专利名称：钛酸钡陶瓷电容器介质及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种介电陶瓷组合物及制备方法，具体地说，是一种钛酸钡基陶瓷介质及其制备方法。
背景技术：
随着电子电路中表面贴装技术的发展，要求多层陶瓷电容器(MLC)的体积更加微型化，这就需要电容量更大、热稳定性更好的介电材料。用于制造低频高介热稳定型MLC的介电材料目前主要采用X7R型陶瓷材料，X7R表示的是一种容温特性，即在-55～+125℃范围内，其容量温度变化率|ΔC/C25℃|≤15％。这种类型的电容器广泛应用于移动电话等高档电子设备的耦合电路中，在其前、后级传输过程中，信号的失真应尽可能的小，这将取决于耦合电容的容量和容温特性。作为X7R陶瓷电容器介电材料的种类很多，比较常见的有铅基驰豫铁电系陶瓷材料、钨青铜矿结构的陶瓷材料、钛酸钡基铁电陶瓷材料等，由于铅基铁电系陶瓷材料含有大量的铅，对人体和环境会造成很大危害，制备工艺条件必须严格控制；钨青铜矿系陶瓷材料损耗大且介电性能不稳定，因此，以钛酸钡为基的介电陶瓷一直是人们关注的重点。中国专利98124799.7公开了一种温度稳定型高介多层陶瓷电容器材料的组成和制备方法，该材料以钛酸钡为基础，添加剂为Co2O3、Nb2O5、稀土氧化物及MnO2，其室温介电常数可达4400，容温变化率≤±15％，电阻率为1012～13Ω·cm，该陶瓷材料的性能虽能满足X7R电容器的使用要求，但其介电常数并非足够大，且介质损耗未提及，另外其制备方法仍采用原料合成后再烧结的两步工艺，故制作成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种介质损耗tanδ≤0.016，而介电常数更大(＞4400)，容温变化率≤±13％的高介热稳定型陶瓷电容器介质，同时改进制备工艺，降低制作成本。
为实现上述任务，本发明所采取的技术方案是设计了一种钛酸钡陶瓷电容器介质，该介质以BaTiO3为主成分，按其重量为1，添加下述重量百分数的成份组成1.00～1.50％的Nb2O5、0.10～0.50％的CoCO3、0.10～0.50％的CeO2、0.25～0.50％的玻璃。在上述组成中，所述BaTiO3是煅烧的分析纯BaTiO3；所述玻璃是由Bi2O3、B2O3、SiO2按重量比40∶8∶8组成。
本发明还提供了一种上述钛酸钡陶瓷电容器介质的制备方法，它按下列步骤进行(1)首先将分析纯BaTiO3煅烧，按6～7℃/min的升温速率加热至1160～1200℃，保温2小时，冷却后备用；(2)将Bi2O3、B2O3、SiO2按重量比40∶8∶8混合，熔融淬冷，即制得玻璃；(3)按煅烧BaTiO3的重量为1，加入重量百分数1.00～1.50％的Nb2O5、0.10～0.50％的CoCO3、0.10～0.50％的CeO2、0.25～0.50％的玻璃配料，用氧化锆球加去离子水球磨8小时，于120℃干燥后过250孔/em2分样筛，然后加入6～7wt％的石蜡造粒，在60～80MPa压强下压制成圆片生坯，最后放入电炉中烧成，先按3℃/min的升温速率加热至500℃，再按6℃/min的升温速率加热至1240℃，保温4～8小时，随炉冷却10小时即制得陶瓷介质。
上述步骤(1)中BaTiO3的煅烧温度最好为1180～1200℃；步骤(3)中圆片生坯的烧成保温时间最好为6～8小时。
按本发明所制备的陶瓷介质具有很高的介电常数(最高4811)，并且具有优良的热稳定性能(容量温度变化率在±13％以内)，另一方面，本发明的原料价格低廉，制备工序简化，即配料后只需一次球磨，制作成本较低，可以作为同类材料的替换产品，有着良好的市场前景。本发明的有益效果在下述具体实施方式
中还要进一步予以阐述。
具体实施例方式
实例1(1)首先将分析纯的BaTiO3煅烧，按6～7℃/min的升温速率加热至1160～1200℃，保温2小时，冷却后备用；(2)将Bi2O3、B2O3、SiO2按重量比40∶8∶8混合，熔融淬冷，即制得玻璃；(3)按煅烧BaTiO3的重量为100g，加入1.25g Nb2O5，0.35g CoCO3，0.5gCeO2，0.25g玻璃配料，其组成代号为A，用氧化锆球加去离子水球磨8小时，用电热干燥箱于120℃烘干后过250孔/cm2分样筛，然后加入6～7wt％的石蜡造粒，在60～80MPa压强下压制成直径为15mm，厚度为2mm的圆片生坯，最后将其放入电炉中烧成，先按3℃/min的升温速率加热至500℃，再按6℃/min的升温速率加热至1240℃，保温4～8小时，随炉冷却10小时即制得陶瓷介质。
