超宽工作温区的多层陶瓷电容器介质材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种W成分为特征的介质材料组合物，尤其设及一种 BaTiOs-Bi姑2/3佩1/3)〇3-化佩〇3低损耗、超宽工作溫区的多层陶瓷电容器介质材料及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 当今时代，电子产业的飞速发展，逐步推动电子元器件向小型化、集成化的方向发 展，越来越多的电路与器件被集成在一个有限的空间内，片式电子元器件应运而生。片式电 子元器件W其小型化、易贴装的优异特性，逐步取代了传统引线型电子元件成为市场的主 流。
[0003] 片式多层陶瓷电容器（MLCC)由于具有体积小、等效串联电阻小、高频特性好、价 格低等优点而被广泛应用于在航空航天、地下勘探、汽车电子等领域。由于其恶劣的工作环 境，要求电子器件能在超宽工作溫度范围内具有更高的可靠性。因此，研制具有高介电常 数、高稳定性、低损耗的宽溫稳定型介质材料具有十分重要的实际意义。
[0004] 近年来，MLCC用介质材料的发展趋势一直是改善其综合性能，在保证其高可靠性 的前提下，扩展其使用溫度范围，先后出现满足EIAX7R(工作溫度范围为-55~125°C )、 X8R(工作溫度范围为-55~150°C )、X9R(工作溫度范围为-55~200°C )标准的介质材 料。然而，在航空航天、地质勘探、汽车电子等领域，MLCC的使用环境更加苛刻，X9R无法完 全满足使用要求，因此提高铁酸领基介质材料的介电溫度稳定性并且获得尽可能大工作溫 区仍然是目前的研究热点之一，并且眼下介质电容器生产厂家的研究重点即围绕配方和制 备工艺的研究。
[000引本发明提供的BaTiOs-Bi狂112/3佩1/3) 03-化佩03介质体系具有优异的介电性能， 在-55°C~310°C整个工作溫区内介电损耗能够保持tan 5《0. 07,此外本发明体系具有 较高介电常数700 + 19%和优异的绝缘性能pV> l0iiQ .cm。本发明体系烧结溫 度为1225°C~1250°C，是一种很有前景的应用于制作低损耗、超宽工作溫区多层陶瓷电容 器介质材料。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的，是在保证现有技术高可靠性的前提下，扩展其使用溫度范围，提供 一种损耗低、工作溫区宽、容量变化率小的陶瓷电容器介质材料。
[0007] 本发明通过如下技术方案予W实现。
[0008] -种超宽工作溫区的多层陶瓷电容器介质材料，原料组成及摩尔百分比为：
[0009] BaTi〇3:aBi (Zn 2/3师1/3) 〇3:WaNbO 3= 1 :日：b，其中 0. 25《a《0. 325， 0.0 l《b《0. 02。
[0010] 上述多层陶瓷电容器介质材料的制备方法，步骤如下：
[0011] (1)将化〇前2〇3、佩2〇5按摩尔比1:4/3:1/3配料，与去离子水混合球磨化后烘干 并于900°C预烧，制得Bi姑2/3佩1/3) 〇3固体颗粒；
[001引 似将步骤（1)预烧所得Bi姑2/3佩1/3)03固体颗粒在去离子水中进行二次球磨， 球磨时间5~lOh，烘干后过40目筛得到原料粉末，待用；
[001引 做将化2(：03、佩205按摩尔比1: 1配料，与去离子水混合球磨化后烘干并于1000°C 预烧，制得NaNb03固体颗粒；
[0014] (4)将步骤（3)预烧所得NaNb化固体颗粒在去离子水中进行二次球磨，球磨时间 5~lOh，烘干后，过40目筛得到原料粉末，待用；
[001引妨^8曰1'103为基添加曰11101%步骤似所得81狂112/3佩1/3)03,0.25《￡1《0.325， 与bmol%步骤（4)所得NaNb03,0.Ol《b《0. 02 ;
