CN107851516A - 介电组成、介电元件、电子部件和层压电子部件 - Google Patents

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Abstract

所解决的问题在于提供一种介电组成,该介电组成被有利地用在具有高额定电压的电源电路中,并且具有当施加DC偏压时的极好的介电常数、极好的DC偏压特性、以及极好的DC偏压电阻率,并且还在于提供一种采用所述介电组成的介电元件、电子部件和层压电子部件。使用一种介电组成,其具有包含至少Bi、Na、Sr和Ti的钙钛矿晶体结构。所述介电组成包括从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Yb、Ba、Ca、Mg和Zn之中选择的至少一种。所述介电组成包括具有核‑壳结构的特定颗粒,所述核‑壳结构具有至少一个包括SrTiO3的核部分。α<0.20,其中α是特定颗粒的数目相对于包含在介电组成中的颗粒的总数目的比。

Description

介电组成、介电元件、电子部件和层压电子部件
技术领域
本发明涉及介电组成以及包括所述介电组成的介电元件,并且涉及电子部件和层压电子部件;更具体地,本发明涉及被用于具有相对高的额定电压的应用的介电组成、介电元件、电子部件和层压电子部件。
背景技术
近年来,随着电子电路达到更高的密度,对介电元件的小型化和改进的可靠性的要求越来越大,并且电子部件(诸如层压陶瓷电容器)正迅速地变得更加紧凑、实现更高的容量并且变得更加可靠,同时其应用也在扩大。随着这些应用扩大,需要各种特性,诸如层压陶瓷电容器中的电容的温度特性、在施加DC电场期间的有效电容和可靠性。
为了符合诸如上面提到的那些之类的需求,已经研究了包括BaTiO3(其具有高介电常数)作为主要组分的各种类型的介电组成作为在陶瓷电容器中采用的介电组成。在这些之中,已知具有在BaTiO3颗粒的表面区中扩散的辅助组分的介电组成(称为具有“核-壳”结构的介电组成)能够通过控制构成辅助组分扩散相的壳部分的组成和范围来改进诸如介电常数的温度特性之类的特性。
例如,在专利文献1中描述了具有上面提到的特征的层压陶瓷电容器。
在专利文献1中描述的层压陶瓷电容器在介电陶瓷层中具有主要组分,其通过以下组成公式来表示:{Ba1-xCaxO}mTiO2+αRe2O3+βMgO+γMnO(其中Re2O3是从Y2O3、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3和Yb2O3之中选择的至少一种;α、β和γ表示摩尔比,使得0.001≤α≤0.10、0.001≤β≤0.12并且0.001<γ≤0.12;并且1.000<m≤1.035且0.005<x≤0.22)。使用在介电陶瓷层中的{Ba1-xCaxO}mTiO2起始材料中的碱金属氧化物的含量不大于0.02 wt%。
所述组成包含相对于按重量计100份的主要组分而言为按重量计0.2-5.0份的第一辅助组分或第二辅助组分。第一辅助组分是氧化物Li2O-(Si,Ti)O2-MO(其中MO是从Al2O3和ZrO2中选择的至少一种)。第二辅助组分是氧化物SiO2-TiO2-XO(其中XO是从BaO、CaO、SrO、MgO、ZnO和MnO之中选择的至少一种)。
在专利文献1中描述的层压陶瓷电容器的内部电极还包括镍或镍合金。
在专利文献1中描述的层压陶瓷电容器具有核-壳结构,在所述核-壳结构中辅助组分在晶界的区中扩散,并且具有核部分,在所述核部分中构成介电陶瓷层的主要组分的BaTiO3中的一些用CaTiO3替代,并且因此可能限制当施加DC偏压时的介电常数的减小并且充分地增加当施加DC偏压时的电阻率。
然而,在专利文献1中描述的层压陶瓷电容器中,构成主要组分的BaTiO3占据核部分的大部分,因此DC偏压被不均匀地施加。当施加5 kV/mm或更大的DC偏压时,因为DC偏压被不均匀地施加,所以层压陶瓷电容器的介电常数和DC偏压电阻率降低。
