共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料、制备方法及其用于制备电子元器件的用途。其中共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料以BaTiO3为主体材料，添加量为93～97mol％，以玻璃相材料、抗还原剂、碱金属化合物和稀土氧化物为掺杂材料，总添加量为3～7mol％。本发明专利技术还公开了由上述共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料制成的多层陶瓷电容器，其介电常数介于2800～3900之间，介质层厚介于650～850nm之间，室温电阻率能达到～8GΩ

【技术实现步骤摘要】
共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及陶瓷介质
，尤其涉及一种共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]多层陶瓷电容器(MLCC)广泛用于通讯设备、汽车电子、产业机器、医疗器械等领域的通信基础设备电路中。其可作为电源旁路电容器，如液晶模块(液晶驱动电压线路)、高电源电压的LSI/IC/OP放大器，或作为平滑电容器，如DC
‑
DC变换器(输入和输出)、开关电源(二次侧)等。
[0003]钛酸钡(BaTiO3)是MLCC中Ⅱ类电容器的基体材料，具有较高的介电常数。近年来，移动电子设备的小型化使得MLCC逐渐向小型化、大容量的方向发展。对钛酸钡基陶瓷材料的各种性质提出了更高要求。式(1)为MLCC的电容计算方法，其中C为电容，N为介质层数，ε0为真空介电常数，ε
r
为材料介电常数，S为电极面积，d为介质层厚。
[0004][0005]由于某些特定规格的MLCC尺寸固定，一般无法通过改变电极面积来增大电容，因而若要得到大容量的钛酸钡基MLCC，可以从以下几个方面来实现：1、增大钛酸钡基陶瓷材料的介电常数，如改变掺杂体系或增大晶粒尺寸来实现；2、增加叠层数量，即介质层数N，即等同于减小介质层厚度d。
[0006]由于某些特定规格MLCC尺寸的限制，同时，每一介质层至少需要五颗晶粒的厚度来保证基体材料的稳定性，所以在超薄层MLCC器件的制作过程中，增大晶粒尺寸和减小介质层厚度相悖。另外，在介质层厚度一定的情况下增大晶粒尺寸会导致晶界数量减少，可能会导致MLCC的可靠性降低。导致可靠性降低的因素较为复杂，但一般情况下都是氧空位的迁移引起的。因而可以通过减少氧空位的数量或阻止氧空位的迁移来提高MLCC的可靠性。氧空位的产生主要来源于基体材料中“芯壳结构”中的芯部，产生于还原气氛下的纯钛酸钡陶瓷的烧结过程中；在一定电压条件下，氧空位会迁移至阴极，使阴极氧空位大量富集，导致样品击穿，因而阻碍氧空位迁移则可以提高样品的可靠性能。由于壳中电荷分布较为稳定，同时晶界、镍电极层
‑
介质的扩散层等激活能一般相对较高，因而都具有阻碍氧空位迁移的作用。针对以上问题，可以对其进行改性处理来提高其可靠性能，即一方面是制备出超纯超细且分散性良好的粉体，利用纳米效应来改变性能。二是是对钛酸钡粉体原料进行掺杂改性，控制晶粒尺寸以及调整“芯壳”比例。

