超寬工作溫區的多層陶瓷電容器介質材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于一種W成分為特征的介質材料組合物，尤其設及一種 BaTiOs-Bi姑2/3佩1/3)〇3-化佩〇3低損耗、超寬工作溫區的多層陶瓷電容器介質材料及其制 備方法。
【背景技術】
[0002] 當今時代，電子產業的飛速發展，逐步推動電子元器件向小型化、集成化的方向發 展，越來越多的電路與器件被集成在一個有限的空間內，片式電子元器件應運而生。片式電 子元器件W其小型化、易貼裝的優異特性，逐步取代了傳統引線型電子元件成為市場的主 流。
[0003] 片式多層陶瓷電容器（MLCC)由于具有體積小、等效串聯電阻小、高頻特性好、價 格低等優點而被廣泛應用于在航空航天、地下勘探、汽車電子等領域。由于其惡劣的工作環 境，要求電子器件能在超寬工作溫度范圍內具有更高的可靠性。因此，研制具有高介電常 數、高穩定性、低損耗的寬溫穩定型介質材料具有十分重要的實際意義。
[0004] 近年來，MLCC用介質材料的發展趨勢一直是改善其綜合性能，在保證其高可靠性 的前提下，擴展其使用溫度范圍，先后出現滿足EIAX7R(工作溫度范圍為-55~125°C )、 X8R(工作溫度范圍為-55~150°C )、X9R(工作溫度范圍為-55~200°C )標準的介質材 料。然而，在航空航天、地質勘探、汽車電子等領域，MLCC的使用環境更加苛刻，X9R無法完 全滿足使用要求，因此提高鐵酸領基介質材料的介電溫度穩定性并且獲得盡可能大工作溫 區仍然是目前的研究熱點之一，并且眼下介質電容器生產廠家的研究重點即圍繞配方和制 備工藝的研究。
[000引本發明提供的BaTiOs-Bi狂112/3佩1/3) 03-化佩03介質體系具有優異的介電性能， 在-55°C~310°C整個工作溫區內介電損耗能夠保持tan 5《0. 07,此外本發明體系具有 較高介電常數700 + 19%和優異的絕緣性能pV> l0iiQ .cm。本發明體系燒結溫 度為1225°C~1250°C，是一種很有前景的應用于制作低損耗、超寬工作溫區多層陶瓷電容 器介質材料。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的，是在保證現有技術高可靠性的前提下，擴展其使用溫度范圍，提供 一種損耗低、工作溫區寬、容量變化率小的陶瓷電容器介質材料。
[0007] 本發明通過如下技術方案予W實現。
[0008] -種超寬工作溫區的多層陶瓷電容器介質材料，原料組成及摩爾百分比為：
[0009] BaTi〇3:aBi (Zn 2/3師1/3) 〇3:WaNbO 3= 1 :日：b，其中 0. 25《a《0. 325， 0.0 l《b《0. 02。
[0010] 上述多層陶瓷電容器介質材料的制備方法，步驟如下：
[0011] (1)將化〇前2〇3、佩2〇5按摩爾比1:4/3:1/3配料，與去離子水混合球磨化后烘干 并于900°C預燒，制得Bi姑2/3佩1/3) 〇3固體顆粒；
[001引 似將步驟（1)預燒所得Bi姑2/3佩1/3)03固體顆粒在去離子水中進行二次球磨， 球磨時間5~lOh，烘干后過40目篩得到原料粉末，待用；
[001引 做將化2(：03、佩205按摩爾比1: 1配料，與去離子水混合球磨化后烘干并于1000°C 預燒，制得NaNb03固體顆粒；
[0014] (4)將步驟（3)預燒所得NaNb化固體顆粒在去離子水中進行二次球磨，球磨時間 5~lOh，烘干后，過40目篩得到原料粉末，待用；
[001引妨^8曰1'103為基添加曰11101%步驟似所得81狂112/3佩1/3)03,0.25《￡1《0.325， 與bmol%步驟（4)所得NaNb03,0.Ol《b《0. 02 ;
