一种x8r型细晶陶瓷电容器介质材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种X8R型细晶陶瓷电容器介质材料及其制备方法，属于电子陶瓷电 容器材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着多层陶瓷电容器（MLCC)的快速发展，为了满足其小型化、大容量以及在高温 环境中应用等要求，陶瓷介质材料不仅要具备高的介电常数，而且要求其容温变化率在较 宽温度范围内呈现平缓变化的特性。目前，X8R型陶瓷介电材料因为在较宽的温度范围内 具有较好的温度稳定性，被广泛应用于石油勘探、汽车引擎、抗冲击系统等领域。X8R的 EIA (Electronic International Association)标准如下：8和X分别代表上下工作温 限+150 °C和一 55 °C，R代表电容的温度变化率不超过±15 %，室温介电损耗〈2. 5%。
[0003] 电子元器件小型化、高性能的发展趋势是要求MLCC向着大容量、超薄层的方向 发展。目前，制备BaTiO 3S X8R型陶瓷电容器的介质材料的方法大多为传统固相法。但 是，由于固相法制备工艺路线较长，且制备出的粉体颗粒和陶瓷晶粒较大，不利于MLCC超 薄层化的发展。如美国专利（US Patent No. 7727922)中，陶瓷材料的基本组成是BaTi 03-21〇2-8&〇)3-]\111〇) 3-]\1〇03-]\%0-￥203^02，该组成满足乂81?性能要求，室温介电常数约为 2000,但是其组成复杂，而且制备的粉体颗粒尺寸大于0.7 μπι，陶瓷晶粒尺寸大于2 μπι; 美国专利（US Patent No. 5990029)，同样采用固相法制备了组成为BaTiO3-Ta2O5-Nb 2O5-Z IiO-CaZrO3-MnO的X8R型陶瓷材料，室温介电常数为2050以上，粉体的颗粒尺寸大于0. 8 μπι，陶瓷晶粒尺寸大于5 μπι;中国专利（公开号103011805A)，陶瓷材料的基本组成是 BaTiO3-Kl72Bil72TiO3-BaNb 2O6,满足X8R性能要求，介电常数约为1800。因此，如何优化并简 化体系的组成，控制陶瓷介质材料的结构而获得细晶、粒度均匀且高性能的X8R型BaTiO 3 基MLCC材料以满足大容量、超薄层化要求是本发明所要解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种组成简单的X8R型陶瓷电容器介质材料及其制备方法。
[0005] 所述X8R型细晶陶瓷材料具有芯壳结构，表示为BahBixTiO3O(Nb 2O5-Co3O4)，其化 学表达式为：BahBi xTiO3 + n (aNb205 + bCo304)，其中，0· 002〈χ 彡 0· 015, η=0·004~0· 016, a 与b的摩尔比为=10:1~1:1，最好为3:1。
[0006] 本发明实现过程如下： (1) 在水浴温度为30~50 °C下，将一定量的11(：14溶液缓慢滴加到6~10 mol/L的NaOH 溶液中，并充分搅拌〇. 5~1 h ; (2) 按照化学计量比分别缓慢加入已配置好的铋、钡离子的水溶液，并且不断搅拌。反 应温度为30~50 °C，反应时间为0. 5~1 h ; (3) 将上述溶液在水浴温度为75~95 °C时继续搅拌2~6 h，洗涤、干燥，得到 BahBixTiO3 粉体； (4) 将步骤（3)的BahBixTiO3粉体在去离子水中超声分散，得到分散性良好的 BahBixTiO3 悬浮液； (5) 将草酸铌溶液和硝酸钴溶液按物质的量比混合，得到澄清的无机盐混合溶液； (6) 将步骤（5)的无机盐混合溶液缓慢滴加到BahBixTiO^浮液中，剧烈搅拌，使其混 合均匀； (7) 加入氨水溶液，调节pH于9~11，通过共沉淀反应，使得Nb (OH) 5、Co (OH) 2和Co (OH) 3 均匀包覆在BahBixTiOJ^t表面； (8) 将所得悬浮液抽滤、烘干，所得粉体于600~850 °C煅烧0. 