一种温度稳定型陶瓷介质材料及其制备方法与流程

本发明涉及陶瓷介质材料领域，具体是一种温度稳定型陶瓷介质材料及其制备方法。
背景技术：
：随着集成电路的发展，电子通信设备终端向着小型化方向发展，片式多层陶瓷电容器可以很好的适应这一趋势，因而已得到了广泛的应用。并随着技术的发展，其优越的性能也愈加明显，有逐步取代钽电容、电解电容的趋势。世界年市场销售数千亿只，广泛用于电子信息产品的各种表面贴装电路中近年来，随着电子信息设备在各行各业的普及和广泛应用，尤其是在一些特殊行业和极端环境下的应用，对多层陶瓷电容的介电温度变化率性能提出了更高的要求。在汽车控制领域中，如发动舱内安装的发动机电子控制单元(ecu)、防抱死系统(abs)、空气/燃料比例控制模块等，要求多层陶瓷电容的高温工作温度范围达到150℃左右。同时，在航空电子学、自动电子学、环境检测学等多领域中，都要求电子系统可以在极端苛刻的条件下正常工作，这就要求多层陶瓷电容的高温工作温度延伸到150℃以上，甚至200℃以上。大容量电容器在高温段的介电温度特性已成为高温环境下电子设备能否正常工作的关键因素之一。研究更宽温度范围内的温度稳定型介电材料成为当前的迫切需要目前报道较多的温度稳定型陶瓷电容材料有钨青铜矿结构陶瓷系统，铅基弛豫铁电陶瓷系统及batio3基铁电陶瓷系统系等介质陶瓷材料，但这些陶瓷材料存在含有大量的重金属铅、烧结温度高、工作温度范围窄、介电常数低和损耗偏高等问题。技术实现要素：本发明旨在提供一种温度稳定型陶瓷介质材料及其制备方法，并且该材料介电常数高、介电损耗低、无铅环保，而且其方法的烧结温度低。本发明是通过以下技术方案实现的：一种温度稳定型陶瓷介质材料，是由质量百分比为5-20％的knbo3、10-20％的srtio3和70-85％的bimg0.1ti0.7o3组成的。本发明进一步提供了一种温度稳定型陶瓷介质材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将原料bi2o3、mgo和tio2按通式bimg0.1ti0.7o3，进行配料球磨，升温至800℃，保温2-4小时，制得熔块a；(2)按照质量百分比将5-20％的knbo3、10-20％的srtio3和70-85％的熔块a进行二次配料，获得配料b；(3)将配料b球磨，加入为配料b的5-8wt％的黏合剂造粒，压制成生坯，升温至400-500℃再升温至1020℃-1050℃保温1小时，冷却后制得温度稳定型陶瓷介质材料。作为本发明制备方法技术方案的进一步改进，所述步骤(1)中，升温至800℃的升温速率为5-10℃/min。作为本发明制备方法技术方案的进一步改进，所述步骤(1)中，升温至800℃的升温速率为7℃/min。作为本发明制备方法技术方案的进一步改进，所述步骤(3)中，是按2℃/min的升温速率加热至400-500℃，再按10℃/min的升温速率加热至1020℃-1050℃。作为本发明制备方法技术方案的进一步改进，所述黏合剂为聚乙烯醇或石蜡。作为本发明制备方法技术方案的进一步改进，所述步骤(1)和(3)的球磨后的物料需过120-250孔/cm2分样筛。本发明所提供的温度稳定型陶瓷介质材料，srtio3-bimg0.1ti0.7o3系介质陶瓷具有钙钛矿结构，具有适中的烧结温度，一般在1050℃左右、具有较高的介电常数、可调的容量温度系数和较低的损耗，是一种性能优异的介质陶瓷材料。本发明选择srtio3-bimg0.1ti0.7o3系统，采取添加knbo3为掺杂改性的方法，k+和nb5+分别可以固溶到系统钙钛矿结构的a位和b位，改变了系统的晶格参数，从而使其工作温度范围变宽的同时，具有介电常数高、介电损耗低的优势。通过本发明所述制备方法获得的陶瓷介质材料，其介电常数在850-900之间，其介电损耗在0.01-0.02之间。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制备获得的陶瓷介质材料的温度系数tcc的测试结果图。