现有技术文献
专利文献
【专利文献 1】 JP 2000-58377 A。
发明内容
待由本发明解决的问题
鉴于以上概述的情形,本发明的目的在于提供一种介电组成,其被有利地使用在具有高额定电压的电源电路中,并且具有当施加DC偏压时的极好的介电常数、极好的DC偏压特性以及极好的DC偏压电阻率;本发明还提供包括所述介电组成的介电元件、电子部件和层压电子部件。
用于解决该问题的措施
为了实现上面提到的目的,本发明涉及一种介电组成,其具有包含至少Bi、Na、Sr 和Ti的钙钛矿晶体结构,其特征在于:
所述介电组成包括从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Yb、Ba、Ca、Mg和Zn之中选择的至少一种;
所述介电组成包括具有核-壳结构的特定颗粒,所述核-壳结构具有至少一个包括SrTiO3的核部分;并且
α < 0.20,其中α是特定颗粒的数目相对于包含在介电组成中的颗粒的总数目的比。
通过设置α < 0.20,其中α是特定颗粒的数目相对于包含在介电组成中的颗粒的总数目的比,可能改进当施加DC偏压时的介电常数,并且还改进DC偏压特性和DC偏压电阻率。
此外,从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Yb、Ba、Ca、Mg和Zn之中选择的至少一种的含量优选地在0.5和15摩尔份之间,把介电组成的Ti含量看作100摩尔份。这使得可能进一步改进当施加DC偏压时的介电常数以及DC偏压特性。
另外,优选地,0.20 ≤ β ≤ 0.86,其中β是介电组成中Sr相对于Na的摩尔比。这使得可能进一步改进当施加DC偏压时的介电常数和DC偏压特性。
根据本发明的介电元件设有上面提到的介电组成。
根据本发明的电子部件设有包括上面提到的介电组成的介电层。
根据本发明的层压电子部件具有通过使内部电极层和包括上面提到的介电组成的介电层交替地层压而形成的层压部分。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的一个模式的陶瓷电容器的示意图;
图2是根据本发明的实施例的不同模式的层压陶瓷电容器的横截面中的视图;
图3是根据本发明的实施例的一个模式的介电组成的示意图;以及
图4是示意性地示出根据本发明的示例性实施例1的DC偏压特性图线和常规的基于BaTiO3的介电组成的DC偏压特性图线二者的曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例的优选模式。应该指出,本发明不限于实施例的以下模式。此外,下面描述的构成要素包括本领域技术人员能够容易地设想到的要素以及还有实质上相同的要素。另外,下面描述的构成要素可以酌情被组合。
图1是根据本发明的实施例的一个模式的单层陶瓷电容器的示意图。
如图1中所示,根据本发明的实施例的一个模式的单层陶瓷电容器100包括盘形介电体1和一对电极2、3。通过在介电体1的两个表面上形成电极2、3来获得单层陶瓷电容器100。关于介电体1和电极2、3的形状没有特别的限制。此外,关于其尺寸也没有特别的限制,并且应该根据应用来设置合适的尺寸。
该介电体1包括根据实施例的该模式的介电组成。关于电极2、3的材料没有特别的限制。例如,可以使用Ag、Au、Cu、Pt、Ni等等,但是也可以使用其他金属。
图2是根据本发明的实施例的不同模式的层压陶瓷电容器的示意性横截面图。
如图2中所示,根据本发明的实施例的不同模式的层压陶瓷电容器200包括电容器元件主体5,所述电容器元件主体5具有在其中介电层7和内部电极层6A、6B交替堆叠的结构。在元件主体5的两个端部处形成一对端电极11A、11B,它们分别与交替地布置在元件主体5内的内部电极层6A、6B进行传导。关于元件主体5的形状没有特别的限制,但是它通常是长方体形状。此外,关于其尺寸没有特别的限制,并且应该根据应用来设置合适的尺寸。