[001引（6)將步驟妨所得粉料中加入質量百分比為5%~8%的石蠟造粒，然后過1000 孔/cm3分樣篩，在200~350MPa壓強下壓制成生巧；
[0017] (7)將步驟（6)所得生巧使用埋料的方式燒結，經3~化升溫至550°C排蠟，經過 1~化升至1225°C~1250°C燒結，保溫1~化，制得多層陶瓷電容器介質材料。
[0018] 所述步驟巧）的a為0. 3, b為0. 015。
[001引所述步驟（7)的燒結溫度為1225°C。
[0020] 本發明的BaTiOs-Bi狂〇2/3佩1/3)〇3基多層陶瓷電容器介質材料，在-55°C~310°C 整個工作溫區內介電損耗能夠保持tan 5《0. 05,具有較高介電常數e 700 +19%和 優異的絕緣性能PV -cm。是一種很有前景的、可穩定應用于超寬工作溫區的、低 頻旁路濾波多層陶瓷電容器介質材料體系。本發明制備工藝簡潔，獲得粉體組分均一，制備 過程無污染。
【具體實施方式】
[0021] 本發明采用分析純原料，將化0、Bi2〇3、佩2〇5按摩爾比1:4/3:1/3配料，與去離子 水混合球磨化后烘干并于900°C預燒，制得Bi狂112/3佩1/3) 〇3固體顆粒；將Bi狂n 2/3佩1/3) 〇3 固體顆粒在去離子水中進行二次球磨，球磨時間5~lOh，烘干后過40目篩得到原料粉末， 待用；另將NazCOs、佩2〇5按摩爾比1:1配料，與去離子水混合球磨化后烘干并于l〇〇〇°C預 燒，制得NaNb化固體顆粒；將NaNbO 3固體顆粒在去離子水中進行二次球磨，球磨時間5~ lOh，烘干后過40目篩得到原料粉末，待用。WBaTiOs為基添加a 111〇1%61狂〇2/3佩1/3)〇3，與 b mol%胞佩〇3,其中的0. 25《a《0. 325,0.0 l《b《0. 02。將上述所得粉料中外加質 量百分比為5%~8%的石蠟進行造粒，然后過1000孔/cm3分樣篩，在200~350MPa壓強 下壓制成生巧；再將所得生巧使用埋料的方式燒結，經3~化升溫至550°C排蠟，經過1~ 化升至1200°C~1250°C燒結，保溫1~化，制得多層陶瓷電容器介質材料。最后，將所得 制品的上下表面均勻涂覆銀漿，經800°C燒滲制備電極，制得寬工作溫度范圍的多層陶瓷電 容器。
[0022] 本發明具體實施例的主要工藝參數及其介電性能測試結果詳見表1。
[002引 表1中Maxl AC/C25.C I (% )值的溫區范圍是-55°C~+310°C。
[0024]表1
[00 巧]
[0026] 本發明測試方法和檢測設備如下：（交流測試信號：頻率為I曲z，電壓為IV)。
[0027] (1)介電常數和損耗的測試（室溫25°C)
[002引使用HEWLETT PACKA畑4278A型電容量測試儀測試樣品的電容量C和損耗tan 5， 并換算出樣品的介電常數。對于圓片電容器，換算關系如下：
[0030] 式中：C-電容量，單位為pF ;d、D分別為樣品的厚度、直徑，單位cm。
[0031] (2)電阻率的測試
[0032] 使用Agilent 4339B高阻計測試樣品的絕緣電阻Ri,并換算出樣品的絕緣電阻率 PV，對于圓片型樣品換算公式如下：
[0034]式中：P V為樣品的體積電阻率，單位為Q 'em恥為樣品的絕緣電阻，單位為Q;d、D分別為樣品的厚度、直徑，單位為cm。
[003引 做TC特性測試
[0036] 測量樣品在溫區-55°C~+310°C的電容量。而后采用下述公式計算容量溫度變化 率：
[003引式中：Cl為25°C下的電容量，nF;C2為-55°C~+310°C溫區內任意溫度點的電容 量，nF;AC/Czgt為電容量的相對變化率。
