KR102592496B1 - Dielectric ceramic material for high temperature and high voltage and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온, 고전압용 유전체 세라믹 소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 유전체 세라믹 소재를 제공한다.
[화학식 1]
(1-y)[(BiNa)0.5-xLaxTiO3]-yCaZrO3
여기서, 상기 x는, 0 내지 0.04의 실수이고, 상기 y는, 0.05 내지 0.1의 실수이다.
The present invention relates to a dielectric ceramic material for high temperature and high voltage and a manufacturing method thereof. One aspect of the present invention provides a dielectric ceramic material containing a compound represented by the following formula (1).
[Formula 1]
(1-y)[(BiNa) 0.5-x La x TiO 3 ]-yCaZrO 3
Here, x is a real number from 0 to 0.04, and y is a real number from 0.05 to 0.1.

Description

고온, 고전압용 유전체 세라믹 소재 및 이의 제조방법 {DIELECTRIC CERAMIC MATERIAL FOR HIGH TEMPERATURE AND HIGH VOLTAGE AND ITS MANUFACTURING METHOD} Dielectric ceramic material for high temperature and high voltage and manufacturing method thereof {DIELECTRIC CERAMIC MATERIAL FOR HIGH TEMPERATURE AND HIGH VOLTAGE AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 고온, 고전압용 유전체 세라믹 소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dielectric ceramic material for high temperature and high voltage and a method of manufacturing the same.

적층 세라믹 커패시터(Multi-Layer Ceramic Capacitor, MLCC)는 수백 층 이상의 세라믹 유전체와 내부 금속전극이 상호 교차된 적층 구조의 고유전율 커패시터로 전기에너지를 저장하는 용도로 사용되는 전자소자이다.A multi-layer ceramic capacitor (MLCC) is an electronic device used to store electrical energy as a high-dielectric constant capacitor with a multi-layered structure in which several hundred or more layers of ceramic dielectric and internal metal electrodes intersect.

최근 전기 자동차의 수요 증가 및 자동차의 전장화가 가속화되면서 자동차의 엔진, 변속기 등 발열부위(150 ℃ 이상)에서 정상적으로 작동할 수 있는 전장용 MLCC의 수요가 증가하고 있으나, 아직까지 150 ℃ 이상에서 동작 가능하며, 고신뢰성을 가진 커패시터는 전무한 실정이다.Recently, as the demand for electric vehicles has increased and the electronicization of automobiles has accelerated, the demand for automotive MLCCs that can operate normally in heat-generating areas (above 150 ℃) such as automobile engines and transmissions is increasing. However, they are still capable of operating above 150 ℃. And there are no capacitors with high reliability.

고신뢰성 커패시터를 개발하기 위해서는 고온까지 유전율 변화가 작고, 유전 손실이 낮으며, 고전압 특성을 보유한 유전체 소재가 필수적이다.In order to develop high-reliability capacitors, dielectric materials with small dielectric constant changes up to high temperatures, low dielectric loss, and high voltage characteristics are essential.

이를 위해 고온 안정성을 위해 BaTiO3 (BT) 기반의 고유전율 유전체 개발이 활발히 진행되고 있는데, 일례로 다양한 원소(Mg, Gd, Dy, Y, Mg, Mn, V, Zn)를 사용하여 의도적으로 코어-쉘 형태의 결정립을 만들고 유전체 큐리 온도를 이동시켜 모재의 유전율을 제어함으로써 유전율의 온도 의존성을 낮추는 방법이 알려진 바 있다.To this end, the development of high dielectric constant dielectrics based on BaTiO 3 (BT) is actively underway for high temperature stability. For example, various elements (Mg, Gd, Dy, Y, Mg, Mn, V, Zn) are intentionally used to form a core. -There is a known method of lowering the temperature dependence of the dielectric constant by controlling the dielectric constant of the base material by creating shell-shaped crystal grains and shifting the dielectric Curie temperature.

그러나, 아직까지 상용 커패시터의 125 ℃의 한계 온도를 극복할 수 있는 유전체 세라믹 소재의 개발은 미비한 실정으로, 고온, 고전압 커패시터에 사용될 수 있는 유전체 세라믹 소재의 개발이 신속히 이루어질 필요가 있다.However, the development of dielectric ceramic materials that can overcome the temperature limit of 125°C of commercial capacitors is still insufficient, and there is a need to quickly develop dielectric ceramic materials that can be used in high-temperature, high-voltage capacitors.

전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above-mentioned background technology is possessed or acquired by the inventor in the process of deriving the disclosure of the present application, and cannot necessarily be said to be known technology disclosed to the general public before the present application.

(특허문헌 1) KR 10-2017-0042713 A
(특허문헌 2) KR 10-2009-0088991 A
(특허문헌 3) CN 101033132 A
(Patent Document 1) KR 10-2017-0042713 A
(Patent Document 2) KR 10-2009-0088991 A
(Patent Document 3) CN 101033132 A

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 고온, 고전압 커패시터에 적용될 수 있는 유전체 세라믹 소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is to provide a dielectric ceramic material that can be applied to high temperature, high voltage capacitors and a method of manufacturing the same.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명의 일 측면은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 유전체 세라믹 소재를 제공한다.One aspect of the present invention provides a dielectric ceramic material containing a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

(1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3

여기서, 상기 x는, 0 내지 0.04의 실수이고, 상기 y는, 0.05 내지 0.1의 실수이다.Here, x is a real number from 0 to 0.04, and y is a real number from 0.05 to 0.1.

일 실시형태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 단일상 (single phase) 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the compound represented by Formula 1 may be a single phase.

일 실시형태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, ABO3 페로브스카이트 구조를 갖는 Bi1/2Na1/2TiO3 복합체에서, A-site의 Bi3+ 및 Na+가 La3+로 동시 치환된 것일 수 있다.According to one embodiment, the compound represented by Formula 1 is a Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 complex having an ABO 3 perovskite structure, where Bi 3+ and Na + at the A-site are La 3 It may be simultaneously substituted with + .

일 실시형태에 따르면, 상기 유전체 세라믹 소재는, - 55 ℃ 내지 200 ℃의 온도범위에서, 정전용량 온도계수(temperature coefficient of capacitance, TCC)가 ±17 % 이내이고, 유전손실(Dissipation Factor)이 2 % 이하이고, 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)이 8.0 kV/mm 이상인 것일 수 있다.According to one embodiment, the dielectric ceramic material has a temperature coefficient of capacitance (TCC) within ±17% and a dielectric loss (dissipation factor) of 2 in the temperature range of -55°C to 200°C. % or less, and the breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) may be 8.0 kV/mm or more.

