一种LTCC低频介质陶瓷电容器材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种LTCC低频介质陶瓷电容器材料及其制备方法，该材料以BaTiO

LTCC low frequency dielectric ceramic capacitor material and preparation method thereof

The invention discloses a LTCC low frequency dielectric ceramic capacitor material and a preparation method thereof. The material is BaTiO

【技术实现步骤摘要】
一种LTCC低频介质陶瓷电容器材料及其制备方法
本专利技术属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及低温烧结超高温度稳定型多层陶瓷电容器材料及其制备方法。
技术介绍
电容器是一类重要的无源电子器件，是电子、通信及信息产业中所不可或缺的器件，可以起到储存电荷、隔断直流、交流滤波、提供谐振及震荡等作用。贴片式多层陶瓷电容器(MLCC或MCC，SurfaceMountMultilayerCeramicCapacitor)，又名独石电容器，属于新型电子元器件。由于其具有性能优越、电容量范围宽、品种齐全、可小型化、片式化等优点，得到广泛的应用。随着便携式电子产品的产量迅猛增长及表面贴装技术(SMT)的发展，MLCC应用已经占电容器之首。MLCC在电路中的应用，不仅可以减小PCB板面积，而且大大的提高了产品的性能，已成为移动电话、便携式电脑、数码相机、液晶显示器等新一代通信与信息终端、数字视听产品的最基本构成元件，对进一步实现电子系统与整机的小型化、数字化、多功能化、高性能化具有决定性作用。近十年来，超高温环境下的电子元器件及其材料的制造及检测技术随电子学的发展而迅猛发展。在汽车控制领域中，如发动舱内安装的发动机电子控制单元(ECU)、防抱死系统(ABS)、曲柄角传感模块、燃料喷射程序控制(PGMFI)模块、空气/燃料比例控制模块等，要求MLCC的高温工作温度范围达到230℃左右。同时，航空电子学、自动电子学、环境检测学等多领域要求电子系统在极端苛刻的环境下工作。在超高温环境下的实验装置能否正常运行，大容量电容器性能是否达标是关键的技术挑战。所以，研究宽温区超高温度稳定型介电材料成为当务之急。近年来，国内外对X9R陶瓷电容器介质材料进行了系统广泛的研究。我国专利有武汉理工大学曹明贺、刘韩星课题组研制X9R材料专利(ZL00710053554.8)，成都电子科技大学的张树人课题组发表关于X9R文献。清华大学李龙图课题组发表关于X9R文献。但是，现阶段基于BaTiO3系统的X9R陶瓷材料，还存在介电常数不高，烧结温度较高，损耗较大，不符合环保ROHS要求的问题。另外，能够与Ag或Cu低温共烧，降低电极成本，将是今后发展的重要方向。因此，降低MLCC烧结温度且依然保持高性能，将是今后的研究重点与趋势。因此，需要一种烧结温度低、不含有对人体和环境有害的物质，介电常数较高、可以大量生产的，性能优良的宽温区超高温度稳定型陶瓷材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种烧结温度低(800℃～900℃)、介电常数高、介电损耗低，在-55℃～230℃温度范围内的电容变化率不超过±15％的范围，环境友好的，并能与高电导率的银、铜等贱金属内电极共烧、性能优良的宽温区超高温度稳定型低频介质陶瓷电容器材料。本专利技术通过如下技术方案予以实现。一种LTCC低频介质陶瓷电容器材料，以BaTiO3为主料，在BaTiO3的基础上外加质量百分比含量为0.5～6.8％的烧结助剂，及1～11％的金属氧化物；所述烧结助剂的原料组成及其质量百分比含量为：0.3～32％Bi2O3、1～28％K2CO3、1～22％TiO2、3～38％LiF、2～31％SiO2；所述金属氧化物的原料组成及其质量百分比含量为：0.2～32％Nb2O5、0.5～28％Co3O4、0.9～22％WO3、0.4～37％MnCO3、0.6～33％Re2O3、1.1～10％CuO；所述Re2O3为稀土元素氧化物，稀土元素为镧系元素的La、Ce、Pr、Nd、Sm、Dy、Er、或者Yb。上述LTCC低频介质陶瓷电容器材料的制备方法，具有如下步骤：(1)按照烧结助剂的原料组成及其质量百分比含量将原料进行均匀混合：0.3～32％Bi2O3、1～28％K2CO3、1～22％TiO2、3～38％LiF、2～31％SiO2；将混合后的原料加入去离子水，球磨3～20小时，于70～120℃烘干，再在1150～1200℃煅烧，保温5～10小时，自然冷却，制得烧结助剂；(2)按照金属氧化物的原料组成及其质量百分比含量将原料进行均匀混合：0.2～32％Nb2O5、0.5～28％Co3O4、0.9～22％WO3、0.4～37％MnCO3、0.6～33％Re2O3、1.1～10％CuO；所述Re2O3为稀土元素氧化物，稀土元素为镧系元素的La、Ce、Pr、Nd、Sm、Dy、Er、或者Yb；将混合后的原料加入去离子水，球磨7～10小时，再于70～120℃烘干，制得金属氧化物的陶瓷粉末；(3)按照在BaTiO3的基础上外加质量百分比为0.5～6.8％的烧结助剂及1～11％的金属氧化物的化学计量比进行二次配料，均匀混合，加入去离子水，球磨3～20小时，在70～120℃温度下烘干，烘干后制得陶瓷电容器材料的陶瓷粉末；(4)将步骤(3)的陶瓷电容器材料的陶瓷粉末过80目筛，外加质量百分比含量为5～8％的石蜡或者PVA进行造粒，再压制成生坯，生坯于800～900℃烧结，保温5～10小时，冷却后制得满足要求的中低温烧结超高温度稳定型多层陶瓷电容器材料。所述LTCC低频介质陶瓷电容器材料，在BaTiO3的基础上外加质量百分比含量为3％的烧结助剂，及3％的金属氧化物。所述烧结助剂的原料组成及其质量百分比含量为：23％Bi2O3、19％K2CO3、22％TiO2、17％LiF、19％SiO2。所述金属氧化物的原料组成及其质量百分比含量为：18％Nb2O5、22％Co3O4、20％WO3、25％MnCO3、11％Re2O3、4％CuO，所述Re为Nd。所述步骤(1)、步骤(4)的升温速率为8℃/min，烧成周期为6～30小时。所述步骤(4)的烧结温度为900℃。本专利技术有益效果如下：(1)符合并且超过EIAX9R标准，在-55℃～230℃温度范围内的电容变化率不超过±15％的范围。(2)具有良好的介电性能，具有较高的介电室温常数,室温25℃的介电常数能够达到2700左右；并且具有较小的介电损耗(DF)，其中室温25℃的介电损耗仅为1.1％。(3)烧结温度低(800℃～900℃)，可以使用纯银或铜作为内电极，实现低温共烧。(4)本专利技术得到的陶瓷电容器材料不含铅，环境友好。(5)烧结温度范围宽，性能可调，稳定性和再现性良好，而且材料的晶粒均匀，可靠性高。附图说明图1为本专利技术实施例1制品的介电常数随温度变化的特性曲线图。图2为本专利技术实施例1制品的电容温度变化率随温度变化的曲线图。图3为本专利技术实施例2制品的介电常数随温度变化的特性曲线图。图4为本专利技术实施例2制品的电容温度变化率随温度变化的曲线图。图5为本专利技术实施例3制品的介电常数随温度变化的特性曲线图。图6为本专利技术实施例3制品的电容温度变化率随温度变化的曲线图。图7为本专利技术实施例4制品的介电常数随温度变化的特性曲线图。图8为本专利技术实施例4制品的电容温度变化率随温度变化的曲线图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步的详细描述，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。本专利技术所用原料均为市售分析纯原料。实施例1(1)按照烧结助剂的原料组成及其质量百分比含量将原料进行均匀混合：17％Bi2O3、23％K2CO3、20％TiO2、20％LiF、20％SiO2；将原料进行均匀混合，加入去离子水，球磨1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LTCC低频介质陶瓷电容器材料，以BaTiO

