本发明专利技术涉及一种XnR宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷及其制备方法。该介质材料的化学组成为(1‑y)BaTi1‑xCaxO3‑x‑yBi(Zn0.5Ti0.5)O3（x=0.04~0.05，y=0.1~0.15）陶瓷。该介质陶瓷具有性能优良、成本低，在宽温范围内的高稳定性等特点，尤其当x=0.04~0.05，y=0.15时，制得满足X9R特性的陶瓷电容器介质材料。
A XnR wide temperature and high stability BaTiO3 based dielectric ceramic and its preparation method
The invention relates to a XnR wide temperature and high stability BaTiO3 based dielectric ceramic and a preparation method thereof. The chemical composition of the dielectric material is (1_y) BaTi1_xCaxO3_x_yBi (Zn0.5Ti0.5) O3 (x = 0.04-0.05, y = 0.1-0.15) ceramics. The dielectric ceramics have the characteristics of excellent performance, low cost and high stability in a wide temperature range. Especially when x=0.04~0.05, y=0.15, the dielectric materials for ceramic capacitors satisfying the characteristics of X9R are prepared.
【技术实现步骤摘要】
一种XnR宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及一种XnR宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷及其制备方法，主要应用于多层陶瓷电容器等电子元器件领域。
技术介绍
BaTiO3陶瓷及其固溶体具有优异的绝缘、铁电性能和环境友好特点，是目前制备XnR系列(X7R：-55～125℃，ΔC/C≤±15％、X8R：-55～150℃，ΔC/C≤±15％、X9R：-55～200℃，ΔC/C≤±15％)陶瓷电容器材料最常使用的体系。目前用于制造这类大容量热稳定型MLCC的介质材料主要集中于Nb、Co等氧化物、BaTiO3与BaTiO3-Bi(Me)O3(Me＝Al,Sc,(Ti1/2Zn1/2),(Ti1/2Mg1/2)等)等形成以“核-壳”结构为主的材料。但“核-壳”结构形成率较低，制备方法复杂。专利号为201010137504.X的专利技术专利公开了一种新型无铅X8R型电容器陶瓷材料及其制备方法，该专利技术着重于xBi(Mg1/2Ti1/2)O3-(1-x)BaTiO3体系，其性能符合X8R(-55℃～156℃)要求，但是高温端不能达到200℃的要求。同样，专利号为201110145367.9的专利技术，分别使用溶胶凝胶法制备BaTiO3-Nb2O5-Co2O3-Sm2O3-CeO2粉体与0.5BaTiO3-0.5Bi(Mg1/2Ti1/2)O3粉体，该专利技术也是着重于xBi(Mg1/2Ti1/2)O3-(1-x)BaTiO3体系，其性能符合X8R(-55℃～156℃)要求，但是该专利技术步骤繁多且高温端不能达到200℃的要求。专利号为201410339048.5的专利技术专利公开了一种超宽温高稳定无铅电容器陶瓷介质材料及其制备方法，该专利技术涉及xBiAlO3-(1-x)BaTiO3(溶胶凝胶法制备)，容温变化率不超出±15％的温度范围：-55～443℃，但其介电常数较低(～600)。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术中的问题，提供一种XnR宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷及其制备方法，该介质陶瓷具有性能优良、成本低，且在宽温范围内的高稳定性等特点。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种XnR宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷，该介质陶瓷是BaTiO3基固溶体，化学组成是(1-y)BaTi1-xCaxO3-x-yBi(Zn0.5Ti0.5)O3，x＝0.04～0.05；y＝0.1～0.15；即选择Ca掺杂BaTiO3，以化学组成为BaTi1-xCaxO3-x(x＝0.04,0.05)的材料为基体，固溶组分是Bi(Zn1/2Ti1/2)O3。该介质陶瓷是一种满足XnR型电容器要求的BaTiO3基介质材料，当x＝0.04～0.05，y＝0.1～0.15时，所述介质陶瓷满足XnR型电容器要求；当x＝0.04～0.05，y＝0.15时，该介质陶瓷满足ΔC/C25℃≤±15％的温度范围是-55～200℃。进一步地，当x＝0.04，y＝0.1、0.13、0.15时，上述介质陶瓷满足ΔC/C25℃≤±15％的温度范围分别是：-55～140℃(X7R)、-55～160℃(X8R)、-55～200℃(X9R)；当x＝0.05，y＝0.1、0.15时，上述介质陶瓷满足ΔC/C25℃≤±15％的温度范围分别是：-55～130℃(X7R)、-55～200℃(X9R)。本专利技术采用固相法制备BaTi1-xCaxO3-x(x＝0.04～0.05)粉体，然后与Bi(Zn0.5Ti0.5)O3固溶，制备得到(1-y)BaTi1-xCaxO3-x-yBi(Zn0.5Ti0.5)O3介质陶瓷。