技术实现思路

[0007]针对上述技术问题，本专利技术提供一种高介电常数、高可靠性的共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料、制备方法及其应用。本专利技术选择稀土元素的氧化物做掺杂剂，对钛酸钡进行改性，并添加玻璃相材料、抗还原剂、碱金属化合物和稀土氧化物为掺杂材料细化颗粒，制备
具有稳定电容特性、高可靠性且更易叠层的细晶陶瓷。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0009]本专利技术第一方面提供一种共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料，所述共掺杂钛酸钡以BaTiO3为主体材料，其添加量为93～97mol％，以玻璃相材料、抗还原剂、碱金属化合物和稀土氧化物为掺杂材料，所述掺杂材料的总添加量为3～7mol％。
[0010]在某些具体的实施例中，基于所述共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料，所述主体材料BaTiO3的添加量为93mol％、94mol％、95mol％、96mol％、97mol％或它们之间的任意值；所述掺杂材料的总添加量为3mol％、4mol％、5mol％、6mol％、7mol％或它们之间的任意值。
[0011]作为优选地实施例，所述玻璃相材料选自玻璃相SiO2、Al2O3、B2O3、Bi2O3、BaSiO3、ZnO和PbO中的任意一种或几种；
[0012]优选地，所述抗还原剂选自V2O5、MnO和Cr2O3中的任意一种或几种；
[0013]优选地，所述碱金属化合物选自碱金属的氧化物、碱金属的氢氧化物和碱金属的盐类物质中的任意一种或几种，所述碱金属的盐类物质包括碱金属的卤化物、碱金属的硝酸盐和碱金属的碳酸盐；所述碱金属优选为Mg。
[0014]在某些具体的实施例中，所述碱金属化合物可以列举出MgCO3、Mg(OH)2、MgO、MgCl2和Mg(NO3)2等。
[0015]优选地，所述稀土氧化物选自Eu2O3、Dy2O3、Ho2O3、Yb2O3、Er2O3和Tm2O3中的任意一种或几种。
[0016]作为优选地实施例，基于所述共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料，所述玻璃相材料的添加量为0.1～3.0mol％，例如为0.1mol％、0.5mol％、1.0mol％、1.5mol％、2.0mol％、2.5mol％、3.0mol％或它们之间的任意值。
[0017]优选地，所述抗还原剂的添加量为0.1～3.0mol％，例如为0.1mol％、0.5mol％、1.0mol％、1.5mol％、2.0mol％、2.5mol％、3.0mol％或它们之间的任意值。
[0018]优选地，所述碱金属化合物的添加量为0.1～3.0mol％，例如为0.1mol％、0.5mol％、1.0mol％、1.5mol％、2.0mol％、2.5mol％、3.0mol％或它们之间的任意值。
[0019]优选地，所述稀土氧化物的添加量为0.1～3.0mol％，例如为0.1mol％、0.5mol％、1.0mol％、1.5mol％、2.0mol％、2.5mol％、3.0mol％或它们之间的任意值。
[0020]在本专利技术的技术方案中，所述玻璃相材料、抗还原剂、碱金属化合物和稀土氧化物的添加量不同时取最大值或最小值。
[0021]在本专利技术的技术方案中，所述主体材料BaTiO3的颗粒尺寸为150～200nm。
[0022]在某些具体的实施例中，所述主体材料BaTiO3的颗粒尺寸为150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm或它们之间的任意尺寸。
[0023]本专利技术第二方面提供上述共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料的制备方法，包括以下步骤：将所述主体材料钛酸钡和所述掺杂材料进行湿法球磨，干燥后即得到共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料。
[0024]本专利技术第三方面提供上述共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料在制备电子元器件中的用途，具体地，所述电子元器件为多层陶瓷电容器。
[0025]本专利技术第四方面提供一种多层陶瓷电容器，由上述共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料制得。
[0026]作为优选地实施例，所述多层陶瓷电容器由上述共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料在还原气氛中，与金属内电极烧结制得所述多层陶瓷电容器的绝缘性陶瓷介质层；
[0027]优选地，所述烧结的温度为1200℃～1300℃。
[0028]作为优选地实施例，所述多层陶瓷电容器的陶瓷介质的晶粒尺寸为150～240nm，所述多层陶瓷电容器的叠层数为170～230层，所述多层陶瓷电容器的陶瓷介质层的层厚度为650～850nm。
[0029]在一些具体的实施例中，所述多层陶瓷电容器的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料，其特征在于，所述共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料以BaTiO3为主体材料，所述主体材料的添加量为93～97mol％，以玻璃相材料、抗还原剂、碱金属化合物和稀土氧化物为掺杂材料，所述掺杂材料的总添加量为3～7mol％。2.根据权利要求1所述的共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料，其特征在于，所述玻璃相材料选自玻璃相SiO2、Al2O3、B2O3、Bi2O3、BaSiO3、ZnO和PbO中的一种或任意几种；优选地，所述抗还原剂选自V2O5、MnO和Cr2O3中的任意一种或几种；优选地，所述碱金属化合物选自碱金属的氧化物、碱金属的氢氧化物和碱金属的盐类物质中的任意一种或几种，所述碱金属的盐类物质包括碱金属的卤化物、碱金属的硝酸盐和碱金属的碳酸盐；所述碱金属优选为Mg；优选地，所述稀土氧化物选自Eu2O3、Dy2O3、Ho2O3、Yb2O3、Er2O3和Tm2O3中的任意一种或几种。3.根据权利要求1所述的共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料，其特征在于，基于所述共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料，所述玻璃相材料的添加量为0.1～3.0mol％；优选地，所述抗还原剂的添加量为0.1～3.0mol％；优选地，所述碱金属化合物的添加量为0.1～3.0mol％；优选地，所述稀土氧化物的添加量为0.1～3.0mol％；所述玻璃相材料、抗还原剂、碱金属化合物和稀土氧化物的添加量不同时取最大值或最小值。4.根据权利要求1所述的共掺杂钛酸钡陶瓷介电材料，其特征在于，所述主体材料BaTiO3的颗粒尺寸为150～200nm。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的共掺杂钛酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朋飞，张蕾，于淑会，黄雄，孙蓉，
申请(专利权)人：深圳先进电子材料国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：