一种高温X8R型陶瓷电容器介质材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于多层陶瓷电容器材料技术领域，特别涉及高温X8R型陶瓷电容器介质材料及其制备方法。该种高温X8R型陶瓷电容器介质材料，以钛酸钡和钛酸铋钠钡的共融物为主基料，添加铌锰和A的氧化物的共融物、硅锂共融物、硼钡共融物、Re2O3，其中，元素A为钴、镍、锌、铋等的一种或几种，元素Re为稀土元素镨、钐、钆、钕、镝等的一种或几种。使用本发明专利技术高温X8R型陶瓷电容器介质材料制得的电容器具有高介电常数、高耐压强度、高温度稳定性，并且能够在制备多层瓷介固定电容器时与中低温烧结的30Pd‑70Ag内电极相匹配而实现中温烧结，并实现在高温环境的应用，具有较高的产业化前景和工业应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多层陶瓷电容器材料
，特别涉及高温X8R型陶瓷电容器介质材料及其制备方法。
技术介绍
多层瓷介固定电容器(下称MLCC)是各种电子设备不可缺少的重要元件，具有容量范围大、介质损耗低、体积小、适合表面贴装等特点，广泛应用于航天、航空、武器装备、电子对抗、汽车控制、能源勘探、工业控制、移动通信、轨道交通等军事和工业领域。随着现代信息技术和MLCC应用领域产业的高速发展，MLCC不断向高耐压强度、高温度稳定、高容量、微型化、高可靠方向发展,尤其是在一些特殊环境下的应用，对MLCC的工作温度范围和介电容温变化率提出更高的要求，如各种军事装备的大推力发动机、大功率相控雷达，石油钻井设备以及汽车领域的防抱死系统、电子控制单元等对MLCC工作温度要求延伸到150℃，甚至更高。根据美国EIA标准，X7R的工作温度范围为-55℃～125℃，X8R的工作温度范围为-55℃～150℃，两者的容温变化率均为±15％以内；显然X7R在某些特殊环境的应用，特别是在高温环境的应用不及X8R。钛酸钡的居里温度为125℃左右，其介电常数高，但介质损耗过高、容温变化率恶劣以及老化率严重，近年来国内外研究人员以钛酸钡为基材对X8R材料展开研究，并取得一定程度的进展，如专利200480015816.6，使用稀土氧化物、Nb2O5、Ta2O5、Co3O4、玻璃粉等物质对钛酸钡进行改性，但其专利技术只能满足X7R要求，不能满足更高工作温度要求；又如专利201210146787.3，使用钛铋钠化合物BNT提高钛酸钡居里温度、并添加锆钛化合物、稀土化合物、玻璃粉等物质对钛酸钡进行改性，其满足X8R特性，介电常数可达2700以上，但是介电损耗最低仍达1.55％，并且其烧结温度在1270℃以上，制成MLCC时不能与中低温烧结用的30Pd-70Ag内电极匹配，只能选用纯Pd,制造成本昂贵，不利于产业化；再如专利201310413203.9，使用(Sr、Ca、Ba)Bi4Ti4O15提高钛酸钡居里温度,并通过微量稀土氧化物、ZnNb2O6、ZrO2、硅锌化合物、MnCO3、玻璃粉等物质对钛酸钡进行改性，其满足X8R特性的介电常数最高仅达1900，并且不涉及耐压强度。因此，制备一种具有高介电常数(K值)、高耐压强度、高温度稳定性(150℃以上)，并且能够在制备多层瓷介固定电容器时与中低温烧结的30Pd-70Ag内电极相匹配而实现中温烧结(1100℃～1190℃)，并实现在高温环境的应用，具有较高的产业化前景和工业应用价值。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种解决工作温度范围低、耐压强度低、介电常数低、介质损耗高、烧结温度高等问题，具有高介电常数(K值)、高耐压强度、高温度稳定性(150℃以上)，并且能够在制备多层瓷介固定电容器时与中低温烧结的30Pd-70Ag内电极相匹配而实现中温烧结(1100℃～1190℃)的高温X8R型陶瓷电容器介质材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高温X8R型陶瓷电容器介质材料，其特征在于：其以100重量份的钛酸钡和钛酸铋钠钡的共融物为主基料，添加0.8～3.0份的铌锰和A的氧化物的共融物、0.2～1.0份的硅锂共融物、0.6～2.5份的硼钡共融物、0.5～2.0份的Re2O3；其中，元素A为钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、铋(Bi)等的一种或几种，元素Re为稀土元素镨(Pr)、钐(Sm)、钆(Gd)、钕(Nd)、镝(Dy)等的一种或几种。进一步的，钛酸钡和钛酸铋钠钡的共融物的化学式为:[(1-x)BaTiO3-xBay(NaO.5Bi0.5)(1-y)TiO3]，其中，x＝0.005～0.03；y＝0.02～0.1。进一步的，铌锰和A的氧化物的共融物中，铌与锰的原子比为6-11，铌与元素A的原子比为4.5-8.5。进一步的，硅锂共融物中,Li/Si原子比＝2-4。进一步的，硼钡共融物中,Ba/B原子比＝0.25-0.5。一种高温X8R型陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，先合成钛酸铋钠钡后再合成钛酸钡和钛酸铋钠钡的共融物；步骤2，合成铌锰和A的氧化物的共融物；步骤3，合成硅锂共融物；步骤4，合成硼钡共融物；步骤5，根据原料配比分别称量步骤1-4制备的共融物，以水为分散介质，依次进行球磨、干燥、破碎并造粒，造粒后的粉料在2～10Mpa条件下压制成圆片生坯，然后在空气气氛中升温至1100～1190℃，并保温烧结1～4h，即制得高温X8R型陶瓷电容器介质材料。