[001引（6)将步骤妨所得粉料中加入质量百分比为5%~8%的石蜡造粒，然后过1000 孔/cm3分样筛，在200~350MPa压强下压制成生巧；
[0017] (7)将步骤（6)所得生巧使用埋料的方式烧结，经3~化升溫至550°C排蜡，经过 1~化升至1225°C~1250°C烧结，保溫1~化，制得多层陶瓷电容器介质材料。
[0018] 所述步骤巧）的a为0. 3, b为0. 015。
[001引所述步骤（7)的烧结溫度为1225°C。
[0020] 本发明的BaTiOs-Bi狂〇2/3佩1/3)〇3基多层陶瓷电容器介质材料，在-55°C~310°C 整个工作溫区内介电损耗能够保持tan 5《0. 05,具有较高介电常数e 700 +19%和 优异的绝缘性能PV -cm。是一种很有前景的、可稳定应用于超宽工作溫区的、低 频旁路滤波多层陶瓷电容器介质材料体系。本发明制备工艺简洁，获得粉体组分均一，制备 过程无污染。
【具体实施方式】
[0021] 本发明采用分析纯原料，将化0、Bi2〇3、佩2〇5按摩尔比1:4/3:1/3配料，与去离子 水混合球磨化后烘干并于900°C预烧，制得Bi狂112/3佩1/3) 〇3固体颗粒；将Bi狂n 2/3佩1/3) 〇3 固体颗粒在去离子水中进行二次球磨，球磨时间5~lOh，烘干后过40目筛得到原料粉末， 待用；另将NazCOs、佩2〇5按摩尔比1:1配料，与去离子水混合球磨化后烘干并于l〇〇〇°C预 烧，制得NaNb化固体颗粒；将NaNbO 3固体颗粒在去离子水中进行二次球磨，球磨时间5~ lOh，烘干后过40目筛得到原料粉末，待用。WBaTiOs为基添加a 111〇1%61狂〇2/3佩1/3)〇3，与 b mol%胞佩〇3,其中的0. 25《a《0. 325,0.0 l《b《0. 02。将上述所得粉料中外加质 量百分比为5%~8%的石蜡进行造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，在200~350MPa压强 下压制成生巧；再将所得生巧使用埋料的方式烧结，经3~化升溫至550°C排蜡，经过1~ 化升至1200°C~1250°C烧结，保溫1~化，制得多层陶瓷电容器介质材料。最后，将所得 制品的上下表面均匀涂覆银浆，经800°C烧渗制备电极，制得宽工作溫度范围的多层陶瓷电 容器。
[0022] 本发明具体实施例的主要工艺参数及其介电性能测试结果详见表1。
[002引 表1中Maxl AC/C25.C I (% )值的溫区范围是-55°C~+310°C。
[0024]表1
[00 巧]
[0026] 本发明测试方法和检测设备如下：（交流测试信号：频率为I曲z，电压为IV)。
[0027] (1)介电常数和损耗的测试（室溫25°C)
[002引使用HEWLETT PACKA畑4278A型电容量测试仪测试样品的电容量C和损耗tan 5， 并换算出样品的介电常数。对于圆片电容器，换算关系如下：
[0030] 式中：C-电容量，单位为pF ;d、D分别为样品的厚度、直径，单位cm。
[0031] (2)电阻率的测试
[0032] 使用Agilent 4339B高阻计测试样品的绝缘电阻Ri,并换算出样品的绝缘电阻率 PV，对于圆片型样品换算公式如下：
[0034]式中：P V为样品的体积电阻率，单位为Q 'em耻为样品的绝缘电阻，单位为Q;d、D分别为样品的厚度、直径，单位为cm。
[003引 做TC特性测试
[0036] 测量样品在溫区-55°C~+310°C的电容量。而后采用下述公式计算容量溫度变化 率：
[003引式中：Cl为25°C下的电容量，nF;C2为-55°C~+310°C溫区内任意溫度点的电容 量，nF;AC/Czgt为电容量的相对变化率。
