一種寬溫穩(wěn)定、高介、低損耗的mlcc介質(zhì)材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種W成分為特征的介質(zhì)材料組合物，尤其設(shè)及一種BaTi〇3基寬溫穩(wěn) 定、高介、低損耗的多層陶瓷電容器介質(zhì)材料基體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子行業(yè)的快速發(fā)展，新一代電子信息功能材料廣泛被應(yīng)用于通訊導(dǎo)航、運(yùn) 載系統(tǒng)、雷達(dá)測(cè)控、汽車電子、石油勘探等領(lǐng)域。片式多層陶瓷電容器（MultilayerCeramic Capacitor,簡(jiǎn)稱MLCC)作為基礎(chǔ)電子元器件，廣泛地應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、廣播電 視、移動(dòng)通信等民用產(chǎn)品及消費(fèi)電子；航空航天、坦克電子、武器彈頭控制等軍用電子設(shè)備； W及石油勘探等能源行業(yè)。鐵酸領(lǐng)度aTi〇3)是一種強(qiáng)介電化合物材料，具有典型的巧鐵礦 結(jié)構(gòu)。BaTi化陶瓷W其高的介電常數(shù)、優(yōu)良的絕緣性能、對(duì)環(huán)境無污染等特性成為MLCC的 主要瓷料之一u]。
[0003] 現(xiàn)有的BaTi〇3基X7R、X8R、X9R寬溫穩(wěn)定介質(zhì)材料工作溫度上限只能達(dá)到 125-200°C，當(dāng)溫度超過200°C時(shí)，介電常數(shù)急劇下降，不能滿足更高工作溫度環(huán)境的應(yīng)用要 求。在航空航天、地下勘探、汽車電子等領(lǐng)域，由于其惡劣的工作環(huán)境，迫切需求電子器件能 在更高溫度環(huán)境下具有更高的可靠性。目前研究的寬溫穩(wěn)定型介質(zhì)器件與高工作溫度環(huán)境 不匹配，嚴(yán)重限制了電子設(shè)備的應(yīng)用。因此，寬溫穩(wěn)定型介質(zhì)材料在保證高介電常數(shù)、高穩(wěn) 定性的前提下，需要向更高的工作溫度上限方向發(fā)展。但運(yùn)一方向國(guó)內(nèi)外卻鮮有研究。目 前，在寬溫穩(wěn)定型介質(zhì)材料的基礎(chǔ)上，研究可穩(wěn)定應(yīng)用于-55°C~300°C的超寬溫穩(wěn)定型介 質(zhì)材料具有重大的科研價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
[0004] 本發(fā)明提供的BaixBiJiiXy化。.75A.25X+A介質(zhì)體系具有優(yōu)異的介電性能， 在-35~375°C整個(gè)工作溫區(qū)內(nèi)具有較高介電常數(shù)e 800 + 15%，優(yōu)異的絕緣性能 1〇11Q'em,較低的介電損耗tan5《0.02。本發(fā)明體系燒結(jié)溫度為1175°C~1250。 是一種很有前景的應(yīng)用于制作寬溫穩(wěn)定、高介、低損耗的多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的，是在現(xiàn)有技術(shù)的寬溫穩(wěn)定型介質(zhì)材料的基礎(chǔ)上，在保證高介電常 數(shù)、高穩(wěn)定性的前提下，提供一種更寬溫穩(wěn)定、高介、低損耗的陶瓷電容器介質(zhì)材料。
[0006] 本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種寬溫穩(wěn)定、高介、低損耗的MLCC介質(zhì)陶瓷陶瓷，其組成為BaixBiJiiXy化。.75xW 0.況x+y〇3,其中 0. 20《X《0. 30,0. 015《y《0. 02。
[0008] 該MLCC介質(zhì)陶瓷的制備方法，步驟如下：
[000引 （1)將化0、Bi203、W03按摩爾比1:3/2:1/2配料，與去離子水混合球磨也烘干后 于850°C預(yù)燒，制得Bi狂叫/4胖1/4) 03粉體；
[0010] 似將步驟（1)預(yù)燒所得BiCn^Wi/A) 〇3粉體與去離子水混合進(jìn)行二次球磨，球磨 時(shí)間5~lOh，烘干后，過40目篩，待用；
[0011]做WBaTiOs為基，添加步驟似所得的BUZn3/4Wi/4)〇3,再添加W〇3粉料，BaTiO3、Bi狂叫/4胖1/4)化與WO3的摩爾比為1:0. 20~0. 30:0. 015~0. 02,與去離子水混合球磨化~ 4h;