通过下述方式来提供内部电极层6A、6B:使得其平行。通过下述方式来形成内部电极层6A:其一个端部在层压体5的其中形成端电极11A的端部表面处暴露。此外,通过下述方式来形成内部电极层6B:其一个端部在层压体5的其中形成端电极11B的端部表面处暴露。此外,通过下述方式来设置内部电极层6A和内部电极层6B:其大部分在堆叠的方向上重叠。
关于内部电极层6A、6B的材料没有特别的限制。例如,可以使用诸如Au、Pt、Ag、Ag-Pd合金、Cu或Ni等的金属,但是也可能使用其他金属。
端电极11A、11B提供在层压体5的端部表面处与在所述端部表面处暴露的内部电极层6A、6B的端部接触。凭借该结构,端电极11A、11B分别被电气连接至内部电极层6A、6B。该端电极11A、11B可以包括以Ag、Au、Cu等等作为其主要组分的导电材料。关于端电极11A、11B的厚度没有特别的限制。除了其他许多东西之外,根据层压介电元件的尺寸和应用来适当地设置其厚度。例如,端电极11A、11B的厚度可以被设置在10-50 µm。
介电层7包括根据实施例的该模式的介电组成。每个介电层7的厚度可以被自由设置并且没有特别的限制。例如,厚度可以被设置在1-100 µm。
在这里,根据实施例的该模式的介电组成具有钙钛矿晶体结构,所述钙钛矿晶体结构包含至少Bi、Na、Sr和Ti,并且包括从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Yb、Ba、Ca、Mg和Zn之中选择的至少一种(下面也成为“辅助组分”)。
具有钙钛矿晶体结构的介电组成是多晶材料,其作为主相包括由通式ABO3表示的钙钛矿化合物,其中A包括选自Bi、Na和Sr的至少一种,并且B包括至少Ti。
如果把A的全部看作100 at.%(原子百分数),则在A中包含的Bi、Na、Sr的比例优选地是总计至少80 at.%。此外,如果把B的全部看作100 at.%,则在B中包含的Ti的比例优选地是至少80 at.%。
图3是根据实施例的该模式的介电组成300中的颗粒的示意图。根据实施例的该模式的介电组成300包括不具有核-壳结构的单相颗粒20和具有核-壳结构的核-壳颗粒30。
晶界10存在于颗粒之间。核-壳颗粒包括包围核部分8的壳部分9,并且存在如下颗粒形式:在其中核部分8完全包含在壳部分9内,以及在其中核部分8的部分与晶界10接触而核部分8的另一部分包含在壳部分9内。
另外,根据实施例的该模式的介电组成300中的核-壳颗粒30中的大多数是具有核-壳结构的特定颗粒,所述核-壳结构具有至少一个包括SrTiO3的核部分。
包括SrTiO3的核部分具有SrTiO3晶体结构,并且包含至少40 at.%的Sr原子和Ti原子中的每一种,其中把包含在核部分中的金属颗粒的总数看作100 at.%。
在这里,特定颗粒的壳部分9优选地包含至少Na、Bi和Ti。
下面将描述用于确定包含在根据实施例的该模式的介电组成300中的颗粒是否是特定颗粒的方法,以及用于计算特定颗粒的数目相对于包含在介电组成300中的颗粒的总数目的比α的方法。
关于用于区分所述颗粒是否是核-壳颗粒30的方法没有特别的限制。另外,关于用于确定核-壳颗粒30的核部分8是否包括SrTiO3的方法没有特别的限制。例如,可能通过以下来区分所述颗粒是单相颗粒20还是核-壳颗粒30:使在介电组成300的任何平面上切割的横截面经受扫描透射电子显微镜(STEM)和能量色散X射线谱(EDS),并且确认元素分布。另外,还可能确定核-壳颗粒30的核部分8是否包括SrTiO3
关于用于设置STEM和EDS的观察场的方法没有特别的限制,但是观察场的尺寸优选地是至少2 µm × 至少2 µm,并且观察场的放大倍数优选地在10 000倍和100 000倍之间。