일 실시형태에 따르면, 상기 유전체 세라믹 소재는, 25 ℃ 내지 200 ℃의 온도범위에서, 정전용량 온도계수(temperature coefficient of capacitance, TCC)가 ±15 % 이내이고, 유전손실(Dissipation Factor)이 1 % 이하이고, 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)이 8.8 kV/mm 이상인 것일 수 있다.According to one embodiment, the dielectric ceramic material has a temperature coefficient of capacitance (TCC) within ±15% and a dielectric loss (dissipation factor) of 1% in a temperature range of 25°C to 200°C. or less, and the breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) may be 8.8 kV/mm or more.

본 발명의 다른 측면은, Bi2O3 분말, Na2CO3 분말, La2O3 분말, TiO2 분말, CaCO3 분말 및 ZrO2 분말을 혼합하여, 분말 혼합물을 준비하는 단계; 상기 분말 혼합물을 볼 밀링하고, 건조하는 단계; 상기 건조된 분말 혼합물을 하소하는 단계; 상기 하소된 분말 혼합물을 체로 거르는 단계; 상기 걸러진 분말 혼합물을 가압 성형하여 펠렛을 형성하는 단계; 및 상기 걸러진 분말 혼합물을 소결하는 단계;를 포함하는, 유전체 세라믹 소재의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention is Bi 2 O 3 powder, Na 2 CO 3 powder, La 2 O 3 powder, TiO 2 powder, CaCO 3 powder and mixing ZrO 2 powder to prepare a powder mixture; Ball milling and drying the powder mixture; Calcining the dried powder mixture; sieving the calcined powder mixture; Pressuring and molding the filtered powder mixture to form pellets; and sintering the filtered powder mixture. A method for manufacturing a dielectric ceramic material is provided.

일 실시형태에 따르면, 상기 볼 밀링은, 상기 분말 혼합물을 에탄올에 첨가한 후 지르코니아 볼을 사용하여 10 시간 내지 30 시간동안 수행하는 것이고, 상기 건조는, 80 ℃ 내지 120 ℃의 온도로 10 시간 내지 30 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the ball milling is performed using zirconia balls for 10 to 30 hours after adding the powder mixture to ethanol, and the drying is performed at a temperature of 80 ° C. to 120 ° C. for 10 hours to 30 hours. It could be something you do for 30 hours.

일 실시형태에 따르면, 상기 하소하는 단계는, 600 ℃ 내지 1200 ℃의 온도로 1 시간 내지 3 시간 동안 수행하는 것이고, 상기 소결하는 단계는, 800 ℃내지 1500 ℃의 온도로 1 시간 내지 3 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the calcination step is performed at a temperature of 600°C to 1200°C for 1 hour to 3 hours, and the sintering step is performed at a temperature of 800°C to 1500°C for 1 hour to 3 hours. It may be done.

일 실시형태에 따르면, 상기 체로 걸러진 분말 혼합물의 크기는, 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the size of the sieved powder mixture may be 10 ㎛ to 200 ㎛.

일 실시형태에 따르면, 상기 유전체 세라믹 소재는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the dielectric ceramic material may include a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

(1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3

여기서, 상기 x는, 0 내지 0.04의 실수이고, 상기 y는, 0.05 내지 0.1의 실수이다.Here, x is a real number from 0 to 0.04, and y is a real number from 0.05 to 0.1.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 유전체 세라믹 소재 또는 상기 제조방법으로 제조된 유전체 세라믹 소재를 포함하는, 적층 세라믹 커패시터를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a multilayer ceramic capacitor including the dielectric ceramic material or the dielectric ceramic material manufactured by the manufacturing method.

일 실시형태에 따르면, 상기 커패시터는 전장용인 것일 수 있다.According to one embodiment, the capacitor may be for electrical purposes.

본 발명에 따른 유전체 세라믹 소재는, 페로브스카이트 구조를 갖는 Bi1/2Na1/2TiO3 복합체 A-site의 Bi3+ 및 Na+를 La3+로 동시 치환하고, 이에 온도 보상용 소재인 CaZrO3를 혼합하여 형성된 화합물을 포함함으로써, 고온범위를 포함한 넓은 온도범위에서 정전용량 온도계수, 고온부 유전손실 및 절연파괴전압 특성이 개선된 효과가 있다.The dielectric ceramic material according to the present invention simultaneously replaces Bi 3+ and Na + of the A-site of the Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 composite with a perovskite structure with La 3+ and is used for temperature compensation. By including a compound formed by mixing the material CaZrO 3 , the capacitance temperature coefficient, high temperature dielectric loss, and breakdown voltage characteristics are improved over a wide temperature range, including the high temperature range.

또한, 본 발명에 따른 유전체 세라믹 소재는, 고온, 고전압용 커패시터에 적용 가능하며, 특히, EIA 규격 X8R, X9R을 만족하여 전장용 MLCC에 사용 가능한 효과가 있다.In addition, the dielectric ceramic material according to the present invention can be applied to capacitors for high temperature and high voltage, and in particular, it satisfies EIA standards X8R and X9R, so it can be used in MLCC for automotive applications.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유전체 세라믹 소재의 제조 과정을 나타낸 순서도이다.
도 2는, BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, Bi, Na자리에 치환되는 La의 비율, 첨가되는 CaZrO3의 몰비율에 따른 XRD 분석 결과이다.
도 3은, BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, La을 Bi, Na자리에 동시 치환하거나 A-site에 한자리만 치환할 경우에 XRD 분석 결과이다.
도 4는, BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, La을 Bi, Na자리에 동시 치환하거나 A-site에 한자리만 치환할 경우에 SEM 이미지 분석 결과이다.
도 5는, BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, Bi, Na자리에 치환되는 La의 비율, 첨가되는 CaZrO3의 몰비율 별, 온도에 따른 유전율을 나타낸 것이다.
도 6은, BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, La의 치환 사이트 별 온도에 따른 유전율을 나타낸 것이다.
도 7은, (1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 유전체 세라믹 소재에 있어서, y가 0.1이고, x가 0.04일 경우(BNLT4-10CZ), - 100 ℃ 내지 500 ℃의 온도 범위에서, 정전용량 온도계수(TCC) 및 유전손실(Dissipation Factor)을 나타낸 것이다.
도 8은, (1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 유전체 세라믹 소재에 있어서, y가 0.1이고, x가 0.02일 경우(BNLT2-10CZ), - 100 ℃ 내지 500 ℃의 온도 범위에서, 정전용량 온도계수(TCC) 및 유전손실(Dissipation Factor)을 나타낸 것이다.
도 9는, 0.9[(BiNa)0.5TiO3]-0.1CaZrO3(BNLT0-10CZ) 유전체 세라믹 소재의 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)을 나타낸 것이다.
도 10은, 0.9[(BiNa)0.49La0.02TiO3]-0.1CaZrO3 (BNLT2-10CZ) 유전체 세라믹 소재의 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)을 나타낸 것이다.
1 is a flowchart showing the manufacturing process of a dielectric ceramic material according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the results of XRD analysis according to the ratio of La substituted for Bi and Na sites and the molar ratio of added CaZrO 3 in the BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric.
Figure 3 shows the results of XRD analysis when, in a BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric, La is simultaneously substituted at the Bi and Na sites or when only one site is substituted at the A-site.
Figure 4 shows the results of SEM image analysis when La is simultaneously substituted at the Bi and Na sites or when only one site is substituted at the A-site in a BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric.
Figure 5 shows the dielectric constant according to temperature, by the ratio of La substituted for Bi and Na sites, and by the molar ratio of added CaZrO 3 in the BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric.
Figure 6 shows the dielectric constant according to temperature for each La substitution site in a BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric.
Figure 7 shows (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3 dielectric ceramic material when y is 0.1 and x is 0.04 (BNLT4-10CZ) - In the temperature range of 100 ℃ to 500 ℃, the temperature coefficient of capacitance (TCC) and dielectric loss (Dissipation Factor) are shown.
Figure 8 shows (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3 dielectric ceramic material when y is 0.1 and x is 0.02 (BNLT2-10CZ) - In the temperature range of 100 ℃ to 500 ℃, the temperature coefficient of capacitance (TCC) and dielectric loss (Dissipation Factor) are shown.
Figure 9 shows the breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) of 0.9[(BiNa) 0.5 TiO 3 ]-0.1CaZrO 3 (BNLT0-10CZ) dielectric ceramic material.
Figure 10 shows the breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) of 0.9[(BiNa) 0.49 La 0.02 TiO 3 ]-0.1CaZrO 3 (BNLT2-10CZ) dielectric ceramic material.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, various changes can be made to the embodiments, so the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents, or substitutes for the embodiments are included in the scope of rights.

