一种超宽温低损耗无铅陶瓷电容器介电材料制造技术

一种超宽温低损耗无铅陶瓷电容器介电材料及其制备方法，属于电子信息材料的技术领域。化学式(1‑x)[0.94(0.75Bi1/2Na1/2TiO3–0.25NaNbO3)–0.06BaTiO3)]–xCaZrO3，0.10≤x＜0.15。按照金属元素的摩尔比称取Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2、Nb2O5、CaO和ZrO2作为起始原料。首次球磨后，预烧。预烧后粉体研碎，球磨，烘干后研磨成粉，以聚乙烯醇水溶液作为粘结剂造粒，压制成型，排胶，高温烧结，随炉冷却。本发明专利技术的介电材料具有在超宽的温度范围内保持优异的电容温度稳定性，且在整个温度区介电损耗都低于3％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超宽温高稳定低损耗的无铅电容器陶瓷介电材料及其制备方法，主要应用于多层陶瓷电容器等表面贴装电子元器件，属于电子信息材料的

技术介绍
多层陶瓷电容器是电子信息装备的重要基础元器件，也是全球需求量最大的表面贴装电子元器件。近年来，随着电子信息装备的飞速发展，对多层陶瓷电容器高温段工作温度范围提出更高要求，尤其是石油钻井、混合动力车辆、航天探测与核工业装备中的耐高温电子设备等，都是在极端环境下(大于200℃)长时间运行，这就需要这些电子设备中的电子元器件工作温度范围能延伸到200℃以上，甚至更高。因此，研究耐高温多层陶瓷电容器介电材料是目前电子元器件发展的一个重要方向。当前，用于制造高温多层陶瓷电容器的商用介电材料仍然以钛酸钡(BaTiO3)为主要基体，通过在其中掺入高居里点物质，如钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3)、钽酸锂(LiTaO3)等，使其居里点向高温方向移动，从而制备出宽温高稳定性陶瓷介质材料。但是，由于BaTiO3本征的低居里点(120℃)，所以很难使以BaTiO3为基体的材料电容温度变化率△C/C25℃≤±15％高温上限延伸到200℃以上。近期，有研究者发现通过将Bi0.5Na0.5TiO3与NaNbO3复合可以成功制备出一种室温介电常数达到1000，且电容温度变化率(△C/C25℃≤±15％)高温上限延伸到350℃以上的介电材料Bi0.5Na0.5TiO3-NaNbO3(XuQi等，JOURNALOFTHEAMERICANCERAMICSOCIETY卷:98期:10页:3119-3126出版年:OCT2015)。但是，该体系材料的缺点是在高温时(≥250℃)介电损耗过大(＞5％)。高介电损耗会影响陶瓷电容器的工作稳定性，因而制约了该体系材料在超高温领域陶瓷电容器方面的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有的陶瓷介质材料很难同时满足宽工作温度范围内的电容温度稳定性(△C/C25℃≤±15％)与低介电损耗(tanδ≤5％)，而提供一种超宽温高稳定且在高温时仍具有较低介电损耗的无铅电容器陶瓷介质材料及其制备方法，该电容器陶瓷具有在超宽的温度范围内(-55℃-350℃)在保持优异的电容温度稳定性(△C/C25℃≤±15％)同时，且在整个温度区间(-55℃-350℃)样品的介电损耗都低于3％。本专利技术通过如下技术方案予以实现。一种超宽温高稳定低损耗无铅电容器陶瓷介电材料，其特征在于，其化学组成为(1-x)[0.94(0.75Bi1/2Na1/2TiO3–0.25NaNbO3)–0.06BaTiO3)]–xCaZrO3，其中0.10≤x＜0.15。上述超宽温高稳定无铅电容器陶瓷介电材料的工作温度范围为：-55℃—350℃。一种新型多层陶瓷电容器用介质材料的制备方法，具有如下步骤:1):根据化学式(1-x)[0.94(0.75Bi1/2Na1/2TiO3–0.25NaNbO3)–0.06BaTiO3)]–xCaZrO3，按照化学式中金属元素的化学摩尔比称取Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2、Nb2O5、CaO和ZrO2作为起始原料；2)：将称取好的Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2、Nb2O5、CaO和ZrO2放入球磨罐，以无水乙醇为球磨介质，球磨至少12小时混合均匀，烘干，然后升温至800～900℃进行预烧2小时，升温速率为2～3℃/min；3)把步骤(2)预烧后的制得的粉体研碎，再球磨至少12小时混合均匀，烘干后研磨成粉状，以聚乙烯醇水溶液(浓度优选5wt％)作为粘结剂造粒，然后过80目筛后压制成型，于560℃下保温2小时以排出胶体，再在高温炉空气气氛中1160～1200℃烧结，保温2小时后，随炉自然冷却至室温，得到一种超宽温高稳定低损耗的无铅电容器陶瓷介质材料。