CN1172321C - 介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料及其制备方法 - Google Patents
介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1172321C CN1172321C CNB021257205A CN02125720A CN1172321C CN 1172321 C CN1172321 C CN 1172321C CN B021257205 A CNB021257205 A CN B021257205A CN 02125720 A CN02125720 A CN 02125720A CN 1172321 C CN1172321 C CN 1172321C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- ceramic capacitor
- oxide
- dielectric constant
- hours
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000003985 ceramic capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 23
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 17
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 13
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 13
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 7
- 206010013786 Dry skin Diseases 0.000 claims description 6
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- ZXSQEZNORDWBGZ-UHFFFAOYSA-N 1,3-dihydropyrrolo[2,3-b]pyridin-2-one Chemical compound C1=CN=C2NC(=O)CC2=C1 ZXSQEZNORDWBGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- SWELZOZIOHGSPA-UHFFFAOYSA-N palladium silver Chemical compound [Pd].[Ag] SWELZOZIOHGSPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- LKZMBDSASOBTPN-UHFFFAOYSA-L silver carbonate Substances [Ag].[O-]C([O-])=O LKZMBDSASOBTPN-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229910001958 silver carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 5
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ITHZDDVSAWDQPZ-UHFFFAOYSA-L barium acetate Chemical compound [Ba+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O ITHZDDVSAWDQPZ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);cobalt(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- UPWOEMHINGJHOB-UHFFFAOYSA-N oxo(oxocobaltiooxy)cobalt Chemical compound O=[Co]O[Co]=O UPWOEMHINGJHOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 4
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 claims description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- YWJHUQQPWSXFTC-UHFFFAOYSA-H barium(2+) oxalate titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].[Ba++].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O YWJHUQQPWSXFTC-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 3
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 3
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001422 barium ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- IWOUKMZUPDVPGQ-UHFFFAOYSA-N barium nitrate Chemical compound [Ba+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O IWOUKMZUPDVPGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 2