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다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the embodiments belong. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, when describing with reference to the accompanying drawings, identical components will be assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the gist of the embodiments, the detailed descriptions are omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Additionally, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected," "coupled," or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there is no need for another component between each component. It should be understood that may be “connected,” “combined,” or “connected.”

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components including common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, the description given in one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed description will be omitted to the extent of overlap.

본 발명의 일 측면은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 유전체 세라믹 소재를 제공한다.One aspect of the present invention provides a dielectric ceramic material containing a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

(1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3

여기서, 상기 x는, 0 내지 0.04의 실수이고, 상기 y는, 0.05 내지 0.1의 실수이다.Here, x is a real number from 0 to 0.04, and y is a real number from 0.05 to 0.1.

본 발명에 따른 세라믹 조성물은, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 고온, 고전압용 유전체 세라믹 소재를 제조할 수 있는 효과가 있다.The ceramic composition according to the present invention has the effect of producing a dielectric ceramic material for high temperature and high voltage by containing the compound represented by Chemical Formula 1.

일 실시형태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 단일상 (single phase) 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the compound represented by Formula 1 may be a single phase.

단일상으로 구성된다는 것은 하나의 상(phase)으로 구성되고 2개 이상으로 상으로 분리되지 않음을 의미할 수 있다.Consisting of a single phase may mean that it consists of one phase and is not separated into two or more phases.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물에 있어서, 상기 x 및 상기 y의 범위는, 화합물이 단일상으로 형성되는 범위일 수 있으며, 만일, 상기 x 또는 상기 y가 상기 범위를 벗어날 경우, 이차상이 형성될 수 있다.In the compound represented by Formula 1, the range of x and y may be a range in which the compound is formed as a single phase, and if x or y is outside the above range, a secondary phase may be formed. there is.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물에 있어서, 상기 CaZrO3는 온도 보상용 소재로서, 유전체의 정전용량 온도계수(TCC), 유전손실(DF), 절연파괴전압(BDV)을 개선시키는 역할을 한다.In the compound represented by Formula 1, CaZrO 3 is a temperature compensation material and plays a role in improving the temperature coefficient of capacitance (TCC), dielectric loss (DF), and dielectric breakdown voltage (BDV) of the dielectric.

유전체가 고온에서 사용되기 위해서는 유전율의 온도안정성이 좋아야 하며, 작동 온도범위 내에서 유전손실 또한 작아야 한다. 그러나 대부분의 유전체는 유전율의 온도 안정성은 좋으나 200 ℃ 이상의 온도에서 유전 손실이 급격히 증가하는 경향이 있어 고온 유전체로 활용되는데 어려움이 있다.In order for a dielectric to be used at high temperatures, the temperature stability of the dielectric constant must be good, and the dielectric loss must also be small within the operating temperature range. However, most dielectrics have good dielectric constant temperature stability, but dielectric loss tends to increase rapidly at temperatures above 200 ℃, making it difficult to use them as high-temperature dielectrics.

본 발명에 따른 유전체 세라믹 소재는, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 이로부터 제조되는 유전체의 고온에서의 유전율의 온도 안정성을 확보하면서 유전손실을 감소시킬 수 있는 특징이 있다.The dielectric ceramic material according to the present invention has the feature of reducing dielectric loss while ensuring temperature stability of the dielectric constant at high temperatures of the dielectric manufactured therefrom by containing the compound represented by the above formula (1).

일 실시형태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, ABO3 페로브스카이트 구조를 갖는 Bi1/2Na1/2TiO3 복합체에서, A-site의 Bi3+ 및 Na+가 La3+로 동시 치환된 것일 수 있다.According to one embodiment, the compound represented by Formula 1 is a Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 complex having an ABO 3 perovskite structure, where Bi 3+ and Na + at the A-site are La 3 It may be simultaneously substituted with + .

상기 Bi1/2Na1/2TiO3 유전체는, ABO3 페로브스카이트 구조를 가지고 있으며, A-site에는 Bi3+ 및 Na+가 존재한다. A-site에 위치하는 Bi3+ 및 Na+의 일부를 La3+ 로 동시 치환해주면, 유전체의 정전용량 온도계수(TCC), 유전손실(DF) 및 절연파괴전압(BDV)가 모두 개선될 수 있다.The Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 dielectric has an ABO 3 perovskite structure, and Bi 3+ and Na + are present at the A-site. By simultaneously replacing some of Bi 3+ and Na + located at the A-site with La 3+ , the temperature coefficient of capacitance (TCC), dielectric loss (DF), and dielectric breakdown voltage (BDV) of the dielectric can all be improved. there is.

만일, A-site의 Bi3+ 및 Na+ 중, 하나의 자리만 La3+로 치환될 경우, 이차상이 형성되거나, Zr-rich phase가 발생할 수 있으며, 정전용량 온도계수(TCC), 유전손실(DF), 절연파괴전압(BDV) 개선 효과가 저하될 수 있다.If only one site among Bi 3+ and Na + in the A-site is substituted with La 3+ , a secondary phase may be formed or a Zr-rich phase may occur, and temperature coefficient of capacitance (TCC) and dielectric loss may occur. (DF), the breakdown voltage (BDV) improvement effect may be reduced.