[0039] 實驗利用GZ-ESP邸高低溫箱及STH-120型高溫箱共同創造-55°C~+310°C的測 試溫度環境，并采用歷27002型電容器C-T/V特性專用測試儀和肥WLETT PACKA畑4278A 測試顯示。將歷27002型電容器C-T/V特性專用測試儀設置為"內偏"，從-55°C開始測試， 再升至室溫25°C，最后升至+310°C，用4278A型電容測試儀測量樣品在整個溫區內的電容 量。
[0040] 本發明的寬工作溫度范圍多層陶瓷電容器介質材料，燒結溫度1225~1250°C，工 作溫度范圍為-55°C~+310°C，在整個工作溫區內滿足W下介電性能：
[0041]介電常數：e > 700;
[0042]損耗：1曰115《〇.〇7(-55。(：~+310。(：）；
【主權項】
1. 一種超寬工作溫區的多層陶瓷電容器介質材料，原料組成及摩爾百分比為： BaTi03:aBi(Zn2/3Nb1/3)03:bNaNb03= 1:a:b，其中0· 25彡a彡0· 325,0·OKb彡0· 02。 上述多層陶瓷電容器介質材料的制備方法，步驟如下： (1) 將Zn0、Bi203、Nb205按摩爾比1:4/3:1/3配料，與去離子水混合球磨8h后烘干并于 900°C預燒，制得Bi(Zn2/3Nb1/3) 03固體顆粒； (2) 將步驟⑴預燒所得Bi(Zn2/3Nb1/3)0^體顆粒在去離子水中進行二次球磨，球磨 時間5~10h，烘干后過40目篩得到原料粉末，待用； (3) 將Na2C03、Nb205按摩爾比1:1配料，與去離子水混合球磨8h后烘干并于1000°C預 燒，制得NaNb03固體顆粒； (4) 將步驟（3)預燒所得~&他03固體顆粒在去離子水中進行二次球磨，球磨時間5~ l〇h，烘干后，過40目篩得到原料粉末，待用； (5) 以BaTi03 為基添加amol%步驟⑵所得Bi(Zn2/3Nb1/3)03,0·25彡a彡0·325，與 bmol%步驟⑷所得NaNb03,0. 01 彡b彡 0· 02 ; (6) 將步驟（5)所得粉料中加入質量百分比為5%~8%的石蠟造粒，然后過1000孔/ cm3分樣篩，在200~350MPa壓強下壓制成生還； (7) 將步驟（6)所得生坯使用埋料的方式燒結，經3~5h升溫至550°C排蠟，經過1~ 3h升至1225°C~1250°C燒結，保溫1~3h，制得多層陶瓷電容器介質材料。2. 根據權利要求1所述的超寬工作溫區的多層陶瓷電容器介質材料，其特征在于，所 述步驟（5)的a為0. 3,b為0. 015。3. 根據權利要求1所述的超寬工作溫區的多層陶瓷電容器介質材料，其特征在于，所 述步驟（7)的燒結溫度為1225°C。
【專利摘要】本發明公開了一種超寬工作溫區的多層陶瓷電容器介質材料，原料組成及摩爾百分比為BaTiO3：aBi(Zn2/3Nb1/3)O3：bNaNbO3＝1：a：b，其中0.25≤a≤0.325，0.01≤b≤0.02。先將ZnO、Bi2O3、Nb2O5按摩爾比1:4/3:1/3配料，經900℃預燒，制得Bi(Zn2/3Nb1/3)O3固體顆粒，二次球磨后烘干、過篩；另將Na2CO3、Nb2O5按摩爾比1:1配料，于1000℃預燒，制得NaNbO3固體顆粒，二次球磨后烘干、過篩。以BaTiO3為基添加a？mol％Bi(Zn2/3Nb1/3)O3(0.25≤a≤0.325)與b？mol％NaNbO3(0.01≤b≤0.02)，再經過造粒后壓制成生坯，生坯于1225℃～1250℃燒結，制得多層陶瓷電容器介質材料。本發明在-55℃～310℃工作溫區內介電損耗保持tanδ≤0.05，介電常數εr≥700±19％，絕緣性能ρV≥1011Ω·cm。制備工藝簡潔，獲得粉體組分均一，制備過程無污染。
【IPC分類】C04B35/468
【公開號】CN105294098
【申請號】CN201510790950
【發明人】李玲霞, 張博文, 陳俊曉
【申請人】天津大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月17日