优化的，步骤1中：合成钛酸铋钠钡[Bay(NaO.5Bi0.5)(1-y)TiO3]，按化学式[Bay(Na0.5Bi0.5)(1-y)TiO3],以Ba(OH)2·8H2O、Na2CO3、Bi2O3、TiO2原料，进行配料、球磨、干燥、破碎、过40目标准筛网，然后在850～950℃条件下煅烧1～4h合成钛酸铋钠钡。优化的，步骤1中：合成钛酸钡和钛酸铋钠钡的共融物[(1-x)BaTiO3-xBay(NaO.5Bi0.5)(1-y)TiO3]，按化学式[(1-x)BaTiO3-xBay(Na0.5Bi0.5)(1-y)TiO3]，把合成的钛酸铋钠钡Bay(NaO.5Bi0.5)(1-y)TiO3添加到BaTiO3中进行配料、球磨、干燥、破碎、过40目标准筛网，然后在1020～1150℃条件下煅烧2～6h合成钛酸钡和钛酸铋钠钡的共融物。优化的，步骤5中，球磨工艺采用2～5mm的氧化锆球作磨介，研磨2～10h，然后烘干、过筛，再加入5～10重量份的石蜡做粘结剂共同烘焙造粒，并再次过筛。由上述对本专利技术描述可知，本专利技术具有如下有益效果：第一，本专利技术的高温X8R型陶瓷电容器介质材料通过合成钛酸钡和钛酸铋钠钡的共融物提高钛酸钡体系的居里温度，使其具有更高的工作温度范围。第二，本专利技术通过铌锰和A的氧化物的共融物以及稀土氧化物的共同作用，使得钛酸钡基介电陶瓷材料实现双峰结构，有效降低介电容温变化率，实现X8R特性；并且Nb5+、Gd3+、Nd3+、Pr3+、Dy3+、Sm3+等离子的存在有利于维持电中性，提高体系绝缘电阻，并在烧结过程中抑制晶粒长大提高烧结致密性，从而降低介质损耗，提高体系的耐压强度。第三，本专利技术通过添加硅锂共融物、硼钡共融物等助熔剂，一方面起到降低烧结温度作用；更重要的一方面是Li+能有效改善高温稳定性，Ba2+的存在也可以有效拟补陶瓷材料在烧结过程中产生的Ba空位，从而减少本专利技术中陶瓷材料的缺陷，提高绝缘电阻，降低介电损耗，实现高耐压强度，并保持钛酸钡晶体结构稳定，从而使本专利技术的陶瓷材料具有更好的高温稳定性。第四，本专利技术的介电陶瓷材料能够中温烧结，其在制备多层瓷介固定电容器时能与中低温烧结的30Pd-70Ag内电极相匹配，从而降低生产成本，有利于产业化发展。第五，本专利技术的介电陶瓷材料采用传统固相法工艺即可制备，工艺要求不高。综上所述，本专利技术所制得的陶瓷电容器介质材料具有高介电常数(K值)、高耐压强度、高温度稳定性(150℃以上)，并且能够在制备多层瓷介固定电容器时与中低温烧结的30Pd-70Ag内电极相匹配而实现中温烧结(1100℃～1190℃)，并实现在高温环境的应用，具有较高的产业化前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温X8R型陶瓷电容器介质材料，其特征在于：其以100重量份的钛酸钡和钛酸铋钠钡的共融物为主基料，添加0.8～3.0份的铌锰和A的氧化物的共融物、0.2～1.0份的硅锂共融物、0.6～2.5份的硼钡共融物、0.5～2.0份的Re2O3；其中，元素A为钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、铋(Bi)等的一种或几种，元素Re为稀土元素镨(Pr)、钐(Sm)、钆(Gd)、钕(Nd)、镝(Dy)等的一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种高温X8R型陶瓷电容器介质材料，其特征在于：其以100重量份的钛酸钡和钛酸铋钠钡的共融物为主基料，添加0.8～3.0份的铌锰和A的氧化物的共融物、0.2～1.0份的硅锂共融物、0.6～2.5份的硼钡共融物、0.5～2.0份的Re2O3；其中，元素A为钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、铋(Bi)等的一种或几种，元素Re为稀土元素镨(Pr)、钐(Sm)、钆(Gd)、钕(Nd)、镝(Dy)等的一种或几种。2.根据权利要求1所述的高温X8R型陶瓷电容器介质材料，其特征在于,所述的钛酸钡和钛酸铋钠钡的共融物的化学式为:[(1-x)BaTiO3-xBay(NaO.5Bi0.5)(1-y)TiO3]，其中，x＝0.005～0.03；y＝0.02～0.1。3.根据权利要求1或2所述的高温X8R型陶瓷电容器介质材料，其特征在于：所述铌锰和A的氧化物的共融物中，铌与锰的原子比为6-11，铌与元素A的原子比为4.5-8.5。4.根据权利要求1或2所述的高温X8R型陶瓷电容器介质材料，其特征在于：所述硅锂共融物中,Li/Si原子比＝2-4。5.根据权利要求1或2所述的高温X8R型陶瓷电容器介质材料，其特征在于：所述硼钡共融物中,Ba/B原子比＝0.25-0.5。6.一种高温X8R型陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，先合成钛酸铋钠钡后再合成钛酸钡和钛酸铋钠钡的共融物；步骤2，合成铌锰和A的氧化物的共融物；步骤3，合成硅锂共融物；步骤4，合成硼钡共融物；步骤5，根据原料配比分别称量步骤1-4制...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴金剑，林志盛，黄祥贤，宋运雄，陈永虹，谢显斌，许金飘，
申请(专利权)人：福建火炬电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35