특히, La의 치환은, 유전손실(DF), 절연파괴전압(BDV)을 개선하는데 핵심적인 요소로 작용한다.In particular, substitution of La serves as a key factor in improving dielectric loss (DF) and dielectric breakdown voltage (BDV).

일 실시형태에 따르면, 상기 유전체 세라믹 소재는, - 55 ℃ 내지 200 ℃의 온도범위에서, 정전용량 온도계수(temperature coefficient of capacitance, TCC)가 ±17 % 이내이고, 유전손실(Dissipation Factor)이 2 % 이하이고, 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)이 8.0 kV/mm 이상인 것일 수 있다.According to one embodiment, the dielectric ceramic material has a temperature coefficient of capacitance (TCC) within ±17% and a dielectric loss (dissipation factor) of 2 in the temperature range of -55°C to 200°C. % or less, and the breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) may be 8.0 kV/mm or more.

일 실시형태에 따르면, 상기 유전체 세라믹 소재는, 25 ℃ 내지 200 ℃의 온도범위에서, 정전용량 온도계수(temperature coefficient of capacitance, TCC)가 ±15 % 이내이고, 유전손실(Dissipation Factor)이 1 % 이하이고, 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)이 8.8 kV/mm 이상인 것일 수 있다.According to one embodiment, the dielectric ceramic material has a temperature coefficient of capacitance (TCC) within ±15% and a dielectric loss (dissipation factor) of 1% in a temperature range of 25°C to 200°C. or less, and the breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) may be 8.8 kV/mm or more.

상기 정전용량 온도계수(TCC)는, 주변 온도에 대한 정전용량 변화를 의미한다.The temperature coefficient of capacitance (TCC) refers to the change in capacitance with respect to the surrounding temperature.

상기 유전손실(Dissipation Factor)은, 교류회로에서 커패시터의 등가직렬회로 저항에 의해 발생회는 손실계수을 의미하는 것으로, 일반적으로는 tanδ 로 표기된다. 유전손실은 전력손실과 비례하며, 높은 유전손실은 절연저항이 낮아 고전압 충전과정 또는 반복적인 전압 충전과정 중 파괴나 열화를 발생시켜 수명을 저하시키는 원인이 된다. The dielectric loss (dissipation factor) refers to the loss coefficient generated by the equivalent series circuit resistance of a capacitor in an alternating current circuit, and is generally expressed as tanδ. Dielectric loss is proportional to power loss, and high dielectric loss has low insulation resistance, which causes destruction or deterioration during the high-voltage charging process or repetitive voltage charging process, thereby reducing the lifespan.

상기 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)은, 절연파괴 전압이 일어나는 전압을 의미하는 것이다.The breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) refers to the voltage at which breakdown voltage occurs.

본 발명의 다른 측면은, Bi2O3 분말, Na2CO3 분말, La2O3 분말, TiO2 분말, CaCO3 분말 및 ZrO2 분말을 혼합하여, 분말 혼합물을 준비하는 단계; 상기 분말 혼합물을 볼 밀링하고, 건조하는 단계; 상기 건조된 분말 혼합물을 하소하는 단계; 상기 하소된 분말 혼합물을 체로 거르는 단계; 상기 걸러진 분말 혼합물을 가압 성형하여 펠렛을 형성하는 단계; 및 상기 걸러진 분말 혼합물을 소결하는 단계;를 포함하는, 유전체 세라믹 소재의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention is Bi 2 O 3 powder, Na 2 CO 3 powder, La 2 O 3 powder, TiO 2 powder, CaCO 3 powder and mixing ZrO 2 powder to prepare a powder mixture; Ball milling and drying the powder mixture; Calcining the dried powder mixture; sieving the calcined powder mixture; Pressuring and molding the filtered powder mixture to form pellets; and sintering the filtered powder mixture. A method for manufacturing a dielectric ceramic material is provided.

일 실시형태에 따르면, 상기 분말 혼합물을 준비하는 단계는, 상기 모재 분말인 Bi2O3 분말, Na2CO3 분말, La2O3 분말, TiO2 분말, CaCO3 분말 및 ZrO2 분말을 화학양론비에 따라 칭량하여 혼합하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the step of preparing the powder mixture includes the base material powder, Bi 2 O 3 powder, Na 2 CO 3 powder, La 2 O 3 powder, TiO 2 powder, CaCO 3 powder. And ZrO 2 powder may be weighed and mixed according to the stoichiometric ratio.

즉, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 형성하도록 각 성분 분말을 칭량하여 혼합하는 것일 수 있다.That is, each component powder may be weighed and mixed to form a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

(1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3

여기서, 상기 x는, 0 내지 0.04의 실수이고, 상기 y는, 0.05 내지 0.1의 실수이다.Here, x is a real number from 0 to 0.04, and y is a real number from 0.05 to 0.1.

일 실시형태에 따르면, 상기 볼 밀링은, 상기 분말 혼합물을 에탄올에 첨가한 후 지르코니아 볼을 사용하여 10 시간 내지 30 시간동안 수행하는 것이고, 상기 건조는, 80 ℃ 내지 120 ℃의 온도로 10 시간 내지 30 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the ball milling is performed using zirconia balls for 10 to 30 hours after adding the powder mixture to ethanol, and the drying is performed at a temperature of 80 ° C. to 120 ° C. for 10 hours to 30 hours. It could be something you do for 30 hours.

바람직하게는, 상기 볼 밀링은, 상기 분말 혼합물을 에탄올에 첨가한 후 지르코니아 볼을 사용하여 20 시간 내지 30 시간동안 수행하는 것일 수 있고, 상기 건조는, 80 ℃ 내지 120 ℃의 온도로 20 시간 내지 30 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.Preferably, the ball milling may be performed using zirconia balls for 20 to 30 hours after adding the powder mixture to ethanol, and the drying may be performed at a temperature of 80 ℃ to 120 ℃ for 20 hours to 30 hours. It could be something you do for 30 hours.

일 실시형태에 따르면, 상기 하소하는 단계는, 600 ℃ 내지 1200 ℃의 온도로 1 시간 내지 3 시간 동안 수행하는 것이고, 상기 소결하는 단계는, 800 ℃내지 1500 ℃의 온도로 1 시간 내지 3 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the calcination step is performed at a temperature of 600°C to 1200°C for 1 hour to 3 hours, and the sintering step is performed at a temperature of 800°C to 1500°C for 1 hour to 3 hours. It may be done.

바람직하게는, 상기 하소하는 단계는, 800 ℃ 내지 1000 ℃의 온도로 1 시간 내지 3 시간 동안 수행하는 것이고, 상기 소결하는 단계는, 1000 ℃내지 1200 ℃의 온도로 1 시간 내지 3 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.Preferably, the calcination step is performed at a temperature of 800 ℃ to 1000 ℃ for 1 hour to 3 hours, and the sintering step is performed at a temperature of 1000 ℃ to 1200 ℃ for 1 hour to 3 hours. It may be.