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- GEZAXHSNIQTPMM-UHFFFAOYSA-N dysprosium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Dy+3].[Dy+3] GEZAXHSNIQTPMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 2
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);praseodymium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Pr+3].[Pr+3] MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);ytterbium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Yb+3].[Yb+3] UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N samarium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sm+3].[Sm+3] FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VFWRGKJLLYDFBY-UHFFFAOYSA-N silver;hydrate Chemical compound O.[Ag].[Ag] VFWRGKJLLYDFBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000009740 moulding (composite fabrication) Methods 0.000 claims 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000010304 firing Methods 0.000 abstract description 7
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002671 adjuvant Substances 0.000 abstract 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 30
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 11
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 3
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MTZOKGSUOABQEO-UHFFFAOYSA-L barium(2+);phthalate Chemical compound [Ba+2].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1C([O-])=O MTZOKGSUOABQEO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Ceramic Capacitors (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Abstract
本发明公开了属于陶瓷材料制备技术的一种介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料及制备方法。该材料的主要成份为钛酸钡、金属粉、以氧化钴和氧化铌及稀土氧化物的二次添加剂。采用固相合成法及化学合成法制备钛酸钡，并与金属粉、二次添加剂混合，加压成型，烧结成为多层陶瓷电容器材料。制备工艺中无需加入助烧剂，可以显著降低合成及烧成温度。材料的室温介电常数可以控制在4000和42000之间，容温变化率≤±15%。烧结温度可控制在1280℃以下。是具有广泛应用前景的高性能的多层陶瓷电容器材料。
Description
技术领域
本发明属于电容器材料制备技术领域，特别涉及具有介电常数、温度稳定的一种介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料及其制备方法。
技术背景
多层陶瓷电容器是将电极材料与陶瓷坯体以多层交替并联叠合起来，并同时烧成一个整体。根据国际电子工业协会EIA标准。其电容值是指以25℃的电容值为基准，在温度从-55到+125℃的范围之内，容温变化率＜±15％，介电损耗(DF)≤2.5％。多层陶瓷电容器按组成分为两大类：一类由含铅的铁电体组成，另一类以BaTiO3基的非铅系的铁电体组成。而后者由于对环境无污染，并且机械强度及可靠性优于前者，因此非铅系BaTiO3基具有广阔的应用前景。传统的非铅系多层陶瓷电容器材料的组成主要是以BaTiO3为基料，适当添加铌(Nb)、钽(Ta)、镁(Mg)、过渡元素钴(Co)、锰(Mn)等及其它元素为改性剂(二次添加剂)，一般烧结温度高，均在1300℃以上。有些还加入氧化硅(SiO2)、氧化铋(Bi2O3)等烧结助剂来降低烧结温度。制备工艺一般是通过固相合成法。工艺步骤包括称料—混料—高温合成—粉碎—二次添加—筛分—成型—烧结等。该工艺存在组分分布不均匀，合成温度高，易受杂质污染，再现性差等缺点。而且烧结温度高，能耗高，不利于工艺控制。以钛酸钡基多层陶瓷电容器的陶瓷材料的室温介电常数没有超过5000。较为成熟的产品如：美国专利，U.S Pat.No 5571767，(Wilson)威尔森发明的以BaTiO3为主料，加入氧化钕，以Bi2O3、TiO2及玻璃相PbO、Bi2O3、SiO2、TiO2、Al2O3为烧结助剂，在1100℃下，烧结制备的多层陶瓷电容器材料，介电常数最大为3200。美国材料研究分析实验室报导了低烧的BaTiO3基多层陶瓷电容器材料，其介电常数达4400，但烧结工艺复杂，需要严格控制，三次烧成，烧结温度～1110℃。
