本发明专利技术公开了一种锆钛酸钡基Y5V粉体材料Ba(Ti1-xZrx)O3+A，其在1200~1320℃温度范围内烧结形成具有超高介电常数和低介电损耗的Y5V型陶瓷材料。本发明专利技术陶瓷材料的介电常数最大达到22000以上，容温变化率介于-82%~22%，室温介电损耗<0.8%，粉体颗粒在20~60nm范围内，陶瓷晶粒尺寸小于5μm。本发明专利技术适用于制造大容量、小体积、高耐压、高性能的多层陶瓷电容器或者储能电池，具有广阔的工业化应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锆钛酸钡基Y5V粉体材料及其制备方法。
技术介绍
BaTiO3系陶瓷材料作为一种重要的电子陶瓷材料,具有高介电常数、铁电、压电、耐压等优良的电学性能，广泛地运用于体积小容量大的微型电容器。Y5V型陶瓷电容器作为高介电性能的一类陶瓷电容器的代表，在电子线路中得到了广泛的应用，特别是高档电子仪器如便携笔记本电脑、移动通讯中的手机、汽车电话等。Y5V是指在-30-85 V范围内的电容量相对于室温25 °〇时的变化率满足-82% ( (C-C25) / C25彡22% ;C为-30-85 °〇范围内的某个温度点的电容量。 目前，制备锆钛酸钡基Y5V型陶瓷电容器用介质材料大多使用固相法。固相法的主要优点在于其制备工艺简单成熟、原料廉价等。但是，由于其制备工艺较长，热处理温度高，混合均匀度差，容易导致粉体颗粒较大，组分易偏离，需要助烧剂的用量较多等缺点，从而使得陶瓷的性能恶化。如美国专利US 005361187所述制备工艺复杂，粉体的颗粒尺寸在I Pm以上，陶瓷晶粒尺寸大于10 Pm，限制了 MLCC中陶瓷层厚度的降低，而且介质层包含的陶瓷颗粒太少，会导致电容器的可靠性变差。液相法制备细晶锆钛酸钡基Y5V型陶瓷用介质粉体主要有沉淀法和水热法。目前，王升等人(无机材料学报，2005，20: 119-126)用水热法制备出粉体平均粒径小于0. 3 ym，陶瓷粒度为4 ym，室温介电常数大于18000，介电损耗小于0. 7 %，且符合Y5V标准的(Baa97Caaci3)L(Tia8ciZra2tl)O3陶瓷。但是，水热法通常对于设备的要求较高，温度压力必须严格控制，成本高，并且产量低。而沉淀法虽然简化了 Y5V粉体的制备步骤，但它仍然存在工艺复杂、组分易偏析等无法克服的缺点，且介电常数仅为14000。与以上两种湿化学法相比，溶胶-凝胶法一步法制备的材料可以在较低温度下煅烧合成，从而避免了材料被污染，最终获得高纯、均一的材料；它实现了元素在原子水平的均匀混合，且能够更准确的控制掺杂元素的浓度，从而得到有严格化学计量比的粉体；它能达到对粉体粒度和形貌的有效控制，得到细晶纳米粉体。中国专利200910254653. I使用溶胶-凝胶一步法制得粉体粒径小于100 nm的粉体，但是其所得陶瓷介电常数较低(16000)，粉体组成复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超高介电常数低介电损耗陶瓷电容器用锆钛酸钡基Y5V粉体，其介电常数最大能达到24000，介电损耗(25°C ) ( 0. 8%。本专利技术的另一目的是提供上述锆钛酸钡基Y5V粉体的一步制备方法。为实现上述目的，本专利技术实现过程如下通式Ba(TipxZrx)OJA表示的锆钛酸钡基Y5V粉体，其中0. 05<x<0. 20，A为Mn02、Cu0、Nb2O5和稀土氧化物，主晶相Ba(TihZrx)O3的重量百分比为98. 5-99. 7wt%, A中各组分的重量百分比为=MnO2 为 0. 01-0. 05%, CuO 为 0. 09-0. 4%, Nb2O5 为 0. 1-0. 5%,稀土氧化物为0. 1-0. 6%,所述的稀土氧化物为镧、铺、镨、钕、钷、衫、铕、礼、铺、镝、钦、铒、钱、镱、镥、钪、宇乙的氧化物。上述锆钛酸钡基Y5V粉体的制备方法，包括以下步骤 (1)将钛酸酯溶于冰醋酸和醇溶剂中； (2)按照化学计量比加入钡、锆、锰、铜、稀土盐水溶液，铌的水溶性配合物或者醇铌，搅拌得溶胶； (3)溶胶进一步搅拌得到凝胶，3(T901干燥得干凝胶粉； (4)干凝胶粉于75(Tl200°C下煅烧0. 