从观察场中选择能够被确认为完全被晶界10包围的多个颗粒,并且对这些之中具有包括SrTiO3的核部分的核-壳颗粒(特定颗粒)的数目进行计数。可能通过把特定颗粒的数目除以所选择的颗粒的数目来计算α的值。应该指出,选择至少20个颗粒,并且优选地选择至少100个颗粒。此外,可以通过设置多个观察场来增加选择的颗粒的数目。
应该指出,可以通过改变介电组成的构成以及用于产生介电组成的方法,并且还通过改变当焙烧介电组成时的焙烧条件来酌情控制产生的核-壳颗粒30的量。例如,当使用具有大颗粒尺寸的起始材料粉末时,核-壳颗粒30趋于容易地产生。此外,当增加焙烧温度时,核-壳颗粒30趋于不太可能产生。
根据实施例的该模式的介电组成300同样可以包括不同于特定颗粒和单相颗粒20的颗粒,即,它可以包括不同于特定颗粒的核-壳颗粒。在这里,特定颗粒和单相颗粒20的总数目相对于包含在根据本发明的介电组成300中的颗粒的总数目的比优选地是80%或更大。
根据实施例的该模式,特定颗粒的数目相对于包含在介电组成300中的颗粒的总数目的比α满足α < 0.20。
应该指出,α同样可以是0。那就是说,根据实施例的该模式的介电组成300不需要包含上面提到的特定颗粒。
作为设置在根据实施例的该模式的介电组成300中α < 0.20的结果,即使施加高DC偏压,电阻率也不太可能降低。这意味着可能同时实现当向根据实施例的该模式的介电组成300上施加高DC偏压时的良好的DC偏压特性、高DC偏压电阻率以及高介电常数。
另一方面,如果特定颗粒的数目相对于颗粒的总数目的比α使得α ≥ 0.20,则很可能存在DC偏压电阻率的减小。
如果α ≥ 0.20则很可能发生DC偏压电阻率的减小的原因是不清楚的,但是本发明人相信原因是如下那样。当将DC偏压施加到包含过量的特定颗粒的介电组成(即α ≥0.20的介电组成)上时,施加DC偏压所用的方式在介电组成内变得不均匀。作为DC偏压被不均匀地施加的结果,DC偏压电阻率很可能降低。
根据实施例的该模式的介电组成300优选地使得α满足0.05 ≤ α < 0.20。当0.05≤ α < 0.20时,可能进一步改进当施加DC偏压时的介电常数。α更优选地满足0.05 ≤ α≤ 0.19。
根据实施例的该模式的介电组成300优选地使得0.20≤β≤0.86,其中β是介电组成中Sr相对于Na的摩尔比。当0.20 ≤ β ≤ 0.86时,介电组成展现反铁电性质,并且因此可能进一步改进当施加DC偏压时的介电常数以及还有DC偏压特性。
此外,关于辅助组分的含量没有特别的限制,但是必须包括辅助组分。如果不包括辅助组分,则存在当施加DC偏压时的介电常数和DC偏压特性的恶化。此外,当把介电组成的Ti含量看作100摩尔份时,辅助组分的含量优选地总计在0.5摩尔份与15摩尔份之间。通过将辅助组分的含量设置在这个范围内,可能进一步增加当施加DC偏压时的介电常数。应该指出,辅助组分可以存在于单相颗粒20、核-壳颗粒30的核部分8、核-壳颗粒30的壳部分9或晶界10中。
鉴于以上内容,根据实施例的该模式的介电组成总的来说具有当施加DC偏压时的极好的介电常数、极好的DC偏压特性和极好的DC偏压电阻率。
接下来将描述用于产生图1中示出的陶瓷电容器100的方法的示例。
首先,可能使用形成介电组成的部分的金属元素的氧化物、或其混合物或复合氧化物作为介电体1的起始材料,但是也可以从作为焙烧的结果形成上面提到的氧化物或复合氧化物的各种类型的化合物(例如碳酸盐、草酸盐、硝酸盐、氢氧化物和有机金属化合物等)中适当地选择介电起始材料,并且可以对这些进行混合以供使用。
例如,除了其他许多东西之外,以下粉末可以被引用作为起始材料:氧化铋(Bi2O3)、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸锶(SrCO3)、碳酸钡(BaCO3)、碳酸钙(CaCO3)、氢氧化镧(La(OH)3)、和氧化钛(TiO2)。