发明内容
本发明的目的是提供一种介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料及其制备方法，所述多层陶瓷电容器材料主要由钛酸钡、金属粉末及二次添加剂组成。所述多层电容器材料是以钛酸钡为主料，加入用于提高介电性能的金属粉，以及用于改善温度性能的二次添加剂，以摩尔比的配方为：
x([100-(a+b+c)]BaTiO3+aNb2O5+bCo3O4+cRe+dMnO2)+(1-x)Me，其中0.5≤x≤1.0，0.1≤a≤3.0，0.1≤b≤1.5，0.1≤c≤1.2，1.0≤a/b≤5.0，Me代表金属银(Ag)、钯(Pd)、银钯合金(Ag-Pd)，Re代表钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、镝(Dy)、铒(Er)和镱(Yb)的氧化物，其中氧化锰(MnO2)适量加入或不加均可。
所述主料BaTiO3所占的摩尔比为50-99％；所述金属粉末所占的摩尔比为0-49％的银、钯或银钯合金的1-3种，二次添加物的用量占材料总量的0.5-4mol％。其二次添加物包括氧化铌(Nb2O5)、三氧化二钴(Co2O3)、或四氧化三钴(Co3O4)及稀土氧化物氧化钇(Y2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化镨(Pr2O3)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化镱(Yb2O3)中的1-3种。
所述介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料的制备方法是：制备主料BaTiO3，再按配方x([100-(a+b+c)]BaTiO3+aNd2O5+bCo3O4+cRe+dMnO2)+(1-x)Me，配比混合后球磨、干燥、成型、烧结而成。
制备工艺步骤如下：
1.固相法合成BaTiO3材料：将初始原料TiO2，和BaCO3按化学计量比称量，以水为介质混合球磨24小时，达到其粒度小于1μm后，在70～120℃温度下，烘6小时，再在1200℃温度下、6小时内固相反应合成BaTiO3；
2.并按配方比例加入金属粉末、二次添加剂混合，以水为介质球磨24-72小时；
3.在70～120℃温度下，干燥6小时成型；
4烧结在1150～1300℃的温度范围，烧结30～240分钟，自然冷却后即得多层陶瓷电容器材料。
所述钛酸钡(BaTiO3)是采用钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)、硝酸钡(Ba(NO3)2)、醋酸钡(Ba(CH3COO)2)以化学方法合成的。其合成工艺为：将三种原料按化学计量配成溶液，溶液中Ti或Ba离子浓度在0.1～5M之间；以草酸为沉淀剂进行共沉淀，形成草酸氧钛钡白色沉淀物，沉淀反应温度10～80℃，反应时间为2～4小时；将沉淀物先用去离子水洗涤后，再用乙醇冲洗脱水，在70～120℃下经10～24小时烘干；并在700～1100℃下煅烧，保温0.5～2小时后，获得超细粉体的材料BaTiO3；然后将二次添加剂、金属粉末与其均匀混合，以水为介质球磨24～72小时；在70～120℃下经10～24小时干燥后，加压成型、烧结，自然冷却即得介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料。
所述BaTiO3主料直接与金属粉末、添加剂混合均匀，以无水乙醇为介质球磨24-72小时；在50～70℃下，经10～24小时干燥后，加压成型，并在1150～1300℃下，经30～240分钟烧结，自然冷却即得介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料。
所述BaTiO3主料与金属氧化物或其它易分解为金属的盐、添加剂混合均匀，以无水乙醇为介质球磨24～72小时；在50～70℃下，经10～24小时干燥；在300～500℃下，预烧该种粉体，使其中的金属氧化物或金属盐分解出金属粉末，然后加压成型；在1150～1300℃下，经30～240分钟烧结，自然冷却即得多层陶瓷电容器材料。所述金属粉末为金属氧化物或其它易分解的金属盐为氧化银(Ag2O)、碳酸银(Ag2CO3)或硝酸银(AgNO3)。
本发明的有益效果是，使用本发明工艺无需加入任何助烧剂，就可以在≤1280℃的温度下烧结出性能优异的介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料，材料的室温介电常数可以控制在4400～42000之间，在-55℃～+125℃范围内的容温变化率＜±15％，并且具有1012～1013Ω·CM的高绝缘电阻率，性能稳定，击穿电压大于5KV/mm，介质损耗小，机械强度大，可靠性高、均匀性好等特点。本发明制备工艺简便，利用材料自身的优势降低烧结温度，烧成范围宽，配方简单可调，烧结工艺易控。
附图说明
图1为对应于实施例1的样品介电常数随温度变化的特性曲线。
图2为对应于实施例1的样品电容温度变化率随温度变化的特性曲线。
图3为对应于实施例2的样品介电常数随温度变化的特性曲线。
图4为对应于实施例2的样品电容温度变化率随温度变化的特性曲线。