상기 소결하는 단계를 통해 얻어진 최종 생성물은, 페로브스카이트 결정구조를 가질 수 있다.The final product obtained through the sintering step may have a perovskite crystal structure.

만일, 상기 소결하는 단계가 상기 온도 범위 미만의 온도에서 수행될 경우 페로브스카이트 결정성이 낮아질 수 있고, 상기 온도 범위를 초과한 온도에서 수행될 경우 입자 크기가 너무 커지거나 구조 내 결함이 발생할 수 있다.If the sintering step is performed at a temperature below the above temperature range, the perovskite crystallinity may be lowered, and if the sintering step is performed at a temperature exceeding the above temperature range, the particle size may become too large or defects within the structure may occur. You can.

상기 소결하는 단계는, 공기 중 에서 수행되는 것일 수 있으며, 이는 화학양론비를 정확하게 조절하기 위한 것일 수 있다.The sintering step may be performed in air, and may be performed to accurately control the stoichiometric ratio.

상기 소결하는 단계는, 불활성 분위기에서 수행되지 않는데, 불활성 분위기에서 소결 시 Bi의 휘발로 인해 화학양론비가 달라질 수 있기 때문이다.The sintering step is not performed in an inert atmosphere, because the stoichiometric ratio may vary due to volatilization of Bi during sintering in an inert atmosphere.

일 실시형태에 따르면, 상기 하소된 분말 혼합물을 체로 거르는 단계는, 입도 균일성을 증가시키기 위하여 수행되는 것일 수 있다.According to one embodiment, the step of sieving the calcined powder mixture may be performed to increase particle size uniformity.

일 실시형태에 따르면, 상기 체로 걸러진 분말 혼합물의 크기는, 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the size of the sieved powder mixture may be 10 ㎛ to 200 ㎛.

바람직하게는, 상기 체로 걸러진 분말 혼합물의 크기는, 10 ㎛ 내지 150 ㎛ 인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 10 ㎛ 내지 120 ㎛ 인 것일 수 있다.Preferably, the size of the sieved powder mixture may be 10 ㎛ to 150 ㎛, more preferably 10 ㎛ to 120 ㎛.

일 실시형태에 따르면, 상기 소결하는 단계 이 후, 형성된 입자의 직경은 1 ㎛ 내지 5 ㎛인 것일 수 있다.According to one embodiment, after the sintering step, the diameter of the particles formed may be 1 ㎛ to 5 ㎛.

바람직하게는, 형성된 입자의 직경은 1.5 ㎛ 내지 3 ㎛인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 1.5 ㎛ 내지 2.5 ㎛인 것일 수 있다.Preferably, the diameter of the formed particles may be 1.5 ㎛ to 3 ㎛, more preferably 1.5 ㎛ to 2.5 ㎛.

일 실시형태에 따르면, 상기 유전체 세라믹 소재는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the dielectric ceramic material may include a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

(1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3

여기서, 상기 x는, 0 내지 0.04의 실수이고, 상기 y는, 0.05 내지 0.1의 실수이다.Here, x is a real number from 0 to 0.04, and y is a real number from 0.05 to 0.1.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제조방법으로 제조되고, - 55 ℃ 내지 200 ℃의 온도범위에서, 정전용량 온도계수(temperature coefficient of capacitance, TCC)가 ±17 % 이내이고, 유전손실(Dissipation Factor)이 2 % 이하이고, 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)이 8.0 kV/mm 이상인, 유전체 세라믹 소재를 제공한다.Another aspect of the present invention is that, manufactured by the above manufacturing method, the temperature coefficient of capacitance (TCC) is within ±17% in the temperature range of -55 ℃ to 200 ℃, and the dielectric loss (Dissipation Factor) is within ±17%. ) is less than 2% and the breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) is more than 8.0 kV/mm.

일 실시형태에 따르면, 상기 유전체 세라믹 소재는, 25 ℃ 내지 200 ℃의 온도범위에서, 정전용량 온도계수(temperature coefficient of capacitance, TCC)가 ±15 % 이내이고, 유전손실(Dissipation Factor)이 1 % 이하이고, 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)이 8.8 kV/mm 이상인 것일 수 있다.According to one embodiment, the dielectric ceramic material has a temperature coefficient of capacitance (TCC) within ±15% and a dielectric loss (dissipation factor) of 1% in a temperature range of 25°C to 200°C. or less, and the breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) may be 8.8 kV/mm or more.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 유전체 세라믹 소재 또는 상기 제조방법으로 제조된 유전체 세라믹 소재를 포함하는, 적층 세라믹 커패시터를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a multilayer ceramic capacitor including the dielectric ceramic material or the dielectric ceramic material manufactured by the manufacturing method.

일 실시형태에 따르면, 상기 커패시터는 전장용인 것일 수 있다.According to one embodiment, the capacitor may be for electrical purposes.

상기 유전체 세라믹 소재는, 유전체 세라믹 소재의 EIA규격 X8R, X9R을 만족하므로, 전장용 고온, 고전압 커패시터에 사용될 수 있다.Since the dielectric ceramic material satisfies the EIA standards X8R and X9R for dielectric ceramic materials, it can be used in high temperature, high voltage capacitors for electrical applications.

상기 전장용 커패시터는, 150 ℃ 이상, 200 ℃ 이상에서 작동이 가능한 것일 수 있다.The electrical capacitor may be capable of operating at 150°C or higher and 200°C or higher.

이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and comparative examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1> 유전체 세라믹 소재의 제조<Example 1> Manufacturing of dielectric ceramic material

Bi2O3 분말, Na2CO3 분말, La2O3 분말, TiO2 분말, CaCO3 분말 및 ZrO2 분말을 화학양론비에 따라 칭량하여 혼합하였다.Bi 2 O 3 powder, Na 2 CO 3 powder, La 2 O 3 powder, TiO 2 powder, CaCO 3 powder and ZrO 2 powder were weighed and mixed according to the stoichiometric ratio.

상기 분말 혼합물을 에탄올을 첨가한 후, 지르코니아 볼을 사용하여 24 시간 동안 습식 볼 밀링을 수행하고, 100 ℃의 온도에서 24 시간 동안 건조하였다.After adding ethanol to the powder mixture, wet ball milling was performed for 24 hours using zirconia balls, and dried at a temperature of 100° C. for 24 hours.