5~2 h，得到Ba^BixTiO3Ig (Nb2O5-Co3O4)陶瓷电容器介质粉体材料； (9) 将步骤（8)得到的陶瓷介质粉体经造粒、成型，在1100~1300 °C保温2~6 h烧 结制成陶瓷介质材料。
[0007] 本发明设计了一种组成简单的X8R型细晶陶瓷电容器介质材料。一方面，通过铋 取代"芯"部钛酸钡中的部分钡得到钛酸铋钡，目的是将陶瓷的高温居里温度移向高温方 向，而且氧化铋本身熔点较低，可作为助烧剂降低烧结温度；另一方面，通过化学共沉淀法 将Nb 2O5和Co 304作为"壳"组成均匀包覆于单分散的Ba JixTiO3微纳米粉体颗粒表面，制 得X8R型细晶陶瓷材料。该材料可以应用于制作大容量、超薄层MLCC，因此在该领域具有广 阔的应用前景。
[0008] 本发明的有益效果： (1) 本发明制备得到了颗粒大小为50~500 nm、分散性良好的BahBixTiO3微纳米粉体 材料，以及具有"芯-壳"结构的BahBi xTiO3O(Nb2O5-Co3O 4)陶瓷介质粉体材料； (2) 按本发明制得组成简单的陶瓷电容器介质材料，其上限使用温度拓宽到了 150 °C， 室温介电常数可以控制在2600~3000之间，容温变化率小，介电损耗小，满足X8R特性要 求； (3) 本发明得到的陶瓷晶粒尺寸约100~550 nm，粒度均匀，可靠性强，适合用于生产大 容量、超薄介电层的MLCC。
【附图说明】
[0009] 图1为实施例1制备的Baa99BiatllTiO 3粉体的HR-SEM图及其粒径分布图； 图2为实施例1-3粉体不同倍率的TEM图； 图3为实施例1-3陶瓷样品的HR-SEM图及其陶瓷晶粒的粒径分布图； 图4为实施例1-1到1-4陶瓷样品的介电常数随温度变化的特性曲线图； 图5为实施例1-1到1-4陶瓷样品容温变化率随温度变化的特性曲线图。
【具体实施方式】
[0010] 以下通过实施例对本发明做进一步说明。
[0011] 本发明首先通过化学沉淀法制备单分散BahBixTiO3微纳米粉体，然后通过液相包 覆法制备单分散BahBi xTiO3O(Nb2O5-Co3O 4)微纳米粉体，最后烧结制备出X8R型细晶陶瓷电 容器介质材料，该陶瓷材料晶粒由BahBixTiO 3作为"芯"部材料和Nb 205-C〇304复合氧化物 包覆层作为"壳"部材料组成。
[0012] 其制备方法包括以下步骤： (1) 在水浴温度为30~50 °C下，将一定量的11(：14溶液缓慢滴加到6~10 mol/L的NaOH 溶液中，并充分搅拌〇. 5~1 h ; (2) 按照化学计量比分别缓慢加入已配制好的铋、钡离子的水溶液，并且不断搅拌。反 应温度为30~50 °C，反应时间为0. 5~1 h ; (3) 将上述溶液在水浴温度为75~95 °C时继续搅拌2~6 h，洗涤、干燥，得到 BahBixTiO3 粉体； (4) 将步骤（3)的BahBixTiO3粉体在去离子水中超声分散，得到分散性良好的 BahBixTiO3 悬浮液； (5) 将草酸铌溶液和硝酸钴溶液按物质的量比混合，得到澄清的无机盐混合溶液； (6) 将步骤（5)的无机盐混合溶液缓慢滴加到BahBixTiO^浮液中，剧烈搅拌，使其混 合均匀； (7) 加入氨水溶液，调节pH于9~11，通过化学共沉淀法，将Nb (OH) 5、Co (OH) 2和Co (OH) 3 均匀包覆在BahBixTiOJ^t表面； (8) 将所得悬浮液抽滤