图5为对应于实施例3的样品介电常数随温度变化的特性曲线。
图6为对应于实施例3的样品电容温度变化率随温度变化的特性曲线。
图7为对应于实施例4的样品介电常数随温度变化的特性曲线。
图8为对应于实施例4的样品电容温度变化率随温度变化的特性曲线。
图9为对应于实施例5的样品介电常数随温度变化的特性曲线。
图10为对应于实施例5的样品电容温度变化率随温度变化的特性曲线。
具体实施方式
图1～图10所示为照本发明的制备方法所作的实施例1～5的各样品(表1-表5中所示)介电常数的温度特性曲线和电容随温度变化率的温度曲线。其测试温度为-60℃～130℃。表中ε为材料的介电常数；TCC：容温变化率；tgδ(25℃)：室温时介电损耗；TCC(T)％＝100×(ε(T)-ε(25℃))/ε(25℃)。
结合上面测试曲线图，例举下面实施例分别对本发明予以说明：
实施例1，以Nb、Co、Nd元素掺杂为例。固定添加剂Nb、Co用量为1.0mol％。Nb∶Co＝2.5。钛酸钡(BaTiO3)主料采用化学合成方法制取，其初始原料钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)102.1g溶于乙醇，醋酸钡(Ba(CH3COO)2)为76.64g溶于水，草酸(H2C2O4·2H2O)为83.2g溶于乙醇。先将钛酸四丁酯乙醇溶液加入草酸乙醇溶液中，搅拌均匀，然后将醋酸钡水溶液缓慢加入，形成草酸氧钛钡的白色沉淀。沉淀物先以去离子水清洗数次，再用乙醇清洗数次后，经干燥，煅烧，获得白色的钛酸钡粉体材料。在钛酸钡粉体材料20g中分别按配方加入二次添加剂，配方中氧化铌和氧化钴的含量为1.0mol％，氧化钕的含量分别为0.3、0.5、0.7、0.8、0.9和1.0mol％，记为1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6。配料经球磨混合，干燥后，于2MPa压力下压制成型，直径为10mm，厚度为1mm。于1240℃烧结4h。升温速度为6℃/min。烧成的瓷片上下烧银后测量其介电性能。所获得的陶瓷样片的介电性能参数见表1。图1曲线给出的是样品的介电温度特性曲线。图2给出样品的容温变化率曲线。
实施例2：固定配方主料钛酸钡为98mol％，氧化铌和氧化钴的含量为1.0mol％，氧化钕为1.0mol％。钛酸钡采用实施例1的化学合成法制取。在钛酸钡粉体材料20g中分别按实施例1配方加入二次添加剂，配料经球磨混合，干燥后，于2MPa压力下压制成型，直径为10mm，厚度为1mm。分别于1200℃，1220℃，1240℃，1250℃，1260℃，1280℃烧结2h。升温速度为6℃/min。烧成的瓷片上下表面烧银后测量其介电性能。所获得的陶瓷样片的介电性能参数见表2。图3曲线给出的是样品的介电温度特性曲线。图4给出样品的容温变化率曲线。
实施例3：使用称量三组20g钛酸钡，按照实施例1配方加入二次添加剂，然后分别加入0.2g、1.0g、2.0g金属银粉，记为3-1、3-2、3-3，配料经酒精球磨混合，干燥后，于2MPa压力下成型后，在1240℃烧结，保温时间为2小时。所获得的陶瓷样品烧银后测试其介电性能。表3列出1240℃烧结下，不同金属Ag粉添加量陶瓷样品的介电性能参数。图5和图6分别为样品的介电温度特性曲线和容温变化率曲线。
实施例4：使用实施例2制备的纯钛酸钡粉体，称量三组20g钛酸钡，按照实施例1配方加入二次添加剂，然后分别加入4.72g、6.30g、7.24g硝酸银(AgNO3)，记为4-1、4-2、4-3，配料经酒精球磨混合，干燥后，在350℃下进行热处理，保温时间为2小时。预处理后硝酸银分解为金属银单质。然后将该粉在2MPa压力下成型后，在1250℃烧结，保温时间为2小时。所获得的陶瓷样品烧银后测试其介电性能。表4列出1250℃烧结下，不同硝酸银添加量陶瓷样品的介电性能参数。图7和图8分别为样品的介电温度特性曲线和容温变化率曲线。
实施例5：对本发明实施例二制备的纯钛酸钡粉体，称量三组20g钛酸钡，按照配方加入二次添加剂，然后分别加入6.39g、7.16g、7.67g碳酸银(Ag2CO3)，记为5-1、5-2、5-3，配料经酒精球磨混合，干燥后，在300℃下进行热处理，保温时间为2小时。预处理后碳酸银分解为金属银单质。然后将该粉在2MPa压力下成型后，在1240℃烧结，保温时间为2小时。所获得的陶瓷样品烧银后测试其介电性能。表5列出1240℃烧结下，不同碳酸银添加量陶瓷样品的介电性能参数。图9和图10分别为样品的介电温度特性曲线和容温变化率曲线。另外，陶瓷材料的绝缘电阻和击穿电压测试结果见表6。
上述实验结果说明，通过配方、工艺以及金属添加量的调整，在1200～1250℃，不加烧结助剂的条件下，可以获得超高介电常数(高达42000)温度稳定型的钛酸钡基多层陶瓷电容器材料。样品的室温介电常数可以控制在4000到42000之间，容温变化率小于±15％，介电损耗小于2.5％。绝缘电阻率为1012～1013Ω·CM，击穿电压大于5KV/mm。利用本发明的配方和工艺，特别是化学法制备工艺，可获得烧结温度低，性能可调，烧结温度范围宽，稳定性和再现性良好的钛酸钡基的多层陶瓷电容器材料。而且材料的晶粒均匀，粒径小于1微米，机械强度好，可靠性高，耐击穿特性强，可以应用于大容量多层陶瓷电容器，是一种具有广泛应用前景的超高介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料。
表1
| SAMPLE | CONDITION | E | TCC(％) | E(25℃) | E | TCC(％) | TGδ(25℃)(％) |
| -55℃ | 125℃ | ||||||
| 1-1 | 1240℃/4h | 2981 | -13.9 | 3462 | 4213 | 21.7 | 2.76 |
| 1-2 | 1240℃/4h | 4053 | -2.33 | 4150 | 4601 | 10.9 | 1.31 |