与现有技术相比较，本专利技术具有以下优点：本专利技术方法解决了以传统以钛酸钡为基体的介电材料工作温度范围(△C/C25℃≤±15％)很难延伸至200℃以上的难题，本专利技术得到的陶瓷介质材料性能优异，工作温度范围(△C/C25℃≤±15％)甚至能达到350℃以上。更重要的是，该体系在-55℃-350℃的温度区间内，介电损耗都低于3％。该材料不含对环境有害物质、原材料成本低，具有良好的应用前景。附图说明图1：实施例1、2、3、4制备的陶瓷介电材料的XRD图谱。图2：实施例1、2、3、4制备的陶瓷介电材料的扫描电镜图。图3：实施例1、2制备的陶瓷介电材料容温变化率与温度的关系曲线。图4：实施例1制备的陶瓷介电材料在不同频率下介电常数与温度的关系曲线。图5：实施例2制备的陶瓷介电材料在不同频率下介电常数与温度的关系曲线。图6：实施例3制备的陶瓷介电材料在不同频率下介电常数与温度的关系曲线。图7：实施例4制备的陶瓷介电材料在不同频率下介电常数与温度的关系曲线。其中，扫描电镜中a，b，c，d分别代表具体实施例1、实施例2、实施例3、实施例4。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。采用德国Bruker公司D8-Advance型X射线衍射仪测定样品的相结构，HitachiS–4800扫描电子显微镜测定所制备材料的显微形貌。采用宽频介电阻抗分析仪(NovocontrolTechnologies,德国)在1kHz～100kHz范围内测试该介电材料的介电常数和介电损耗。实施例11)根据表达式(1-x)[0.96(0.75Bi1/2Na1/2TiO3-0.25NaNbO3)–0.04BaTiO3)]–xCaZrO3，x＝0，按照表达式中金属原子的化学计量比来称取Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2和Nb2O5作为基质原料；2)将称量好的Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2和Nb2O5用无水乙醇为介质混合球磨12小时，再烘干，然后在800℃预烧2小时，升温速率为3℃/min；3)将步骤(2)预烧后的制得的粉体研碎，再球磨12小时混合均匀，于100℃下烘干5小时后研磨成粉状，以5wt％的聚乙烯醇水溶液作为粘结剂造粒，然后过80目筛后压制成型，于560℃下保温2小时以排出胶体，再在高温炉空气气氛中1160℃烧结，升温速率为3℃/min；保温2小时，随炉自然冷却至室温，即制得超宽温高稳定无铅电容器陶瓷介质材料。实施例2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超宽温低损耗无铅陶瓷电容器介电材料，其特征在于，介质材料的化学组成为(1‑x)[0.94(0.75Bi1/2Na1/2TiO3–0.25NaNbO3)–0.06BaTiO3)]–xCaZrO3，0.10≤x＜0.15。

【技术特征摘要】
1.一种超宽温低损耗无铅陶瓷电容器介电材料，其特征在于，介质材
料的化学组成为(1-x)[0.94(0.75Bi1/2Na1/2TiO3–0.25NaNbO3)–0.06BaTiO3)]
–xCaZrO3，0.10≤x＜0.15。
2.制备权利要求1所述的一种超宽温低损耗无铅陶瓷电容器介电材料
的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据化学式(1-x)[0.94(0.75Bi1/2Na1/2TiO3–0.25NaNbO3)–0.06BaTiO3)]
–xCaZrO3，按照化学式中金属元素的化学摩尔比称取Bi2O3、Na2CO3、
BaCO3、TiO2、Nb2O5、CaO和ZrO2作为起始原料；
(2)将称取好的Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2、Nb2O5、CaO和Zr...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯育冬，章进，陈鸿熙，岳云鸽，郑木鹏，朱满康，严辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11