将烧结好的陶瓷介质再烧渗银电极，焊接引线，制成电容器试样；用HewlettPackard4278A Capacitance Meter在1MHz下测其电容量C和损耗角正切值tanδ，并计算介质的相对介电常数ε；用GZ-ESPEC恒温箱和HM27002型电容器C-T特性测试仪测量其容量温度变化率。
实例2按煅烧BaTiO3的重量为100g，加入1.00g Nb2O5，0.50g CoCO3，0.25g CeO2，0.50g玻璃配料，其组成代号为B，其余工艺条件及电容器试样的制备和测量同实例1。
实例3按煅烧BaTiO3的重量为100g，加入1.50gNb2O5，0.10g CoCO3，0.10g CeO2，0.35g玻璃配料，其组成代号为C，其余工艺条件及电容器试样的制备和测量同实例1。
在本发明上述三个组成实施例中，需要特别强调的是，其步骤(1)的BaTiO3分三个温度点1160℃、1180℃和1200℃煅烧；步骤(3)中的烧成保温时间分为三个时段4小时、6小时和8小时进行；每个配方组成均用上述三个不同温度点煅烧的BaTiO3配料，分别得到三组干压生坯，然后将组成A～C中用1160℃煅烧BaTiO3配料的干压生坯各取三片为一组，同时在1240℃烧成，保温4～8小时；将组成A～C中用1180℃煅烧BaTiO3配料的干压生坯各取三片为一组，同时在1240℃烧成，保温4～8小时；将组成A～C中用1200℃煅烧BaTiO3配料的干压生坯各取三片为一组，同时在1240℃烧成，保温4～8小时；最后制成27个电容器试样，测其介电性能，测试结果列于表1中。
由表1的测试结果可以看出，本发明陶瓷介质的三个组成在1240℃烧成，其介电常数随保温时间的增加(4～8小时)和BaTiO3煅烧温度的升高(1160℃～1200℃)而大幅度增加，而介电损耗随保温时间的延长虽有所增加，但是变化不大，均在0.016以内；容温变化率随保温时间的延长而有增大趋势，但在本发明中，均控制在±13％以内；此外，本发明组成的损耗和容温变化率随瓷料组成中的CeO2含量的增加而略有赠加，但都在X7R的使用要求范围内，但CeO2的作用对介电常数的贡献却较大，这从表1所列数据即可看出。因此，从表1的数据中可知，本发明优选的组成为A，优选的工艺条件是a)配料用1180～1200煅烧的BaTiO3为好；b)烧成的保温时间为6～8小时为好，所制得的陶瓷介质其ε在4400以上，最大可达4811。
本发明的钛酸钡陶瓷电容器介质由于其介电常数高(4400～4800)、介质损耗小，tanδ≤0.016、容量温度变化率的绝对值≤13％，热稳定性好，因此可用于制造高档电子设备中的大容量、温度稳定型耦合电容器或类似用途的电子器件。
表1 本发明钛酸钡陶瓷电容器介质试样不同工艺条件下的介电性能
权利要求
1.一种钛酸钡陶瓷电容器介质，其特征是，它以BaTiO3为主成分，按其重量为1，添加下述重量百分数的成份组成1.00～1.50％的Nb2O5、0.10～0.50％的CoCO3、0.10～0.50％的CeO2、0.25～0.50％的玻璃。
2.根据权利要求1所述的钛酸钡陶瓷电容器介质，其特征是，所述BaTiO3是煅烧的BaTiO3。
3.根据权利要求1或2所述的钛酸钡陶瓷电容器介质，其特征是，所述玻璃是由Bi2O3、B2O3、SiO2按重量比40∶8∶8组成。
4.一种钛酸钡陶瓷电容器介质的制备方法，其特征是，它按下列步骤进行(1)首先将BaTiO3煅烧，按6～7℃/min的升温速率加热至1160～1200℃，保温2小时，冷却后备用；(2)将Bi2O3、B2O3、SiO2按重量比40∶8∶8混合，熔融淬冷，即制得玻璃；(3)按煅烧BaTiO3的重量为1，加入重量百分数1.00～1.50％的Nb2O5、0.10～0.50％的CoCO3、0.10～0.50％的CeO2、0.25～0.50％的玻璃配料，用氧化锆球加去离子水球磨8小时，于120℃干燥后过250孔/cm2分样筛，然后加入6～7wt％的石蜡造粒，在60～80MPa压强下压制成圆片生坯，最后放入电炉中烧成，先按3℃/min的升温速率加热至500℃，再按6℃/min的升温速率加热至1240℃，保温4～8小时，随炉冷却10小时即制得陶瓷介质。
5.根据权利要求4所述的钛酸钡陶瓷电容器介质的制备方法，其特征是，所述步骤(1)中BaTiO3的煅烧温度为1180～1200℃。
6.根据权利要求4所述的钛酸钡陶瓷电容器介质的制备方法，其特征是，所述步骤(3)中圆片生坯烧成的保温时间为6～8小时。
全文摘要
本发明公开了一种钛酸钡陶瓷电容器介质及其制备方法，该陶瓷介质以BaTiO
文档编号C04B35/622GK1719559SQ20051001454
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年7月15日
发明者吴顺华, 李媛 申请人:天津大学