[001引 （4)將步驟做球磨后所得粉料烘干后，過40目篩，外加質(zhì)量百分比為5%~8% 的石蠟造粒，然后過1000孔/cm3分樣篩，在200MPa壓強(qiáng)下壓制成生巧。
[001引 妨將步驟（4)所得生巧使用埋燒的方式燒結(jié)，先經(jīng)3~化升溫至550°C排蠟，再 經(jīng)過1~化升至1175°C~1250°C燒結(jié)，保溫1~化，制得MLCC介質(zhì)材料。
[0014] 所述步驟（3)的8曰1'1〇3與61狂113/4胖1/4)〇3和胖〇3的摩爾比為1:〇.24:0.018。
[001引所述步驟（4)的燒結(jié)溫度為1200°C燒結(jié)，保溫化。
[0016] 本發(fā)明提供的BaixBiJiiXyZn〇.7日xW〇.2日x+y〇3介質(zhì)材料，在-35°C~+375°C整個(gè)工作 溫區(qū)內(nèi)具有較高介電常數(shù)800+15%和優(yōu)異的絕緣性能P10IiQ?cm,室溫介電 損耗tan5《0.02。因此，本發(fā)明是一種很有前景的、可穩(wěn)定應(yīng)用于超寬工作溫區(qū)的、低頻 旁路濾波多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)潔，獲得粉體組分均一，制備過程綠 色環(huán)保無污染。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明采用分析純?cè)?，將化〇?12〇3、胖〇3按質(zhì)摩爾比1:3/2:1/2配料，與去 離子水混合球磨地后，烘干并于850°C預(yù)燒，制得Bi狂叫/4胖1/4)〇3固體顆粒；將預(yù)燒所得 Bi狂nwWi/4)〇3固體顆粒在去離子水中進(jìn)行二次球磨，球磨時(shí)間5~lOh，烘干，過40目篩， 待用；W鐵酸領(lǐng)為基，添加Bi姑3/4胖1/4) 〇3與TO3粉料，BaTiO3、Bi姑3/4胖1/4) 〇3和TO3的摩爾 比為1:0. 2~0. 3:0. 015~0. 02;于去離子水中球磨化~地。將所得粉料烘干后，過40 目篩；再外加質(zhì)量百分比為5%~8%的石蠟造粒，然后過1000孔/cm3分樣篩，在200MPa 壓強(qiáng)下壓制成生巧。使用埋燒的方式對(duì)生巧進(jìn)行燒結(jié)，經(jīng)3~地升溫至55(TC排蠟，經(jīng)過 1~化分別升至1175°C~1250°C燒結(jié)，保溫化，制得MLCC介質(zhì)陶瓷。將所得制品的上下 表面均勻涂覆銀漿，經(jīng)800°C燒滲制備電極，制得寬工作溫度范圍的陶瓷電容器。
[0018] 本發(fā)明具體實(shí)施例的主要工藝參數(shù)及其介電性能測(cè)試結(jié)果詳見表1。
[0019]表 1 中MaxlAC/C25.CI(% )值的溫區(qū)范圍是-35°C~+375°C。
[0020] 表 1
[0023] 本發(fā)明測(cè)試方法和檢測(cè)設(shè)備如下：（交流測(cè)試信號(hào)：頻率為I曲z，電壓為IV)。
[0024] (1)介電常數(shù)和損耗的測(cè)試（室溫25°C)
[002引使用HEWLETTPACKA畑4278A型電容量測(cè)試儀測(cè)試樣品的電容量C和損耗tan5， 并換算出樣品的介電常數(shù)。對(duì)于圓片電容器，換算關(guān)系如下：
[0027] 式中：C-電容量，單位為pF;d、D分別為樣品的厚度、直徑，單位為cm。
[0028] (2)電阻率的測(cè)試
[0029] 使用Agilent 4339B高阻計(jì)測(cè)試樣品的絕緣電阻Ri,并換算出樣品的絕緣電阻率 P V，對(duì)于圓片型樣品換算公式如下：
[003。 式中：PV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(cè)試
[0033] 測(cè)量樣品在溫區(qū)-35°C~+375°C的電容量。而后采用下述公式計(jì)算容量溫度變化 率：
[003引式中：Cl為25°C下的電容量，單位為nF;C2為-35°C~+375°C溫區(qū)內(nèi)任意溫度點(diǎn) 的電容量，單位為nF;AC/Czgt為電容量的相對(duì)變化率。