| 1-3 | 1240℃/4h | 4488 | 2.61 | 4374 | 4366 | -0.18 | 1.50 |
| 1-4 | 1240℃/4h | 4356 | 2.93 | 4232 | 3946 | -6.75 | 1.55 |
| 1-5 | 1240℃/4h | 4290 | 0.92 | 4251 | 4186 | -1.53 | 1.38 |
| 1-6 | 1240℃/4h | 4273 | 2.10 | 4185 | 3783 | -9.60 | 1.32 |
表2
| SAMPLE | CONDITION | E | TCC(％) | E(25℃) | E | TCC(％) | TGΔ(25℃)(％) |
| -55℃ | 125℃ | ||||||
| 2-1 | 1200℃/2h | 2557 | -11.8 | 2901 | 3226 | 11.2 | 6.18 |
| 2-2 | 1220℃/2h | 3147 | -7.69 | 3409 | 3843 | 12.7 | 1.91 |
| 2-3 | 1240℃/2h | 3677 | -0.59 | 3799 | 4080 | 7.4 | 1.86 |
| 2-4 | 1250℃/2h | 3908 | 0.51 | 3850 | 4273 | 10.2 | 1.70 |
| 2-5 | 1260℃/2h | 4571 | 2.21 | 4472 | 4306 | -3.7 | 1.68 |
| 2-6 | 1280℃/2h | 4470 | -2.57 | 4588 | 4262 | -7.1 | 1.45 |
表3
| SAMPLE | CONDITION | E | TCC(％) | E(25℃) | E | TCC(％) | TGΔ(25℃)(％) |
| -55℃ | 125℃ | ||||||
| 3-1 | 1240℃/2h | 4154 | -5.65 | 4403 | 4649 | 5.58 | 0.84 |
| 3-2 | 1240℃/2h | 4750 | -7.52 | 5136 | 5222 | 1.67 | 0.869 |
| 3-3 | 1240℃/2h | 5825 | -10.40 | 6501 | 6286 | 3.30 | 1.21 |
表4
| SAMPLE | CONDITION | E | TCC(％) | E(25℃) | E | TCC(％) | TGΔ(25℃)(％) |
| -55℃ | 125℃ | ||||||
| 4-1 | 1250℃/2h | 7202 | -12.53 | 8234 | 7694 | -6.56 | 1.48 |
| 4-2 | 1250℃/2h | 10140 | -14.50 | 11860 | 10760 | -9.27 | 2.06 |
| 4-3 | 1250℃/2h | 16590 | -15.62 | 19710 | 17540 | -11.01 | 1.97 |
表5
| SAMPLE | CONDITION | E | TCC(％) | E(25℃) | E | TCC(％) | TGΔ(25℃)(％) |
| -55℃ | 125℃ | ||||||
| 5-1 | 1240℃/2h | 15630 | -15.65 | 18530 | 16420 | -11.38 | 1.91 |
| 5-2 | 1240℃/2h | 29160 | -15.72 | 34600 | 29730 | -14.07 | 2.28 |
| 5-3 | 1240℃/2h | 35800 | -14.25 | 41750 | 35630 | -14.65 | 2.21 |
表6
| Sample | Sintering Condition | ρ(×1012Ω·cm) | Breaking Down Voltage(Kv/mm) |
| 1-3 | 1240℃-4h | 14.5 | 11.6 |
| 1-4 | 1240℃-4h | 20.3 | 11.0 |
| 4-2 | 1240℃-2h | 12.7 | 5.8 |
Claims (7)
1.一种介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料，主要由钛酸钡、金属粉末及二次添加剂组成，其特征在于：所述多层电容器材料是以钛酸钡为主料，加入用于提高介电性能的金属粉，以及用于改善温度性能的二次添加剂，以摩尔比的配方为：
x([100-(a+b+c)]BaTiO3+a Nb2O5+b Co3O4+c Re+d MnO2)+(1-x)Me，其中0.5≤x≤1，0.1≤a≤3，0.1≤b≤1.5，0.1≤c≤1.2，1≤a/b≤5；Me代表金属银(Ag)、钯(Pd)、银钯合金(Ag-Pd)，Re代表钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、镝(Dy)、铒(Er)和镱(Yb)的氧化物，其中氧化锰(MnO2)加入或不加入均可。
2.根据权利要求1所述介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料，其特征在于：所述主料BaTiO3所占的摩尔比为50-99％；所述金属粉末所占的摩尔比为0-49％，其包括银、钯或银钯合金的1-3种；二次添加剂的用量占材料总量的0.5-4mol％，其二次添加剂包括氧化铌(Nb2O5)、三氧化二钴(Co2O3)、或四氧化三钴(Co3O4)及稀土氧化物氧化钇(Y2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化镨(Pr2O3)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化镝(Dy2O3)或氧化镱(Yb2O3)中的1-3种。