由图可以看出：随着温度升高，温度系数都呈现缓慢上升趋势，在25℃左右出现峰值，然后逐渐下降，但是温度系数都在±15％内，温度稳定性高。图2为本发明制备获得的陶瓷介质材料的sem图。由图可以看出：晶粒生长比较良好，形貌规则大小均匀，平均粒径为2.3μm，并且致密度高。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。一种温度稳定型陶瓷介质材料，是由质量百分比为5-20％的knbo3、10-20％的srtio3和70-85％的bimg0.1ti0.7o3组成的。一种温度稳定型陶瓷介质材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将原料bi2o3、mgo和tio2按通式bimg0.1ti0.7o3，进行配料球磨，升温至800℃，保温2-4小时，制得熔块a；(2)按照质量百分比将5-20％的knbo3、10-20％的srtio3和70-85％的熔块a进行二次配料，获得配料b；(3)将配料b球磨，加入为配料b的5-8wt％的黏合剂造粒，压制成生坯，升温至400-500℃再升温至1020℃-1050℃保温1小时，冷却后制得温度稳定型陶瓷介质材料。在本发明中，步骤(3)加入的黏合剂会在后续的升温过程中挥发掉，并且本发明的步骤(3)的烧结过程主要是为了使得陶瓷介质材料达到致密的目的。在本发明中，优选的，所述步骤(1)中，升温至1100℃的升温速率为5-10℃/min。在本发明中，优选的，所述步骤(1)中，升温至1100℃的升温速率为7℃/min。在本发明中，优选的，所述步骤(3)中，是按2℃/min的升温速率加热至400-500℃，再按10℃/min的升温速率加热至1020℃-1050℃。在本发明中，优选的，所述黏合剂为聚乙烯醇或石蜡。在本发明中，优选的，所述步骤(1)和(3)的球磨后的物料需过120-250孔/cm2分样筛。具体实施时，所述球磨的介质为直径1mm的氧化锆球。本发明中使用的测试方法和检测设备如下：1、介电常数ε和损耗tanδ的测试采用hewlettpackard4278a电容测试仪，测试电容器的电容量c和介电损耗tanδ(测试频率为1khz)，并通过下面的公式计算介电常数ε：其中：c-样片的电容量，单位pf；d-样片的厚度，单位cm；d-样片烧结后的直径，单位cm。2、温度系数tcc的测试(-55℃～200℃)利用6425型waykerr电桥、gz-especmc-710f高低温箱及hm27002型电容器c-t/v特性专用测试仪测量样品的电容量随温度的变化情况，从而求出电容器的电容温度系数(测试频率为1khz)，计算公式如下：其中：基准温度选取25℃，c0为温度25℃的容量，c1为温度t1的容量。下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。实施例1将原料bi2o3、mgo和tio2按通式bimg0.1ti0.7o3，进行配料，在转速为400r/min的球磨机上球磨6小时，在3.3kw的普通烘箱中于100℃干燥，过250孔/cm2分样筛，以5℃/min升温至800℃，并在800℃下保温3小时，得到熔块a。进行二次配料，按照5％的knbo3、10％的srtio3和85％的熔块a的质量关系均匀混合，加去离子水在转速为400r/min球磨机上球磨8小时，于120℃干燥，过250孔/cm2分样筛，加入8wt％石蜡造粒，压制成生坯，先按2℃/min的升温速率加热至450℃，再按10℃/min的升温速率加热至1020℃烧成，保温1小时，冷却后制得陶瓷介质材料。上述实施例陶瓷介质材料的介电性能的测试结果(测试频率为1khz)详见下表1和图1。表1项目烧成温度(℃)保温时间(h)介电常数ε损耗tanδ实施例1102018500.015实施例2将原料bi2o3、mgo和tio2按通式bimg0.1ti0.7o3，进行配料，在转速为400r/min的球磨机上球磨6小时，在3.3kw的普通烘箱中于100℃干燥，过250孔/cm2分样筛，以5℃/min升温至800℃，并在800℃下保温3小时，得到熔块a。