專利名稱：一種低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特指一種低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)；它采用常規(guī)的陶瓷電容器介質(zhì)制備方法，利用電容器陶瓷普通化學(xué)原料，制備得到無(wú)鉛、無(wú)鎘的低損耗高壓陶瓷電容 器介質(zhì)，還能降低電容器陶瓷的燒結(jié)溫度，該介質(zhì)適合于制備單片陶瓷電容器和多層片式陶瓷電容器，能大大降低陶瓷電容器的成本，同時(shí)能提高耐電壓和降低損耗以擴(kuò)大陶瓷電容器的應(yīng)用范圍，而且能大大提高陶瓷電容器的安全性，同時(shí)在制備和使用過(guò)程中不污染環(huán)境。
背景技術(shù)：
彩電、電腦、通迅、航空航天、導(dǎo)彈、航海等領(lǐng)域迫切需要擊穿電壓高、溫度穩(wěn)定性好、可靠性高、小型化、大容量的陶瓷電容器；一般低損耗高耐壓的(Ba，Sr)TiO3單片高壓陶瓷電容器介質(zhì)的燒結(jié)溫度為140(T142(TC，而本發(fā)明的陶瓷電容器介質(zhì)燒結(jié)溫度為133(T135(TC，這樣能大大降低低損耗高壓陶瓷電容器的成本，同時(shí)本專利電容器陶瓷介質(zhì)不含鉛和鎘，電容器陶瓷在制備和使用過(guò)程中不污染環(huán)境；另外，本發(fā)明的電容器陶瓷的介質(zhì)損耗低，溫度穩(wěn)定性好，符合陶瓷電容器的發(fā)展趨勢(shì)，同樣由于燒結(jié)溫度低，也會(huì)降低陶瓷電容器的成本。通常用于生產(chǎn)高壓陶瓷電容器的介質(zhì)中含有一定量的鉛，這不僅在生產(chǎn)、使用和廢棄過(guò)程中對(duì)人體和環(huán)境造成危害，而且對(duì)性能穩(wěn)定性也有不良影響。中國(guó)期刊《電子元件與材料》1989年第5期在“高介高壓2B4介質(zhì)陶瓷” 一文中公開(kāi)了一種高壓陶瓷電容器介質(zhì)材料，該介質(zhì)材料采用97. 8wt. %BaTi03+0. 8wt. %Bi203+0. 7wt. %Nb205+0. 5wt. %Ce02+0. 2wt. %Mn02的配方，以常規(guī)的工藝制備試樣，其介電常數(shù)ε =2500^2600, tg δ =0. 5-1. 4%,直流耐壓強(qiáng)度為7KV/mm ;該介質(zhì)雖屬無(wú)鉛介質(zhì)材料，但它存在耐壓性較差，介質(zhì)損耗較大，配方組成不同于本專利。中國(guó)期刊《南京化工大學(xué)學(xué)報(bào)》1999年第4期在“SrTiO3基高壓陶瓷電容器材料的組成與性能”一文中公開(kāi)了一種低損耗高耐壓的電容器陶瓷介質(zhì)，但該介質(zhì)含有18mol%左右的鈦酸鉛，在制備和使用過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境和人體有污染。中國(guó)期刊《江蘇陶瓷》1999年第2期在“BaTi03系低溫?zé)筛呓閄7R電容器瓷料” 一文中公開(kāi)了一種BaTiO3中低溫?zé)筛呓闈M足X7R特性的電容器瓷料，該介質(zhì)材料的配方組成為(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))(BaTi03+Nd203) 89% 92%+Bi203 · 2Ti027 . 5 10%+低熔點(diǎn)玻璃料
O.8%+50%Mn (NO3) 2 (水溶液)O. 205% ;其中，所用的低熔點(diǎn)玻璃料是硼硅酸鉛低熔點(diǎn)玻璃，介質(zhì)是含鉛的，并且未涉及耐電壓，介質(zhì)損耗太大，遠(yuǎn)大于本專利的介質(zhì)損耗，介質(zhì)的配方組成也不同于本發(fā)明專利。中國(guó)期刊《華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》1996年第3期在“中溫?zé)Y(jié)BaTiO3基多相鐵電瓷料X7R特性”一文中探討了 BaTiO3基瓷料中溫?zé)Y(jié)機(jī)制，分析了中溫?zé)Y(jié)BaTiO3基瓷料的組成及不均勻結(jié)構(gòu)分布對(duì)介電常數(shù)與溫度特性的影響；所用的BaTiO3原料是采用化學(xué)共沉淀的方法來(lái)制備的，這樣會(huì)增加陶瓷電容器的成本，而本專利所用的BaTi03、SrTiO3, CaZrO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成，組成不同于本專利，并且未涉及耐電壓和介質(zhì)損耗。