上述XnR宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)制备BaTi1-xCaxO3-x(x＝0.04～0.05)粉体：按BaTi1-xCaxO3-x(x＝0.04～0.05)化学组成称量原料：BaCO3、TiO2、CaCO3，混合球磨后，经干燥、碾碎并在1190～1250℃下预烧2h～4h；预烧所得粉体经二次球磨、干燥后，即得到BaTi1-xCaxO3-x(x＝0.04～0.05)粉体，备用；(2)按化学组成(1-y)BaTi1-xCaxO3-x-yBi(Zn0.5Ti0.5)O3，将步骤(1)制得的粉体与ZnO、TiO2、Bi2O3采用固相法混合球磨，经干燥后，得到混合粉体；(3)将步骤(2)所得混合粉末与粘结剂混合均匀，经过筛、压片得陶瓷生坯片；(4)将步骤(3)所得陶瓷生坯片升温至600～650℃保温2～4h，然后升温至1030℃～1100℃下烧结，保温2～3h，得到XnR宽温高稳定BaTiO3基介质陶瓷。按上述方案，所述步骤(1)中的两次球磨、步骤(2)中混合球磨时，均加入无水乙醇和锆球，球磨时间为8～12h，转速1000～1200r/min。按上述方案，所述步骤(1)、(2)中干燥时间为15h以上，干燥温度均设置为100～120℃。按上述方案，所述步骤(3)中筛子的目数为100～200目。按上述方案，步骤(1)中升温速率为2～5℃/min，、步骤(4)中第一阶段升温速率为1～2℃/min，第二阶段升温速率为2～5℃/min。按上述方案，所述步骤(3)中粘结剂为聚乙烯醇水溶液，质量浓度为2.5～5wt％，粘结剂加入比例为陶瓷粉末质量的1％～3％。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术选择Ba1-xCaxTiO3(x＝004～0.05)材料为基体，选择BiMeO3中与BaTiO3固溶后固溶度度较高(～33mol％)的Bi(Zn0.5Ti0.5)O3作为固溶组分，区别于(1-x)BaTiO3-xBi(Zn1/2Ti1/2)O3体系满足ΔC/C25℃≤±15％的温度范围是2～200℃，本专利技术(1-y)BaTi1-xCaxO3-x-yBi(Zn0.5Ti0.5)O3固溶体陶瓷性能符合XnR型电容器要求。2、本专利技术所得介质陶瓷具有宽工作温度范围以及高温稳定性：尤其是当x＝0.04，y分别为0.1、0.13和0.15时，陶瓷的室温介电常数分别为1430、1277和1060，介电损耗分别为0.0087、0.0089和0.015，陶瓷的介温稳定性分别满足X7R、X8R和X9R的要求；当x＝0.05，y分别为0.1、0.15时，陶瓷的室温介电常数分别为1493和1051，介电损耗分别为0.03和0.01，陶瓷的介温稳定性分别满足X7R、X9R的要求，有望作为陶瓷材料应用于新一代环境友好的高温稳定陶瓷。3、本专利技术所得介质陶瓷具有高的室温介电常数(>1000)。附图说明图1为对比例陶瓷介质材料的XRD图谱。图2为对比例陶瓷介质材料的拉曼光谱。图3为对比例陶瓷介质材料1kHz频率下介电-温度谱图。图4为实施例1陶瓷介质材料不同频率下介电常数与温度的关系曲线。图5为实施例2陶瓷介质材料不同频率下介电常数与温度的关系曲线。图6为实施例3陶瓷介质材料不同频率下介电常数与温度的关系曲线。图7为实施例4陶瓷介质材料不同频率下介电常数与温度的关系曲线。图8为实施例5陶瓷介质材料不同频率下介电常数与温度的关系曲线。图9为实施例1、2、3、4、5陶瓷介质材料1kHz频率下容温变化率与温度的关系曲线。图10为实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种XnR宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷，其特征在于该介质陶瓷是BaTiO3基固溶体，化学组成是(1‑y)BaTi1‑xCaxO3‑x‑yBi(Zn0.5Ti0.5)O3,x=0.04~0.05，y=0.1~0.15。
【技术特征摘要】
1.一种XnR宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷，其特征在于该介质陶瓷是BaTiO3基固溶体，化学组成是(1-y)BaTi1-xCaxO3-x-yBi(Zn0.5Ti0.5)O3,x=0.04~0.05，y=0.1~0.15。2.根据权利要求1所述的一种宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷，其特征在于当x=0.04~0.05，y=0.15时，该介质陶瓷满足∆C/C25℃≤±15%的温度范围是-55~200oC。3.一种XnR宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷的制备方法，其特征在于首先制备BaTi1-xCaxO3-x(x=0.04~0.05)粉体，然后与Bi(Zn0.5Ti0.5)O3固溶，制备得到(1-y)BaTi1-xCaxO3-x-yBi(Zn0.5Ti0.5)O3介质陶瓷。4.根据权利要求3所述的一种XnR宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷的制备方法，其特征在于制备BaTi1-xCaxO3-x(x=0.04~0.05)粉体以BaCO3、TiO2、CaCO3为原料；与Bi(Zn0.5Ti0.5)O3固溶过程以ZnO、TiO2、Bi2O3为原料。5.一种XnR宽温高稳定的BaTiO3基介质陶瓷的制备方法，其特征在于主要包括如下步骤：(1)制备BaTi1-xCaxO3-x(x=0.04~0.05)粉体：按BaTi1-xCaxO3-x(x=0.04~0.05)化学组成称量原料BaCO3、TiO2、CaCO3，...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝华，杨洋，刘韩星，罗智平，陈程，曹明贺，尧中华，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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