进行二次配料，按照10％的knbo3、20％的srtio3和70％的熔块a的质量关系均匀混合，加去离子水在转速为400r/min球磨机上球磨8小时，于120℃干燥，过250孔/cm2分样筛，加入8wt％石蜡造粒，压制成生坯，先按2℃/min的升温速率加热至450℃，再按10℃/min的升温速率加热至1030℃烧成，保温1小时，冷却后制得陶瓷介质材料。上述实施例介电性能的测试结果(测试频率为1khz)详见下表2和图1。表2项目烧成温度(℃)保温时间(h)介电常数ε损耗tanδ实施例2103018700.013实施例3将原料bi2o3、mgo和tio2按通式bimg0.1ti0.7o3，进行配料，在转速为400r/min的球磨机上球磨6小时，在3.3kw的普通烘箱中于100℃干燥，过250孔/cm2分样筛，以5℃/min升温至800℃，并在800℃下保温3小时，得到熔块a。进行二次配料，按照20％的knbo3、10％的srtio3和70％的熔块a的质量关系均匀混合，加去离子水在转速为400r/min球磨机上球磨8小时，于120℃干燥，过250孔/cm2分样筛，加入8wt％石蜡造粒，压制成生坯，先按2℃/min的升温速率加热至450℃，再按10℃/min的升温速率加热至1040℃烧成，保温1小时，冷却后制得陶瓷介质材料。上述实施例介电性能的测试结果(测试频率为1khz)详见下表3和图1。表3项目烧成温度(℃)保温时间(h)介电常数ε损耗tanδ实施例3104018800.0121实施例4将原料bi2o3、mgo和tio2按通式bimg0.1ti0.7o3，进行配料，在转速为400r/min的球磨机上球磨6小时，在3.3kw的普通烘箱中于100℃干燥，过250孔/cm2分样筛，以5℃/min升温至800℃，并在800℃下保温3小时，得到熔块a。进行二次配料，按照10％的knbo3、10％的srtio3和80％的熔块a的质量关系均匀混合，加去离子水在转速为400r/min球磨机上球磨8小时，于120℃干燥，过250孔/cm2分样筛，加入8wt％石蜡造粒，压制成生坯，先按2℃/min的升温速率加热至450℃，再按10℃/min的升温速率加热至1050℃烧成，保温1小时，冷却后制得陶瓷介质材料。上述实施例介电性能的测试结果(测试频率为1khz)详见下表4和图1。表4项目烧成温度(℃)保温时间(h)介电常数ε损耗tanδ实施例4105019000.0181实施例5将原料bi2o3、mgo和tio2按通式bimg0.1ti0.7o3，进行配料，在转速为400r/min的球磨机上球磨6小时，在3.3kw的普通烘箱中于100℃干燥，过120孔/cm2分样筛，以10℃/min升温至800℃，并在800℃下保温2小时，得到熔块a。进行二次配料，按照10％的knbo3、10％的srtio3和80％的熔块a的质量关系均匀混合，加去离子水在转速为400r/min球磨机上球磨8小时，于120℃干燥，过120孔/cm2分样筛，加入6wt％聚乙烯醇造粒，压制成生坯，先按2℃/min的升温速率加热至400℃，再按10℃/min的升温速率加热至1050℃烧成，保温1小时，冷却后制得陶瓷介质材料。实施例6将原料bi2o3、mgo和tio2按通式bimg0.1ti0.7o3，进行配料，在转速为400r/min的球磨机上球磨6小时，在3.3kw的普通烘箱中于100℃干燥，过200孔/cm2分样筛，以7℃/min升温至800℃，并在800℃下保温4小时，得到熔块a。进行二次配料，按照10％的knbo3、10％的srtio3和80％的熔块a的质量关系均匀混合，加去离子水在转速为400r/min球磨机上球磨8小时，于120℃干燥，过200孔/cm2分样筛，加入5wt％聚乙烯醇造粒，压制成生坯，先按2℃/min的升温速率加热至500℃，再按10℃/min的升温速率加热至1050℃烧成，保温1小时，冷却后制得陶瓷介质材料。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页12