另有專利“高介高性能中溫?zé)Y(jié)片式多層瓷介電容器瓷料”(專利申請(qǐng)?zhí)?br> 97117286.2)，它是采用固相法合成等價(jià)和異價(jià)離子同時(shí)取代(Sr2+，Zr4+，Sn4+，Nb5+) BaTiO3固溶體，加入適量的硼鉛鋅銅玻璃燒結(jié)劑，使瓷料在中溫?zé)Y(jié)，其性能為介電常數(shù)大于等于16000，耐壓為700V/mm，該專利雖然介電常數(shù)高，但是所報(bào)道的材料的耐壓太差，僅為700V/mm,另外其組分含有一定量的鉛。另有專利“高壓陶瓷電容器介質(zhì)的制造方法”(專利號(hào)91101958. 8)，其采用非常規(guī)工藝制備介質(zhì)，即流延成型膜，然后疊層介質(zhì)體，將多層介質(zhì)體進(jìn)行真空加熱勻壓、沖片、然后進(jìn)行排膠、燒成而得，該專利的缺點(diǎn)是制備工藝方法復(fù)雜、導(dǎo)致產(chǎn)品制造成本增加。還有中國(guó)專利“高性能中溫?zé)Y(jié)片式多層瓷介電容器瓷料”(專利申請(qǐng)?zhí)?97117287.0)，它采用獨(dú)特的配方(重量百分比)(BaTi0393 96%+Nb2050. 8 I. 5%+Β 2031. 0 2·2%+助熔劑I. 8^3. 5%+改性劑O. 25^1. 0%)得到中溫?zé)Y(jié)的滿足如下性能的電容器陶瓷介電常數(shù)為3000，介質(zhì)損耗小于I. 5%，耐壓為860V/mm ;該專利的助熔劑含有一定量的鉛，該專利的耐電壓太差，同時(shí)介質(zhì)損耗太大，遠(yuǎn)大于本專利。還有中國(guó)專利“一種中低溫?zé)Y(jié)高壓陶瓷電容器介質(zhì)”(專利申請(qǐng)?zhí)?00410041863. X)，它采用獨(dú)特的配方(重量百分比)(BaTiO3 60-90%, SrTiO3 1-20% CaZrO30· 1-10%, Nb2O5O. 01-1%, MgOO. 01-1%, CeO2O. 01-0. 8%, ZnOO. 01-0. 6%, Co2O3O. 03-1%,鉍鋰固溶體O. 05-10%)得到中溫?zé)Y(jié)的滿足如下性能的電容器陶瓷介電常數(shù)為200(Γ3000，耐電壓為6kV/mm以上，降低燒結(jié)溫度的添加物是鉍鋰固溶體，該專利的介質(zhì)損耗太高。該專利的配方組成不同于本專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高性能低損耗高壓陶瓷電容器陶瓷材料。本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的
一種低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其組成按照重量百分比計(jì)算BaTiO3 54-91%,MgTiO3 1-4%, BaZrO3 4-20%, SrZrO3 3-12%, CeO2 O. 03-1. 0%, ZnO O. 1-1. 5%, CaTiSiO3O. 5-7. 5% ;其中BaTi03、MgTi03、BaZrO3> SrZrO3> CaTiSiO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。本發(fā)明的陶瓷材料中所用的MgTiO3的制備過(guò)程包括將常規(guī)的化學(xué)原料MgCO3和TiO2按I :1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于1300°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成MgTiO3,冷卻后研磨過(guò)200目篩,備用。本發(fā)明的陶瓷材料中所用的SrZrO3的制備過(guò)程包括將常規(guī)的化學(xué)原料SrCO3和ZrO2按I :1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于1350°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成SrZrO3,冷卻后研磨過(guò)200目篩,備用。本發(fā)明的陶瓷材料中所用的CaTiSiOJ^制備過(guò)程包括將常規(guī)的化學(xué)原料CaC03、TiO2, SiO2按I :1 :1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于1200-1250°c保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成CaTiSiO3，冷卻后研磨過(guò)200目篩，備用。