건조된 혼합물을 850 ℃의 온도에서 2 시간 동안 하소한 후, 체로 걸러 100 ㎛이하의 분말 혼합물을 얻은 다음, 직경 12 mm, 두께 1 mm 몰드에 넣어 70 MPa 압력 하에서 펠렛(pellet) 형태로 성형하였다. 이어서, 펠렛을 1100 ~ 1170 ℃에서 2 시간 동안 소결하였다.The dried mixture was calcined at a temperature of 850°C for 2 hours, sieved to obtain a powder mixture of less than 100 ㎛, and then placed in a mold with a diameter of 12 mm and a thickness of 1 mm and formed into a pellet under 70 MPa pressure. . The pellets were then sintered at 1100-1170 °C for 2 hours.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유전체 세라믹 소재의 제조 과정을 나타낸 순서도이다.1 is a flowchart showing the manufacturing process of a dielectric ceramic material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유전체 세라믹 소재의 제조 과정은, 분말 혼합물의 볼 밀링 단계, 건조 단계, 하소 단계, 체질하는 단계, 가압 성형하여 펠렛을 형성하는 단계, 소결하는 단계 순으로 진행됨을 이해할 수 있다.Referring to Figure 1, the manufacturing process of the dielectric ceramic material according to the present invention proceeds in the following order: ball milling of the powder mixture, drying, calcining, sieving, pressing to form pellets, and sintering. can understand.

여기서, 분말 혼합물은 모재 분말을 화학양론비에 따라 칭량하여 혼합한다.Here, the powder mixture is mixed by weighing the base powder according to the stoichiometric ratio.

<실험예 1> 유전체 세라믹 소재의 상(phase) 분석<Experimental Example 1> Phase analysis of dielectric ceramic material

BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, Bi, Na자리에 치환되는 La의 비율, 첨가되는 CaZrO3의 몰비율에 따른 상 변화를 분석하였다.In a BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric, phase changes were analyzed depending on the ratio of La substituted for Bi and Na sites and the molar ratio of added CaZrO 3 .

도 2는, BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, Bi, Na자리에 치환되는 La의 비율, 첨가되는 CaZrO3의 몰비율에 따른 XRD 분석 결과이다.Figure 2 shows the results of XRD analysis according to the ratio of La substituted for Bi and Na sites and the molar ratio of added CaZrO 3 in the BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric.

XRD 그래프에서, 화학식 1을 기준으로, 각 화학양론비에 따른 유전체 소재의 화학식을 표 1에 나타내었다.In the XRD graph, based on Chemical Formula 1, the chemical formula of the dielectric material according to each stoichiometric ratio is shown in Table 1.

[화학식 1][Formula 1]

(1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3

xx yy 화학조성Chemical composition BNLT0-5CZBNLT0-5CZ 00 0.050.05 0.95[Bi0.5Na0.5TiO3]-0.05CaZrO3 0.95[Bi 0.5 Na 0.5 TiO 3 ]-0.05CaZrO 3 BNLT0-10CZBNLT0-10CZ 00 0.10.1 0.9[Bi0.5Na0.5TiO3]-0.1CaZrO3 0.9[Bi 0.5 Na 0.5 TiO 3 ]-0.1CaZrO 3 BNLT2-10CZBNLT2-10CZ 0.020.02 0.10.1 0.9[(Bi0.49Na0.49)La0.02TiO3]-0.1CaZrO3 0.9[(Bi 0.49 Na 0.49 )La 0.02 TiO 3 ]-0.1CaZrO 3 BNLT4-10CZBNLT4-10CZ 0.040.04 0.10.1 0.9[(Bi0.48Na0.48)La0.04TiO3]-0.1CaZrO3 0.9[(Bi 0.48 Na 0.48 )La 0.04 TiO 3 ]-0.1CaZrO 3

도 2를 참조하면, (1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 유전체 세라믹 소재에 있어서, y가 0.1인 경우까지 이차상 없이 합성이 잘 이루어지는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2, it can be seen that in the (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La You can.

또한, La을 Bi, Na자리에 동시 치환할 시, x가 0.04인 경우까지 치환이 잘 되었음을 확인할 수 있으며, 그 이상일 경우 이차상이 생성되었다.In addition, when La was simultaneously substituted at the Bi and Na sites, it was confirmed that the substitution was successful up to x of 0.04, and if it was higher than that, a secondary phase was created.

도 3은, BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, La을 Bi, Na자리에 동시 치환하거나 A-site에 한자리만 치환할 경우에 XRD 분석 결과이다.Figure 3 shows the results of XRD analysis when, in a BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric, La is simultaneously substituted at the Bi and Na sites or when only one site is substituted at the A-site.

XRD 그래프에서, 각 화학양론비에 따른 유전체 소재의 화학식을 표 2에 나타내었다.In the XRD graph, the chemical formula of the dielectric material according to each stoichiometric ratio is shown in Table 2.

xx yy 화학조성Chemical composition BNLT2-10CZ_Bi, Na
(1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3
BNLT2-10CZ_Bi, Na
(1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3
0.020.02 0.10.1 0.9[(Bi0.49Na0.49)La0.02TiO3]-0.1CaZrO3 0.9[(Bi 0.49 Na 0.49 )La 0.02 TiO 3 ]-0.1CaZrO 3
BNLT2-10CZ-Bi
(1-y)[(Bi0.5-xNa0.5Lax)TiO3]-yCaZrO3
BNLT2-10CZ-Bi
(1-y)[(Bi 0.5-x Na 0.5 La x )TiO 3 ]-yCaZrO 3
0.020.02 0.10.1 0.9[(Bi0.48Na0.5La0.02)TiO3]-0.1CaZrO3 0.9[(Bi 0.48 Na 0.5 La 0.02 )TiO 3 ]-0.1CaZrO 3
BNLT2-10CZ-Na
(1-y)[(Bi0.5Na0.5-xLax)TiO3]-yCaZrO3
BNLT2-10CZ-Na
(1-y)[(Bi 0.5 Na 0.5-x La x )TiO 3 ]-yCaZrO 3
0.020.02 0.10.1 0.9[(Bi0.5Na0.48La0.02)TiO3]-0.1CaZrO3 0.9[(Bi 0.5 Na 0.48 La 0.02 )TiO 3 ]-0.1CaZrO 3
BNLT2-10CZ-Ca
(1-y)[(BiNa)0.5LaxTiO3]-yCa1-xZrO3
BNLT2-10CZ-Ca
(1-y)[(BiNa) 0.5 La x TiO 3 ]-yCa 1-x ZrO 3
0.020.02 0.10.1 0.9[(Bi0.5Na0.5)La0.02TiO3]-0.1Ca0.98ZrO3 0.9[(Bi 0.5 Na 0.5 )La 0.02 TiO 3 ]-0.1Ca 0.98 ZrO 3

도 3을 참조하면, La을 Bi 및 Na자리에 동시 치환이 아닌 각 A-site 한자리만 치환할 시, Na 자리만 치환하는 경우 이차상을 만드는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 3, it can be seen that a secondary phase is created when only one site of each A-site is substituted for La, rather than at the Bi and Na sites simultaneously, and only the Na site is substituted.

도 4는, BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, La을 Bi, Na자리에 동시 치환하거나 A-site에 한자리만 치환할 경우에 SEM 이미지 분석 결과이다.Figure 4 shows the results of SEM image analysis when La is simultaneously substituted at the Bi and Na sites or when only one site is substituted at the A-site in a BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric.