3.一种介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料的制备方法，其特征在于：先制备主料BaTiO3，再按配方x([100-(a+b+c)]BaTiO3+a Nb2O5+b Co3O4+c Re+d MnO2)+(1-x)Me配比混合后球磨、干燥、成型烧结而成，其中Me代表金属银(Ag)、钯(Pd)、银钯合金(Ag-Pd)，Re代表钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、镝(Dy)、铒(Er)和镱(Yb)的氧化物；其制备工艺步骤如下：
1).固相法合成BaTiO3，将初始原料TiO2，和BaCO3按化学计量比称量，以水为介质混合球磨24小时，达到其粒度小于1μm，后在70～120℃温度下，烘6小时，再在1200℃温度下、6小时内固相反应合成BaTiO3；
2).按配方比例加入金属粉末、二次添加剂混合，以水为介质球磨24-72小时；
3).在70～120℃温度下，干燥6小时成型；
4).烧结在1150～1300℃温度范围内，烧结30～240分钟，自然冷却后即得多层陶瓷电容器材料。
4.根据权利要求3所述一种介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料的制备方法，其特征在于：所述钛酸钡(BaTiO3)是采用钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)、硝酸钡(Ba(NO3)2)和醋酸钡(Ba(CH3COO)2)以化学方法合成的；其合成工艺为：将三种原料按化学计量比配成溶液，使溶液中Ti或Ba离子浓度在0.1～5M之间；加入沉淀剂草酸进行共沉淀，形成草酸氧钛钡白色沉淀物，沉淀反应温度10～80℃，反应时间为2～4小时；将沉淀物先用去离子水洗涤后，再用乙醇冲洗脱水，在70～120℃下经10～24小时烘干；并在700～1100℃下煅烧，保温0.5～2小时后，即获得超细粉体的材料BaTiO3；然后将二次添加剂、金属粉末按配方与其均匀混合，以水为介质球磨24～72小时；在70～120℃下经10～24小时干燥后，加压成型，烧结成为多层陶瓷电容器材料。
5.根据权利要求3所述介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料的制备方法，其特征在于：所述BaTiO3主料直接与金属粉末、二次添加剂混合均匀，以无水乙醇为介质球磨24-72小时后，在50～70℃下，经10～24小时干燥后，加压成型、烧结成为多层陶瓷电容器材料。
6.根据权利要求3所述介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料的制备方法，其特征在于：所述BaTiO3主料与金属氧化物或其它易分解的金属盐、二次添加剂混合均匀，以无水乙醇为介质球磨24～72小时，在50～70℃下，经10～24小时干燥，并在300～500℃下，预烧该种粉体，使其中的金属氧化物或金属盐分解出金属粉末，然后加压成型、烧结成为多层陶瓷电容器材料。
7.根据权利要求6所述介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物或其它易分解的金属盐为氧化银(Ag2O)、碳酸银(Ag2CO3)或硝酸银(AgNO3)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021257205A CN1172321C (zh) | 2002-08-14 | 2002-08-14 | 介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021257205A CN1172321C (zh) | 2002-08-14 | 2002-08-14 | 介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1397957A CN1397957A (zh) | 2003-02-19 |
| CN1172321C true CN1172321C (zh) | 2004-10-20 |
Family
ID=4745647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB021257205A Expired - Fee Related CN1172321C (zh) | 2002-08-14 | 2002-08-14 | 介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1172321C (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100378032C (zh) * | 2005-11-21 | 2008-04-02 | 天津大学 | 钛酸钡基陶瓷电容器介质及其制备方法 |
| CN101226827B (zh) * | 2007-12-28 | 2010-05-19 | 天津大学 | 超高介电常数多层陶瓷电容器介质及其制备方法 |
| CN101503293B (zh) * | 2009-03-06 | 2012-12-05 | 湖北大学 | 一种掺杂钛酸锶钡高介电性铁电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN101492293B (zh) * | 2009-03-09 | 2011-08-10 | 陕西科技大学 | 钛酸钡基y5p陶瓷介电材料及其制备方法 |
| CN101763926B (zh) * | 2010-02-25 | 2012-03-21 | 深圳市三宝创业科技有限公司 | 一种正温度系数热敏电阻器及其制备方法 |
| CN102320826B (zh) * | 2011-05-31 | 2013-07-17 | 武汉理工大学 | 多壳层结构x8r电容器介电陶瓷及其制备方法 |