本發(fā)明采用常規(guī)的高壓陶瓷電容器介質(zhì)制備工藝，即首先采用常規(guī)的化學(xué)原料用固相法分別合成BaTi03、MgTi03、BaZr03、SrZr03、CaTiSi03，然后按配方配料將配合料球磨粉碎混合，進(jìn)行烘干后，加入粘合劑造粒，再壓制成生坯片，然后在空氣中進(jìn)行排膠和燒結(jié)，經(jīng)保溫并自然冷卻后，獲得陶瓷電容器介質(zhì)，在介質(zhì)上被電極即成。上述陶瓷介質(zhì)的配方最好采用下列三種方案(重量百分比)
BaTi0366-82%, MgTiO31-4%, BaZr035-15%, SrZrO3 5-10%, CeO2O. 3-0. 6%, ZnO
O. 3-0. 7% , CaTiSiO3 I. 5-7. 5% ；
BaTi0370-85%, MgTiO31-4%, BaZr035-15%, SrZr035-10%, CeO2O. 3-0. 6%, ZnO0. 3-0. 7% , CaTiSiO3L 5-7. 5% ；
BaTiO3 73-88%, MgTiO3 1-4%, BaZrO3 4-14%, SrZrO3 4-9%, CeO2 0. 3-0. 6%, ZnO
0.3-0. 7% , CaTiSiO3 I. 5-7. 5%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、本專利的介質(zhì)是中溫?zé)Y(jié)(133(Tl350°C)鈦酸鋇鍶基電容器陶瓷，這樣能大大降低高壓陶瓷電容器的成本，本專利的介質(zhì)組分中不含鉛和鎘，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。2、本介質(zhì)的耐電壓高，直流耐電壓可達(dá)12kV/mm以上；介質(zhì)損耗小，小于O. 1%。3、本介質(zhì)的電容溫度變化率小，符合Y5P特性的要求。使用過(guò)程中性能穩(wěn)定性好，安全性高。4、主要原料采用陶瓷電容器級(jí)純即可制造出本發(fā)明的陶瓷介質(zhì)。5、本介質(zhì)采用常規(guī)的固相法陶瓷電容器介質(zhì)制備工藝即可進(jìn)行制備。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，表I給出本發(fā)明的實(shí)施例共9個(gè)試樣的配方。本發(fā)明的實(shí)施例共9個(gè)試樣的配方的主要原料采用陶瓷電容器級(jí)純，在制備時(shí)首先采用常規(guī)的化學(xué)原料用固相法分別合成BaTi03、MgTi03、BaZrO3> SrZrO3> CaTiSiO3，然后按上述配方配料，將配好的料用蒸餾水或去離子水采用行星球磨機(jī)球磨混合，料球水=1:3: (O. 6^1. O),球磨Γ8小時(shí)后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8 10%的濃度為10%(重量百分比)的聚乙烯醇溶液，進(jìn)行造粒，混研后過(guò)40目篩，再在2(T30Mpa壓力下進(jìn)行干壓成生坯片，然后在溫度為133(T135(TC下保溫f 4小時(shí)進(jìn)行排膠和燒結(jié)，再在78(T870°C下保溫15分鐘進(jìn)行燒銀，形成銀電極，再焊引線，進(jìn)行包封，即得陶瓷電容器，測(cè)試其介電性能。
上述各配方試樣的介電性能列于表2 ;從表2可以看出所制備的電容器陶瓷耐電壓高， 可達(dá)12kV/mm(直流電壓，DC)以上；介質(zhì)損耗小于O. 1% ；電容溫度變化率小，符合Y5P特性的要求。表I本發(fā)明的實(shí)施例共9個(gè)試樣的配方
權(quán)利要求
1.一種低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其組成按照重量百分比計(jì)算=BaTiO3 54-91%,MgTiO3 1-4%, BaZrO3 4-20%, SrZrO3 3-12%, CeO2 0. 03-1. 0%, ZnO 0. 1-1. 5%, CaTiSiO30.5-7. 5% ;其中BaTi03、MgTi03、BaZrO3> SrZrO3> CaTiSiO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。