도 4를 참조하면, La이 Bi 자리만 치환했을 때 Zr-rich phase가 발견되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 4, it can be seen that a Zr-rich phase is found when only the Bi site is replaced by La.

<실험예 2> 유전체 세라믹 소재의 전기적 특성 분석<Experimental Example 2> Analysis of electrical properties of dielectric ceramic material

BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, Bi, Na자리에 치환되는 La의 비율, 첨가되는 CaZrO3의 몰비율에 따른 전기적 특성을 분석하였다.In a BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric, the electrical properties were analyzed according to the ratio of La substituted for Bi and Na sites and the molar ratio of added CaZrO 3 .

유전율은, 임피던스 계측장비 HP-4192A(Hewlett-Packard Company) 를 사용하여 자체 제작 샘플 지그를 통해 상온 내지 400 ℃ 온도범위에서 측정하였다. The dielectric constant was measured in the temperature range from room temperature to 400°C using an impedance measurement equipment HP-4192A (Hewlett-Packard Company) using a self-made sample jig.

TCC 및 DF는, 온도 의존 유전율, 유전손실 그래프에서 하기 수식을 통해 산출하였다.TCC and DF were calculated from the temperature-dependent dielectric constant and dielectric loss graph using the formulas below.

DF = tanδ x 100 [%]DF = tanδ x 100 [%]

절연 파괴전압은, Short time method를 사용하여 0.5 kV/s 속도로 10 kV/mm 까지 가하면서 샘플이 통전되는 전압으로 산출하였다. The breakdown voltage was calculated as the voltage at which the sample is energized while applying up to 10 kV/mm at a rate of 0.5 kV/s using the short time method.

도 5는, BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, Bi, Na자리에 치환되는 La의 비율, 첨가되는 CaZrO3의 몰비율 별, 온도에 따른 유전율을 나타낸 것이다.Figure 5 shows the dielectric constant according to temperature, by the ratio of La substituted for Bi and Na sites, and by the molar ratio of added CaZrO 3 in the BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric.

여기서, 상기 유전체는 1150 ℃의 소결온도 및 2 시간의 소결 시간으로 제조된 것이다.Here, the dielectric was manufactured at a sintering temperature of 1150° C. and a sintering time of 2 hours.

도 5를 참조하면, (1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 유전체 세라믹 소재에 있어서, y가 0.1이고, x가 0.02일 경우 온도에 따른 유전율 특성이 최적으로 발현됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, in the (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3 dielectric ceramic material, when y is 0.1 and x is 0.02, dielectric constant characteristics according to temperature It can be seen that this is optimally expressed.

도 6은, BNT(Bi1/2Na1/2TiO3) 기반 유전체에서, La의 치환 사이트 별 온도에 따른 유전율을 나타낸 것이다.Figure 6 shows the dielectric constant according to temperature for each La substitution site in a BNT (Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 )-based dielectric.

여기서, 상기 유전체는 1150 ℃의 소결온도 및 2 시간의 소결 시간으로 제조된 것이다.Here, the dielectric was manufactured at a sintering temperature of 1150° C. and a sintering time of 2 hours.

도 6을 참조하면, La가 Bi, Na를 동시 치환할 경우 온도에 따른 유전율 특성이 최적으로 발현됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that when La substitutes Bi and Na simultaneously, the dielectric constant characteristics according to temperature are optimally expressed.

도 7은, (1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 유전체 세라믹 소재에 있어서, y가 0.1이고, x가 0.04일 경우(BNLT4-10CZ), - 100 ℃ 내지 500 ℃의 온도 범위에서, 정전용량 온도계수(TCC) 및 유전손실(Dissipation Factor)을 나타낸 것이다. Figure 7 shows (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3 dielectric ceramic material when y is 0.1 and x is 0.04 (BNLT4-10CZ) - In the temperature range of 100 ℃ to 500 ℃, the temperature coefficient of capacitance (TCC) and dielectric loss (Dissipation Factor) are shown.

도 7을 참조하면, - 55 ℃ 내지 200 ℃의 온도 범위에서, TCC가 17 %, DF가 1.4 %로 나타난 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 7, it can be seen that in the temperature range of -55°C to 200°C, TCC was 17% and DF was 1.4%.

도 8은, (1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 유전체 세라믹 소재에 있어서, y가 0.1이고, x가 0.02일 경우(BNLT2-10CZ), - 100 ℃ 내지 500 ℃의 온도 범위에서, 정전용량 온도계수(TCC) 및 유전손실(Dissipation Factor)을 나타낸 것이다.Figure 8 shows (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3 dielectric ceramic material when y is 0.1 and x is 0.02 (BNLT2-10CZ) - In the temperature range of 100 ℃ to 500 ℃, the temperature coefficient of capacitance (TCC) and dielectric loss (Dissipation Factor) are shown.

도 8을 참조하면, 상온 내지 200 ℃의 온도 범위에서, TCC가 14.5 %, DF가 1 %로 나타난 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 8, it can be seen that TCC was 14.5% and DF was 1% in the temperature range from room temperature to 200°C.

특히, - 55 ℃ 내지 450 ℃의 온도 범위에서, TCC 15 %를 만족하는 것을 확인할 수 있다.In particular, it can be confirmed that TCC 15% is satisfied in the temperature range of -55 ℃ to 450 ℃.

도 9는, 0.9[(BiNa)0.5TiO3]-0.1CaZrO3(BNLT0-10Cz) 유전체 세라믹 소재의 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)을 나타낸 것이다.Figure 9 shows the breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) of 0.9[(BiNa) 0.5 TiO 3 ]-0.1CaZrO 3 (BNLT0-10Cz) dielectric ceramic material.

도 9를 참조하면, (1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 유전체 세라믹 소재에 있어서, y가 0.1이고, x가 0일 경우(BNLT0-10CZ)에, 절연파괴전압이 8 kV/mm로 나타남을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 9, in the (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3 dielectric ceramic material, when y is 0.1 and x is 0 (BNLT0-10CZ) It can be seen that the insulation breakdown voltage is 8 kV/mm.

도 10은, 0.9[(BiNa)0.49La0.02TiO3]-0.1CaZrO3 (BNLT2-10CZ) 유전체 세라믹 소재의 절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)을 나타낸 것이다.Figure 10 shows the breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) of 0.9[(BiNa) 0.49 La 0.02 TiO 3 ]-0.1CaZrO 3 (BNLT2-10CZ) dielectric ceramic material.

도 10을 참조하면, (1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3 유전체 세라믹 소재에 있어서, y가 0.1이고, x가 0.02일 경우(BNLT2-10CZ)에, 절연파괴전압이 8.8 kV/mm로 나타남을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 10, in the (1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3 dielectric ceramic material, when y is 0.1 and x is 0.02 (BNLT2-10CZ) It can be confirmed that the insulation breakdown voltage is 8.8 kV/mm.