5^8. 0小时得锆钛酸钡基Y5V粉体。 所述钛酸酯通式为Ti (OR)4，其中R为丁基、异丙基、辛基或正丙基。所述的醇溶剂选自乙醇、正丙醇、异丙醇、I-丁醇、2-丁醇。钡、锰、铜、稀土盐以硝酸盐、亚硝酸盐或醋酸盐的形式加入，锆以硝酸锆或硝酸氧锆的形式加入，铌的水溶性配合物或者醇铌为Nb2O5的过氧化氢溶液，氢氧化铌，乙醇铌，正丙醇铌，戊醇铌。使用上述锆钛酸钡基Y5V粉体制备方法得到的粉体经造粒、压片，在1200-1320°C烧结1飞h得到Y5V陶瓷。本专利技术制备得到的高介电常数低介电损耗陶瓷电容器用介质材料性能达到如下指标陶瓷圆片烧结温度在1200-1320 °C之间，晶粒尺寸在2-7 y m，从-30 1到+85°C的温度范围内，容温变化率(TCC)介于+22°/r-82%的范围内，材料的室温介电常数在15000-22000，室温介电损耗〈0.8%。本专利技术采用溶胶-凝胶一步法，通过进一步优化材料的组成配方和控制制备条件能得到粒径小、分布均匀、且纯度较高的锆钛酸钡基Y5V型陶瓷用介质粉体，从而为制备高性能、薄层化、小型化的MLCC提供一条新的途径；本专利技术中锆钛酸钡主料、掺杂组份以及助烧剂等添加剂均采用溶胶-凝胶法一步法加入，以避免主料与添加剂等进行二次混合时造成成份混合不均匀，以及掺混进新的杂质等问题；本专利技术制备的粉体的平均粒径小、分散性好、活性高、纯度高；本专利技术原料易得，设备简单，工艺简便、配方成分可控。附图说明图I为实施例I制备的粉体XRD谱 图2为实施例I制备的粉体TEM照片； 图3为实施例I制备的粉体烧结陶瓷的SEM照片； 图4为实施例I制备的陶瓷的介电性能； 图5为实施例2制备的粉体烧结陶瓷的SEM照片； 图6为实施例2制备的陶瓷的介电性能。具体实施例方式实施例I按 I. OOmol Ba (Ti1^xZrx) O3 +A，粉体中 ZrO2 的含量(x)分别为 5. I mol%，5. 4 mol%，5. 7mol%, A为组成固定的Mn02、CuO, Nb2O5和稀土氧化物。采用溶胶-凝胶一步法合成BaTiO3基Y5V纳米粉体。具体步骤如下 a)按化学计量比称取钛酸四丁酯50. OO g，搅拌下加入45 ml的冰醋酸和29 ml无水乙醇，充分搅拌；按照化学计量比加入醋酸钡43. 70 g、硝酸钦0.4931 g、醋酸锰0.0848 g，醋酸铜0.2762 g，氧化铌0. 1838g(Nb205的加入形式为Nb2O5的过氧化氢溶液Cffl^=O. 01141g/ml，16. 11ml)，硝酸锆的质量为8.4427 g，不断搅拌，反应温度为室温，反应时间为2小时，得到蓝绿色透明溶胶；充分搅拌得到均匀透明的钛酸钡基前驱体，隔夜静置，80 °C干燥得干凝胶粉。b)干凝胶在900 °C煅烧2小时得纳米粉体，其XRD图谱如图I所示，TEM照片见图2。c)粉体加水形成浆料，以氧化锆球为磨介进行球磨，球磨时间为6 48 h。将球磨干燥后的样品经造粒，于6 MPa压力下压制成直径8 mm和厚度I. 5 mm的还体圆片，于1300°〇进行烧结并保温2 h，制成圆片陶瓷材料，SEM照片见图3。 陶瓷样品的介电性能见图4和表1，从表I可见，所制备的材料符合EIA-Y5V标准的要求。权利要求1.通式Ba(Ti1^xZrx)03+A表示的锆钛酸钡基Y5V粉体，其中O.05〈χ〈0· 20，A为MnO2,CuO, Nb2O5和稀土氧化物，主晶相Ba(IVxZrx)O3的重量百分比为98. 5-99. 7wt%， A 中各组分的重量百分比本文档来自技高网...
【技术保护点】
通式Ba(Ti1？xZrx)O3+A表示的锆钛酸钡基？Y5V粉体，其中0.05
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔斌，张璐琭，马蓉，王艳，湛新星，畅柱国，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：
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