[0039] 实验利用GZ-ESP邸高低溫箱及STH-120型高溫箱共同创造-55°C~+310°C的测 试溫度环境，并采用歷27002型电容器C-T/V特性专用测试仪和肥WLETT PACKA畑4278A 测试显示。将歷27002型电容器C-T/V特性专用测试仪设置为"内偏"，从-55°C开始测试， 再升至室溫25°C，最后升至+310°C，用4278A型电容测试仪测量样品在整个溫区内的电容 量。
[0040] 本发明的宽工作溫度范围多层陶瓷电容器介质材料，烧结溫度1225~1250°C，工 作溫度范围为-55°C~+310°C，在整个工作溫区内满足W下介电性能：
[0041]介电常数：e > 700;
[0042]损耗：1曰115《〇.〇7(-55。(：~+310。(：）；
【主权项】
1. 一种超宽工作温区的多层陶瓷电容器介质材料，原料组成及摩尔百分比为： BaTi03:aBi(Zn2/3Nb1/3)03:bNaNb03= 1:a:b，其中0· 25彡a彡0· 325,0·OKb彡0· 02。 上述多层陶瓷电容器介质材料的制备方法，步骤如下： (1) 将Zn0、Bi203、Nb205按摩尔比1:4/3:1/3配料，与去离子水混合球磨8h后烘干并于 900°C预烧，制得Bi(Zn2/3Nb1/3) 03固体颗粒； (2) 将步骤⑴预烧所得Bi(Zn2/3Nb1/3)0^体颗粒在去离子水中进行二次球磨，球磨 时间5~10h，烘干后过40目筛得到原料粉末，待用； (3) 将Na2C03、Nb205按摩尔比1:1配料，与去离子水混合球磨8h后烘干并于1000°C预 烧，制得NaNb03固体颗粒； (4) 将步骤（3)预烧所得~&他03固体颗粒在去离子水中进行二次球磨，球磨时间5~ l〇h，烘干后，过40目筛得到原料粉末，待用； (5) 以BaTi03 为基添加amol%步骤⑵所得Bi(Zn2/3Nb1/3)03,0·25彡a彡0·325，与 bmol%步骤⑷所得NaNb03,0. 01 彡b彡 0· 02 ; (6) 将步骤（5)所得粉料中加入质量百分比为5%~8%的石蜡造粒，然后过1000孔/ cm3分样筛，在200~350MPa压强下压制成生还； (7) 将步骤（6)所得生坯使用埋料的方式烧结，经3~5h升温至550°C排蜡，经过1~ 3h升至1225°C~1250°C烧结，保温1~3h，制得多层陶瓷电容器介质材料。2. 根据权利要求1所述的超宽工作温区的多层陶瓷电容器介质材料，其特征在于，所 述步骤（5)的a为0. 3,b为0. 015。3. 根据权利要求1所述的超宽工作温区的多层陶瓷电容器介质材料，其特征在于，所 述步骤（7)的烧结温度为1225°C。
【专利摘要】本发明公开了一种超宽工作温区的多层陶瓷电容器介质材料，原料组成及摩尔百分比为BaTiO3：aBi(Zn2/3Nb1/3)O3：bNaNbO3＝1：a：b，其中0.25≤a≤0.325，0.01≤b≤0.02。先将ZnO、Bi2O3、Nb2O5按摩尔比1:4/3:1/3配料，经900℃预烧，制得Bi(Zn2/3Nb1/3)O3固体颗粒，二次球磨后烘干、过筛；另将Na2CO3、Nb2O5按摩尔比1:1配料，于1000℃预烧，制得NaNbO3固体颗粒，二次球磨后烘干、过筛。以BaTiO3为基添加a？mol％Bi(Zn2/3Nb1/3)O3(0.25≤a≤0.325)与b？mol％NaNbO3(0.01≤b≤0.02)，再经过造粒后压制成生坯，生坯于1225℃～1250℃烧结，制得多层陶瓷电容器介质材料。本发明在-55℃～310℃工作温区内介电损耗保持tanδ≤0.05，介电常数εr≥700±19％，绝缘性能ρV≥1011Ω·cm。制备工艺简洁，获得粉体组分均一，制备过程无污染。
【IPC分类】C04B35/468
【公开号】CN105294098
【申请号】CN201510790950
【发明人】李玲霞, 张博文, 陈俊晓
【申请人】天津大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月17日