2.如權(quán)利要求I所述的一種低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于其組成按照重量百分比計(jì)算BaTi0366-82%, MgTiO31-4%, BaZr035-15%, SrZrO3 5-10%, CeO2O. 3-0. 6%,ZnOO. 3-0. 7% , CaTiSiO3 I. 5-7. 5%。
3.如權(quán)利要求I所述的一種低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于其組成按照重量百分比計(jì)算BaTi0370-85%, MgTiO31-4%, BaZr035-15%, SrZr035-10%,CeO2O. 3-0. 6%, ZnOO. 3-0. 7%，CaTiSiO3L 5-7. 5%。
4.如權(quán)利要求I所述的一種低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于=BaTiO373-88%, MgTiO3 1-4%, BaZrO3 4-14%, SrZrO3 4-9%, CeO2 0. 3-0. 6%, ZnO 0. 3-0. 7%，CaTiSiO3 I. 5-7. 5%。
5.如權(quán)利要求I所述的一種低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于所述MgTiO3的制備過(guò)程如下將常規(guī)的化學(xué)原料MgCOjP TiO2按I :1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化招坩堝內(nèi)于1300°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成MgTiO3,冷卻后研磨過(guò)200目篩,備用。
6.如權(quán)利要求I所述的一種低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于所述SrZrO3的制備過(guò)程如下將常規(guī)的化學(xué)原料SrCOjP ZrO2按I :1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化招i甘堝內(nèi)于1350°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成SrZrO3,冷卻后研磨過(guò)200目篩,備用。
7.如權(quán)利要求I所述的一種低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)，其特征在于所述CaTiSiO3的制備過(guò)程如下將常規(guī)的化學(xué)原料CaC03、Ti02、Si02按I :1 :1摩爾比配料，研磨混合均勻后放入氧化鋁坩堝內(nèi)于1200-1250°C保溫120分鐘，固相反應(yīng)合成CaTiSiO3，冷卻后研磨過(guò)200目篩，備用。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特指一種低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)；它采用常規(guī)的陶瓷電容器介質(zhì)制備方法，利用電容器陶瓷普通化學(xué)原料，制備得到無(wú)鉛、無(wú)鎘的低損耗高壓陶瓷電容器介質(zhì)，還能降低電容器陶瓷的燒結(jié)溫度。該介質(zhì)適合于制備單片陶瓷電容器和多層片式陶瓷電容器,能大大降低陶瓷電容器的成本，同時(shí)能提高耐電壓和降低損耗以擴(kuò)大陶瓷電容器的應(yīng)用范圍,而且能大大提高陶瓷電容器的安全性，同時(shí)在制備和使用過(guò)程中不污染環(huán)境。
文檔編號(hào)H01G4/12GK102627456SQ20121011877
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者高春華, 黃新友 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)