| CN102242400B (zh) * | 2011-06-29 | 2013-06-05 | 浙江大学 | 一种制备单晶CaTiO3枝晶的方法 |
| CN102503407B (zh) * | 2011-09-30 | 2013-05-29 | 天津大学 | 无铅x8r型多层陶瓷电容器介质及其制备方法 |
| CN102718501B (zh) * | 2012-06-19 | 2013-07-31 | 河北大学 | 高介电常数温度稳定型电容器瓷粉的制备方法 |
| CN103979953A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-08-13 | 湖南中科特种陶瓷技术开发有限公司 | 一种新型稀土改性微波介质陶瓷及其制备方法 |
| CN107759215A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-03-06 | 苏州大学 | 制备巨介电常数低损耗陶瓷电容器的方法 |
| CN113582681B (zh) * | 2021-08-26 | 2022-11-29 | 四川特锐祥科技股份有限公司 | 一种高介电常数高抗电强度介质材料及制备方法 |
| CN113831123B (zh) * | 2021-09-07 | 2022-08-12 | 成都宏科电子科技有限公司 | 钛酸钡基芯片电容器用介质陶瓷材料及其制备方法和应用 |
| CN114230335B (zh) * | 2021-12-22 | 2022-12-13 | 福建贝思科电子材料股份有限公司 | 一种巨介电常数、低损耗和高电阻率的BaTiO3基细晶陶瓷及其制备方法 |
-
2002
- 2002-08-14 CN CNB021257205A patent/CN1172321C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1397957A (zh) | 2003-02-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111763082B (zh) | 一种钛酸锶钡基介质陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| JP4521387B2 (ja) | 耐還元性誘電体磁器組成物 | |
| CN1172321C (zh) | 介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料及其制备方法 | |
| JP2681214B2 (ja) | セラミック誘電体用組成物、これを用いて得られるセラミック誘電体及びその製造方法 | |
| US11842852B2 (en) | Multilayer ceramic capacitor | |
| US20090135546A1 (en) | Nano complex oxide doped dielectric ceramic material, preparation method thereof and multilayer ceramic capacitors made from the same | |
| TWI573775B (zh) | Ceramic capacitor dielectric material | |
| KR20120075347A (ko) | 유전체 자기 조성물 및 전자 부품 | |
| CN101570434A (zh) | X8r型贱金属内电极多层陶瓷电容器介质材料及其制备方法 | |
| CN1837145A (zh) | 低温烧结的温度稳定型多层陶瓷电容器介质材料 | |
| KR20160111404A (ko) | 유전체 조성물과 유전체 소자와 전자부품 및 적층 전자부품 | |
| CN102030526B (zh) | 一种抗还原陶瓷介质材料及其制备方法 | |
| CN1067361C (zh) | 温度稳定型高介多层陶瓷电容器材料的组成和制备方法 | |
| CN114591079B (zh) | 一种高压低损陶瓷电容器介质及其制备方法 | |
| CN114520114B (zh) | 一种高温度稳定性钛酸铋钠基介质储能陶瓷及其制备方法 | |
| CN1635592A (zh) | 高介电、抗还原陶瓷材料及其制备的陶瓷电容器 | |
| US11282642B2 (en) | Dielectric composition and electronic component | |
| JP4954135B2 (ja) | 誘電体磁器組成物、その製造方法、及び誘電体磁器コンデンサ | |
| CN111960817A (zh) | 高介低损耗耐高压电容器用陶瓷介质材料及其制备方法 | |
| CN1404081A (zh) | 用于贱金属电极的高介电、抗还原电容介质材料 | |
| KR100875288B1 (ko) | Ｙ5ｖ 특성이 우수한 ｍｌｃｃ용 유전체 조성물 및 그의제조방법 | |
| KR910001347B1 (ko) | 초저온에서 소결되는 세라믹 조성물 및 그 제조방법 | |
| JP2958826B2 (ja) | 誘電体磁器組成物 | |
| CN1254455C (zh) | 一种温度稳定型介电陶瓷材料的制备方法 | |
| JP2621478B2 (ja) | 高誘電率磁器組成物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20041020 Termination date: 20170814 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |