的烧结温度为1200℃烧结，保温2h。

本发明提供的Ba_1-xBi_xTi_1-x-yZn_0.75xW_0.25x+yO₃介质材料，在-35℃～+375℃整个工作温区内具有较高介电常数ε_r≥800±15％和优异的绝缘性能ρ_V≥10¹¹Ω·cm，室温介电损耗tanδ≤0.02。因此，本发明是一种很有前景的、可稳定应用于超宽工作温区的、低频旁路滤波多层陶瓷电容器介质材料。本发明制备工艺简洁，获得粉体组分均一，制备过程绿色环保无污染。

具体实施方式

本发明采用分析纯原料，将ZnO、Bi₂O₃、WO₃按质摩尔比1:3/2:1/2配料，与去离子水混合球磨4h后，烘干并于850℃预烧，制得Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃固体颗粒；将预烧所得Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃固体颗粒在去离子水中进行二次球磨，球磨时间5～10h，烘干，过40目筛，待用；以钛酸钡为基，添加Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃与WO₃粉料，BaTiO₃、Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃和WO₃的摩尔比为1:0.2～0.3:0.015～0.02；于去离子水中球磨2h～4h。将所得粉料烘干后，过40目筛；再外加质量百分比为5％～8％的石蜡造粒，然后过1000孔/cm³分样筛，在200MPa压强下压制成生坯。使用埋烧的方式对生坯进行烧结,经3～4h升温至550℃排蜡，经过1～3h分别升至1175℃～1250℃烧结，保温2h，制得MLCC介质陶瓷。将所得制品的上下表面均匀涂覆银浆，经800℃烧渗制备电极，制得宽工作温度范围的陶瓷电容器。

本发明具体实施例的主要工艺参数及其介电性能测试结果详见表1。

表1中Max|ΔC/C_25℃|(％)值的温区范围是-35℃～+375℃。

表1

本发明测试方法和检测设备如下：(交流测试信号：频率为1kHz，电压为1V)。

(1)介电常数和损耗的测试(室温25℃)

使用HEWLETTPACKARD4278A型电容量测试仪测试样品的电容量C和损耗tanδ，并换算出样品的介电常数。对于圆片电容器，换算关系如下：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{14.4\×C\×d}{D^2}$

式中：C-电容量，单位为pF；d、D分别为样品的厚度、直径，单位为cm。

(2)电阻率的测试

使用Agilent4339B高阻计测试样品的绝缘电阻Ri，并换算出样品的绝缘电阻率ρv，对于圆片型样品换算公式如下：

${\mathrm{\ρ}}_v=\frac{Ri\×\mathrm{\π}\×D^2}{4d}$

式中：ρv为样品的体积电阻率，单位为Ω·cm；Ri为样品的绝缘电阻，单位为Ω；d、D分别为样品的厚度、直径，单位为cm。

(3)TC特性测试

测量样品在温区-35℃～+375℃的电容量。而后采用下述公式计算容量温度变化率：

式中：C1为25℃下的电容量，单位为nF；C2为-35℃～+375℃温区内任意温度点的电容量，单位为nF；ΔC/C_25℃为电容量的相对变化率。

实验利用GZ-ESPEK高低温箱及STH-120型高温箱共同创造-35℃～+375℃的测试温度环境，并采用HM27002型电容器C-T/V特性专用测试仪和HEWLETTPACKARD4278A测试显示。将HM27002型电容器C-T/V特性专用测试仪设置为“内偏”，从-35℃开始测试，再升至室温25℃，最后升至+375℃，用4278A型电容测试仪测量样品在整个温区内的电容量。

本发明提供的Ba_1-xBi_xTi_1-x-yZn_0.75xW_0.25x+yO₃介质体系，烧结温度1175～1250℃，工作温度范围为-35℃～+375℃，在整个工作温区内满足以下介电性能：

介电常数：ε≥800；

损耗：tanδ≤0.02；

温度特性：ΔC/C_25℃≤±15％(-35℃～+375℃)。

Claims (3)

1.一种宽温稳定、高介、低损耗的MLCC介质材料，其组成为Ba_1-xBi_xTi_1-x-yZn_0.75xW_0.25x+yO₃，其中0.20≤x≤0.30，0.015≤y≤0.02。

该MLCC介质陶瓷的制备方法，步骤如下：

(1)将ZnO、Bi₂O₃、WO₃按摩尔比1:3/2:1/2配料，与去离子水混合球磨4h，烘干后于850℃预烧，制得Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃粉体；

(2)将步骤(1)预烧所得Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃粉体与去离子水混合进行二次球磨，球磨时间5～10h，烘干后，过40目筛，待用；

(3)以BaTiO₃为基，添加步骤(2)所得的Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃，再添加WO₃粉料，BaTiO₃、Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃与WO₃的摩尔比为1:0.20～0.30:0.015～0.02，与去离子水混合球磨2h～4h；

(4)将步骤(3)球磨后所得粉料烘干后，过40目筛，外加质量百分比为5％～8％的石蜡造粒，然后过1000孔/cm³分样筛，在200MPa压强下压制成生坯；

(5)将步骤(4)所得生坯使用埋烧的方式烧结，先经3～5h升温至550℃排蜡，再经过1～3h升至1175℃～1250℃烧结，保温1～3h，制得MLCC介质材料。

2.根据权利要求1所述的一种宽温稳定、高介、低损耗的MLCC介质材料，其特征在于，所述步骤(3)的BaTiO₃与Bi(Zn_3/4W_1/4)O₃和WO₃的摩尔比为1:0.24:0.018。

3.根据权利要求1所述的一种宽温稳定、高介、低损耗的MLCC介质材料，其特征在于，所述步骤(4)的烧结温度为1200℃烧结，保温2h。