[0036] 實(shí)驗(yàn)利用GZ-ESP邸高低溫箱及STH-120型高溫箱共同創(chuàng)造-35°C~+375°C的測(cè) 試溫度環(huán)境，并采用歷27002型電容器C-T/V特性專用測(cè)試儀和肥WLETT PACKA畑4278A 測(cè)試顯示。將歷27002型電容器C-T/V特性專用測(cè)試儀設(shè)置為"內(nèi)偏"，從-35°C開始測(cè)試， 再升至室溫25°C，最后升至+375°C，用4278A型電容測(cè)試儀測(cè)量樣品在整個(gè)溫區(qū)內(nèi)的電容 量。
[0037]本發(fā)明提供的Bai xBi Jii X y化。.75xWa25x+y〇3介質(zhì)體系，燒結(jié)溫度1175~1250°C，工 作溫度范圍為-35°C~+375°C，在整個(gè)工作溫區(qū)內(nèi)滿足W下介電性能：
[0038] 介電常數(shù)：e>800;
[0039] 損耗：tan 5《0. 02 ;
[0040] 溫度特性：AC/C25,c《±15% (-35°C~+375°C)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種寬溫穩(wěn)定、高介、低損耗的MLCC介質(zhì)材料，其組成為BaixBi；^xyZna75xWa25x+y0 3,其中 0· 20 彡x彡 0· 30,0· 015 彡y彡 0· 02。 該MLCC介質(zhì)陶瓷的制備方法，步驟如下： (1)將ZnO、Bi203、103按摩爾比1:3/2:1/2配料，與去離子水混合球磨411，烘干后于 850°C預(yù)燒，制得Bi(Zn3/4W1/4) 03粉體； ⑵將步驟⑴預(yù)燒所得Bi(Zn3/4W1/4)03粉體與去離子水混合進(jìn)行二次球磨，球磨時(shí)間 5~10h，烘干后，過40目篩，待用； (3) 以BaTi03為基，添加步驟⑵所得的Bi(Zn3/4W1/4)03，再添加冊(cè)3粉料，BaTiO3、 Bi(Zn3/4W1/4) 03與W0 3的摩爾比為1:0. 20~0. 30:0. 015~0. 02,與去離子水混合球磨2h~ 4h； (4) 將步驟（3)球磨后所得粉料烘干后，過40目篩，外加質(zhì)量百分比為5%~8%的石 蠟造粒，然后過1000孔/cm3分樣篩，在200MPa壓強(qiáng)下壓制成生坯； (5) 將步驟（4)所得生坯使用埋燒的方式燒結(jié)，先經(jīng)3~5h升溫至550°C排蠟，再經(jīng)過 1~3h升至1175°C~1250°C燒結(jié)，保溫1~3h，制得MLCC介質(zhì)材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬溫穩(wěn)定、高介、低損耗的MLCC介質(zhì)材料，其特征在于， 所述步驟（3)的8&1103與扮（211 3/411/4)03和恥3的摩爾比為1:0.24 :0.018。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬溫穩(wěn)定、高介、低損耗的MLCC介質(zhì)材料，其特征在于， 所述步驟（4)的燒結(jié)溫度為120(TC燒結(jié)，保溫2h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬溫穩(wěn)定、高介、低損耗的MLCC介質(zhì)材料，其組成為Ba1-xBixTi1-x-yZn0.75xW0.25x+yO3，其中0.20≤x≤0.30，0.015≤y≤0.02。先將ZnO、Bi2O3、WO3按摩爾比1:3/2:1/2配料，球磨、烘干后于850℃預(yù)燒，制得Bi(Zn3/4W1/4)O3粉體；再將該粉體二次球磨，烘干，過篩；以BaTiO3為基，按BaTiO3、Bi(Zn3/4W1/4)O3與WO3的摩爾比為1:0.20～0.30:0.015～0.02配料，球磨、烘干、過篩后，外加石蠟造粒，壓制成生坯；生坯于1175℃～1250℃燒結(jié)，制得MLCC介質(zhì)材料。本發(fā)明在-35～375℃整個(gè)工作溫區(qū)內(nèi)具有較高介電常數(shù)εr≥800±15％，優(yōu)異的絕緣性能ρV≥1011Ω·cm，較低的介電損耗tanδ≤0.02，是一種很有前景的多層陶瓷電容器介質(zhì)材料。
【IPC分類】C04B35/622, C04B35/468
【公開號(hào)】CN105272220
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510789902
【發(fā)明人】李玲霞, 張博文, 陳俊曉
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年11月17日