【技术特征摘要】
1.一种LTCC低频介质陶瓷电容器材料，以BaTiO3为主料，在BaTiO3的基础上外加质量百分比含量为0.5～6.8％的烧结助剂，及1～11％的金属氧化物；所述烧结助剂的原料组成及其质量百分比含量为：0.3～32％Bi2O3、1～28％K2CO3、1～22％TiO2、3～38％LiF、2～31％SiO2；所述金属氧化物的原料组成及其质量百分比含量为：0.2～32％Nb2O5、0.5～28％Co3O4、0.9～22％WO3、0.4～37％MnCO3、0.6～33％Re2O3、1.1～10％CuO；所述Re2O3为稀土元素氧化物，稀土元素为镧系元素的La、Ce、Pr、Nd、Sm、Dy、Er、或者Yb。2.权利要求1的一种LTCC低频介质陶瓷电容器材料的制备方法，具有如下步骤：(1)按照烧结助剂的原料组成及其质量百分比含量将原料进行均匀混合：0.3～32％Bi2O3、1～28％K2CO3、1～22％TiO2、3～38％LiF、2～31％SiO2；将混合后的原料加入去离子水，球磨3～20小时，于70～120℃烘干，再在1150～1200℃煅烧，保温5～10小时，自然冷却，制得烧结助剂；(2)按照金属氧化物的原料组成及其质量百分比含量将原料进行均匀混合：0.2～32％Nb2O5、0.5～28％Co3O4、0.9～22％WO3、0.4～37％MnCO3、0.6～33％Re2O3、1.1～10％CuO；所述Re2O3为稀土元素氧化物，稀土元素为镧系元素的La、Ce、Pr、Nd、Sm、Dy、Er、或者Yb；将混合后的原料加入去离子水，球磨7～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝林，肖谧，毛陆虹，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12