이를 통해, La이 Bi, Na 자리를 동시 치환할 때 절연파괴전압 개선됨을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the dielectric breakdown voltage is improved when La simultaneously substitutes for Bi and Na sites.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the following claims.

Claims (12)

하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는,
유전체 세라믹 소재로서,
- 55 ℃ 내지 200 ℃의 온도범위에서,
정전용량 온도계수(temperature coefficient of capacitance, TCC)가 ±17% 이내이고,
유전손실(Dissipation Factor)이 2 % 이하이고,
절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)이 8.0 kV/mm 이상인 것인,
유전체 세라믹 소재:
[화학식 1]
(1-y)[(BiNa)0.5(1-x)LaxTiO3]-yCaZrO3
상기 x는, 0 내지 0.04의 실수이고,
상기 y는, 0.05 내지 0.1의 실수이다.
Containing a compound represented by Formula 1 below,
As a dielectric ceramic material,
- in the temperature range from 55 ℃ to 200 ℃,
The temperature coefficient of capacitance (TCC) is within ±17%,
Dielectric loss (dissipation factor) is less than 2%,
The breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) is 8.0 kV/mm or more,
Dielectric ceramic material:
[Formula 1]
(1-y)[(BiNa) 0.5(1-x) La x TiO 3 ]-yCaZrO 3
The x is a real number from 0 to 0.04,
The y is a real number of 0.05 to 0.1.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은,
단일상 (single phase) 인 것인,
유전체 세라믹 소재.
According to paragraph 1,
The compound represented by Formula 1 is,
It is a single phase,
Dielectric ceramic material.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은,
ABO3 페로브스카이트 구조를 갖는 Bi1/2Na1/2TiO3 복합체에서, A-site의 Bi3+ 및 Na+가 La3+로 동시 치환된 것인,
유전체 세라믹 소재.
According to paragraph 1,
The compound represented by Formula 1 is,
In the Bi 1/2 Na 1/2 TiO 3 complex with an ABO 3 perovskite structure, Bi 3+ and Na + at the A-site are simultaneously substituted with La 3+ .
Dielectric ceramic material.
삭제delete 제1항에 있어서,
25 ℃ 내지 200 ℃의 온도범위에서,
정전용량 온도계수(temperature coefficient of capacitance, TCC)가 ±15% 이내이고,
유전손실(Dissipation Factor)이 1 % 이하이고,
절연파괴전압(BDV: Break Down Voltage)이 8.8 kV/mm 이상인 것인,
유전체 세라믹 소재.
According to paragraph 1,
In the temperature range of 25 ℃ to 200 ℃,
The temperature coefficient of capacitance (TCC) is within ±15%,
Dielectric loss (dissipation factor) is less than 1%,
The breakdown voltage (BDV: Break Down Voltage) is 8.8 kV/mm or more,
Dielectric ceramic material.
Bi2O3 분말, Na2CO3 분말, La2O3 분말, TiO2 분말, CaCO3 분말 및 ZrO2 분말을 혼합하여, 분말 혼합물을 준비하는 단계;
상기 분말 혼합물을 볼 밀링하고, 건조하는 단계;
상기 건조된 분말 혼합물을 하소하는 단계;
상기 하소된 분말 혼합물을 체로 거르는 단계;
상기 걸러진 분말 혼합물을 가압 성형하여 펠렛을 형성하는 단계; 및
상기 걸러진 분말 혼합물을 소결하는 단계;를 포함하는,
제1항의 유전체 세라믹 소재의 제조방법.
Bi 2 O 3 powder, Na 2 CO 3 powder, La 2 O 3 powder, TiO 2 powder, CaCO 3 powder and mixing ZrO 2 powder to prepare a powder mixture;
Ball milling and drying the powder mixture;
Calcining the dried powder mixture;
sieving the calcined powder mixture;
Pressuring and molding the filtered powder mixture to form pellets; and
Comprising: sintering the filtered powder mixture;
A method of manufacturing the dielectric ceramic material of claim 1.
제6항에 있어서,
상기 볼 밀링은, 상기 분말 혼합물을 에탄올에 첨가한 후 지르코니아 볼을 사용하여 10 시간 내지 30 시간동안 수행하는 것이고,
상기 건조는, 80 ℃ 내지 120 ℃의 온도로 10 시간 내지 30 시간 동안 수행하는 것인,
유전체 세라믹 소재의 제조방법.
According to clause 6,
The ball milling is performed for 10 to 30 hours using zirconia balls after adding the powder mixture to ethanol,
The drying is performed at a temperature of 80 ℃ to 120 ℃ for 10 to 30 hours,
Manufacturing method of dielectric ceramic material.
제6항에 있어서,
상기 하소하는 단계는, 600 ℃ 내지 1200 ℃의 온도로 1 시간 내지 3 시간 동안 수행하는 것이고,
상기 소결하는 단계는, 800 ℃내지 1500 ℃의 온도로 1 시간 내지 3 시간 동안 수행하는 것인,
유전체 세라믹 소재의 제조방법.
According to clause 6,
The calcination step is performed at a temperature of 600 ℃ to 1200 ℃ for 1 hour to 3 hours,
The sintering step is performed at a temperature of 800 ℃ to 1500 ℃ for 1 hour to 3 hours,
Manufacturing method of dielectric ceramic material.
제6항에 있어서,
상기 체로 걸러진 분말 혼합물의 크기는, 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 인 것인,
유전체 세라믹 소재의 제조방법.
According to clause 6,
The size of the sieved powder mixture is 10 ㎛ to 200 ㎛,
Manufacturing method of dielectric ceramic material.
제6항에 있어서,
상기 유전체 세라믹 소재는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것인,
유전체 세라믹 소재의 제조방법:
[화학식 1]
(1-y)[(BiNa)0.5-xLaxTiO3]-yCaZrO3
상기 x는, 0 내지 0.04의 실수이고,
상기 y는, 0.05 내지 0.1의 실수이다.
According to clause 6,
The dielectric ceramic material includes a compound represented by the following formula (1):
Manufacturing method of dielectric ceramic material:
[Formula 1]
(1-y)[(BiNa) 0.5-x La x TiO 3 ]-yCaZrO 3
The x is a real number from 0 to 0.04,
The y is a real number of 0.05 to 0.1.
제1항의 유전체 세라믹 소재 또는 제6항의 제조방법으로 제조된 유전체 세라믹 소재를 포함하는,
적층 세라믹 커패시터.
Containing the dielectric ceramic material of claim 1 or the dielectric ceramic material manufactured by the manufacturing method of claim 6,
Multilayer ceramic capacitors.
제11항에 있어서,
상기 커패시터는 전장용인 것인,
적층 세라믹 커패시터.
According to clause 11,
The capacitor is for battlefield use,
Multilayer ceramic capacitors.
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