此外,关于未经加工的起始材料粉末(下面称为“起始材料粉末”)的颗粒尺寸没有特别的限制,但是0.1 µm-1 µm的颗粒尺寸是优选的。此外,可以通过适当地改变混合起始材料所用的时间来调整起始材料的平均颗粒尺寸。
在这里,起始材料粉末的细度受α的大小影响。起始材料粉末的颗粒尺寸越小,α趋于越低。
通过下述方式来称出上面提到的起始材料粉末:使焙烧之后的介电组成(烧结坯)满足根据实施例的该模式的介电组成的构成。
然后使用球磨机等等来湿法混合所称量的起始材料粉末。然后煅烧通过湿法混合获得的混合物以产生煅烧材料。在这里,在正常空气下实施煅烧。此外,煅烧温度优选地是700-900℃,并且煅烧时间优选地是1-10小时。
然后使用球磨机等等来湿法研磨结果得到的煅烧材料,在这之后烘干它以获得煅烧粉末。然后将粘合剂添加到结果得到的煅烧粉末,并且对所述材料进行压模以获得模制制品。关于能够使用的粘合剂没有特别的限制,只要它是本技术领域中常规使用的粘合剂。可以将聚乙烯醇(PVA)等等引用作为粘合剂的特定示例。关于添加的粘合剂的量没有特别的限制,但是当把煅烧粉末看作100 wt%时优选地添加1-5 wt%的量。关于压模期间的模制压强没有特别的限制,但是约为300 MPa的压强是优选的。关于模制制品的形状没有特别的限制。在实施例的该模式中采用盘形形状,但是长方体或其他形状同样是可行的。
通过焙烧结果得到的模制制品获得介电体1。通常在空气下实施焙烧。此外,焙烧温度优选地是950-1400℃,并且焙烧时间优选地是2-10小时。
在这里,可能通过适当地选择焙烧条件来改变α的值。焙烧温度越高,α的值趋于越低。此外,焙烧时间越长,α的值趋于越低。
然后在结果得到的介电体1的两个表面上形成电极2、3。关于电极的材料没有特别的限制,并且可以使用Ag、Au、Cu、Pt、Ni等等。用于形成电极的方法涉及气相沉积、溅射、印刷、化学镀敷等等,但是可以使用不同于这些的方法,并且关于用于形成电极的方法没有特别的限制。在图1中示出的陶瓷电容器100可以通过上面描述的方法来产生。
此外,可以通过用于产生层压陶瓷电容器的常规方法来产生图2中示出的层压陶瓷电容器200。
上面已经给出了根据实施例的该模式的单层陶瓷电容器100和层压陶瓷电容器200的描述。根据实施例的该模式的介电组成具有当施加高DC偏压时的高电容和高介电常数、并且还具有高电阻率,并且因此能够将介电组成有利地用在中等电压或高电压电容器中。
此外,本发明不限于上面提到的实施例的模式。例如,包括根据本发明的介电组成的介电层还可以被用作用于半导体器件的介电元件等等。此外,除了介电组成的构成之外,可以自由地使用常规配置。此外,当产生陶瓷电容器时,可以借助于诸如水热合成之类的已知方法来产生煅烧粉末。
有利地将根据本发明的介电元件、电子部件和层压电子部件用在其中施加相对高的额定电压的位置中。例如,有利地可以将它们用在具有高额定电压的电源电路中,诸如DC-DC转换器或AC-DC逆变器等。
本发明使得可能提供一种介电组成,其同时具有例如当施加6 kV/mm的DC偏压时的1000或更大的介电常数、在-5%和15%之间的DC偏压特性、以及1×1013 Ωcm或更大的DC偏压电阻率,并且还提供采用所述介电组成的介电元件、电子部件和层压电子部件。
另外,根据本发明的介电元件、电子部件和层压电子部件还在用于电路保护的平滑电容器或缓冲电容器中有用,对于该平滑电容器或缓冲电容器来说存在对当施加高DC偏压时的高介电常数的需要。
另外,根据本发明的介电组成不包含铅。因此从环境观点来看,发明的介电组成、介电元件、电子部件和层压电子部件也是优越的。
示例性实施例
下面将在示例性实施例和比较示例的帮助下进一步详细描述本发明。然而,本发明不受下面的示例性实施例限制。
(示例性实施例1-19和比较示例1-5)
将下面的粉末制备为起始材料粉末:氧化铋(Bi2O3)、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸锶(SrCO3)、碳酸钡(BaCO3)、碳酸钙(CaCO3)、碳酸镁(MgCO3)、氧化锌(ZnO)、氢氧化镧(La(OH)3)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化钆(Gd2O3)和氧化钛(TiO2)。在这里,在0.1 µm-1 µm的范围内适当地调整每个起始材料粉末的平均颗粒尺寸,并且介电组成样品中的α具有表1中示出的值。
通过如下方式称出上面提到的起始材料粉末:焙烧介电组成包含Sr、Na、Bi和Ti,Sr相对于Na的摩尔比β具有表1中示出的值,在其中包含具有表1中示出的类型和量的辅助组分,并且焙烧介电组成具有钙钛矿晶体结构。
借助于球磨机来湿法混合所称量的起始材料粉末以获得混合物。在850℃的空气下对结果得到的混合物进行煅烧达2小时以获得煅烧材料。然后使用球磨机来湿法研磨煅烧材料以获得煅烧粉末。然后添加相对于100 wt%的煅烧粉末为1 wt%的聚乙烯醇(PVA)。然后在大约5 × 102 MPa的压强下对PVA已经添加到的煅烧粉末进行模制,并且获得具有17mm左右的平面直径度尺寸以及1 mm左右的厚度的盘形模制制品。
然后对盘形模制制品进行焙烧以获得介电组成样品。该焙烧期间的焙烧条件如下:在空气下执行焙烧,在950-1400℃的范围内适当地调整焙烧温度,并且在2-10小时的范围内适当地调整焙烧时间,介电组成样品中的α具有表1中示出的值,并且介电组成样品的相对密度为95%或更大。
当测量介电组成样品的密度时,发现所有示例性实施例和比较示例中的介电组成样品的密度都是相对于理论密度的95%或更大。那就是说,所有示例性实施例和比较示例中的介电组成样品的相对密度是95%或更大。
借助于X射线衍射来测量和分析介电组成样品的晶体结构。因此确认所有示例性实施例和比较示例中的介电组成样品都包括钙钛矿晶体化合物。
借助于X射线荧光分析来分析介电组成样品的构成。确认因此,辅助组分的含量是表1中示出的值,把每个样品中的Ti的含量和β看作100摩尔份。
借助于抛光将介电组成样品形成为薄片材,并且最后借助于镓离子束将观察位置切割成薄片。然后借助于扫描透射电子显微镜(STEM)观察所述观察位置。另外,在相同的观察场中执行能量色散X射线谱(EDS),并且确认元素分布。STEM和EDS中的观察场的尺寸是5µm × 5 µm并且观察场的放大倍数是40 000倍。此外,设置多个观察场。
从所述多个观察场中选择能够确认为完全被晶界包围的100个颗粒。对在这些之中具有至少一个包括SrTiO3的核部分的核-壳颗粒(特定颗粒)的数目进行计数,借助于下面的公式(1)来计算特定颗粒的比α,并且确认每个样品的α的值是表1中的值:
α=(特定颗粒的数目)/100...(公式1)。
在介电组成样品的两个表面上气相沉积Ag电极以产生电容器样品。测量电容器样品的介电常数ε1、介电常数ε2以及DC偏压电阻率ρDC,其在下面被指示。进一步从ε1和ε2计算DC偏压特性。
使用数字LCR仪表(Hewlett-Packard;4284A),根据从25℃的室温、1kHz的频率以及1.0 Vrms的输入信号电平(测量电压)的条件测得的电容来计算的介电常数ε1(没有单位)。
在将DC偏压发生器(GLASSMAN高电压;WX10P90)连接至数字LCR仪表(Hewlett-Packard;4284A)并且向用于评估的样品上施加6 V/µm的DC偏压的同时,根据从25℃的室温、1kHz的频率、和1.0 Vrms的输入信号电平(测量电压)的条件测得的电容、面对的电极的表面积和层间距离来计算介电常数ε2(没有单位)。在本示例性实施例中,对于介电常数ε2,1000或更大的值被认为是好的。
借助于下面的公式(2)从介电常数ε1和介电常数ε2计算DC偏压特性。在示例性实施例中,在-5%至15%之间的DC偏压被认为是好的:
DC偏压特性(%)=100 × (ε2-ε1)/ε1 公式(2)。
使用数字超高电阻仪表(ADVANTEST;R8340A),从当施加6 kV/mm的DC偏压达1分钟时的绝缘电阻计算DC偏压电阻率ρDC。DC偏压电阻率ρDC的更高的值是优选的。在本示例性实施例中1013 Ωcm或更大的值被认为是好的。
在表1中示出示例性实施例和比较示例中的介电常数ε1、介电常数ε2、DC偏压特性和DC偏压电阻率ρDC。展现1000或更大的介电常数ε2、在-5%和15%之间的DC偏压特性、以及1013 Ωcm或更大的DC偏压电阻率ρDC的电容器样品被认为是好的。
应该指出,表1中针对DC偏压电阻率ρDC栏的值被转位(index),例如1.0 × 1013Ωcm被表示为1.0E + 13。
从表1能够看到,其中特定颗粒的比α使得α < 0.20的根据示例性实施例1-19的电容器样品,展现1000或更大的介电常数ε2、在-5%和15%之间的DC偏压特性以及1013 Ωcm或更大的DC偏压电阻率ρDC
此外,其中辅助组分含量在0.5摩尔份和15摩尔份之间的根据示例性实施例1-15和18的电容器样品,展现1200或更大的介电常数ε2、在-5%和15%之间的DC偏压特性以及1013Ωcm或更大的DC偏压电阻率ρDC
另外,根据示例性实施例1、2a和3-15的电容器样品,其中辅助组分含量在0.5摩尔份和15摩尔份之间并且Sr相对Na的摩尔比满足0.20 ≤ β ≤ 0.86,展现1400或更大的介电常数ε2、在-5%和15%之间的DC偏压特性以及1013 Ωcm或更大的DC偏压电阻率ρDC
与此形成对比,根据不包含辅助组分的比较示例1和其中核-壳颗粒的比α使得α≥ 0.20的比较示例2-4的电容器样品,展现使得介电常数ε2、DC偏压特性和DC偏压电阻率ρDC中的任一个是不利的结果。
另外,当在0-8 kV/mm的范围内改变施加的DC偏压的同时测量根据示例性实施例1的电容器样品的介电常数。在图4中示出测量结果连同常规的基于BaTiO3的电容器样品的介电常数的变化的轮廓。
从图4清楚的是,在常规的基于BaTiO3的电容器样品的情况下,随着施加的DC偏压增加介电常数大幅下降,然而即使当DC偏压增加时,在具有根据本申请的发明的介电组成的电容器样品中也维持高介电常数。
关键符号
1...电极体
2、3...电极
5...层压体
6A、6B...内部电极层
7...介电层
11A、11B...端电极
8...核
9...壳
10...晶界
20...单相颗粒
30...核-壳颗粒
100...陶瓷电容器
200...层压陶瓷电容器
300...介电组成。

Claims (6)

1.介电组成,其具有包含至少Bi、Na、Sr和Ti的钙钛矿晶体结构,其特征在于:
所述介电组成包括从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Yb、Ba、Ca、Mg和Zn之中选择的至少一种;
所述介电组成包括具有核-壳结构的特定颗粒,所述核-壳结构具有至少一个包括SrTiO3的核部分;并且
α < 0.20,其中α是特定颗粒的数目相对于包含在介电组成中的颗粒的总数目的比。
2.根据权利要求1所述的介电组成,其中从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Yb、Ba、Ca、Mg和Zn之中选择的至少一种的含量在0.5和15摩尔份之间,把介电组成的Ti含量看作100摩尔份。
3.根据权利要求1或2所述的介电组成,其中,0.20 ≤ β ≤ 0.86,其中β是介电组成中Sr相对于Na的摩尔比。
4.介电元件,其设有根据权利要求1至3中任一项所述的介电组成。
5.电子部件,其设有包括根据权利要求1至3中任一项所述的介电组成的介电层。
6.层压电子部件,其具有通过使内部电极层和包括根据权利要求1至3中任一项所述的介电组成的介电层交替地层压而形成的层压部分。
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