本申请涉及一种用于多层工艺中的电容器的陶瓷材料，其通式为：Pb(1‑1.5a‑0.5b+1.5d+e+0.5f)AaBb(Zr1‑xTix)(1‑c‑d‑e‑f)LidCeFefSicO3+y·PbO(I)，其中A选自：La、Nd、Y、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Yb；B选自Na、K和Ag；C选自Ni、Cu、Co和Mn；并且0<a<0.12；0.05≤x≤0.3；0<b<0.12；0≤c≤0.12；0<d<0,12；0≤e≤0.12,0≤f≤0.12,0≤y≤1并且其中b+d+e+f>0。本申请还涉及一种包括上述陶瓷材料的电容器。
Ceramic material and capacitor including ceramic material
The invention relates to a ceramic material for multilayer capacitor in the process, the general formula: Pb (1 1.5A 0.5b+1.5d+e+0.5f AaBb (Zr1) xTix (1) C D E F LidCeFefSicO3+y) - PbO (I), wherein A is selected from: La, Nd, Y, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er and Yb; B is selected from Na, K and Ag; C, Cu, Co and Ni from Mn; and 0< a< 0.12; 0.05 = x = 0.3; 0< b< 0.12; 0 = C = 0.12; 0< d< 0,12; 0 = e = 0.12,0 = f = 0.12,0 = y = 1 and b+d+e+f> 0. The present application also relates to a capacitor including the ceramic material.
【技术实现步骤摘要】
陶瓷材料和包括陶瓷材料的电容器本专利技术申请是申请日为2013年2月18日、申请号为201380019395.3、专利技术名称为“陶瓷材料和包括陶瓷材料的电容器”的专利技术专利申请的分案申请。
提出一种适合于多层工艺中的电容器的陶瓷材料和一种包括该陶瓷材料的电容器，所述电容器优选地适合于高功率应用。电容器能够在AC/DC-或DC/DC转换器中用作为滤波元件。
技术介绍
陶瓷电容器包括至少两个电导体，在所述电导体之间设置有介电的(绝缘的)陶瓷层。陶瓷电容器的特性主要通过陶瓷介电质的极化特性来确定。作为热电的表示下述材料，所述材料在不存在电场的情况下具有自发极性。如果通过施加电场(或机械应力)，自发极性的方向能够发生改变，那么材料称作为是铁电的。当从顺电相中相位过渡时铁电材料的离子并非相互平行地、而是相互反平行地移动，那么该材料称作为反铁电的。迄今主要用于压电元件的陶瓷材料是锆钛酸铅体系(Pb(ZrxTi1-x)O3或PZT)。所述体系表示反铁电的锆酸铅(PbZrO3)和铁电的钛酸铅(PbZrO3，PTO)的固定的解决方案(无空位的混晶列)，其根据组成能够具有铁电的和反铁电的特性。相位表(图1)示出，PZT体系的居里温度和晶体对称性与其组成相关。FT和FR是铁电的四方晶相或菱面体相。PC表示顺电的立方晶相。AO和AT表示反铁电的正交晶相或四方晶相。HT表示高温晶相，LT表示低温晶相。基于PTO，居里点在钛离子通过锆离子取代的情况下从490℃(Tc(PTO)下降到230℃(Tc(PZO)；在此，对称性从FT经由FR改变至AO(在室温下)。在TC之上，PZT是顺电的。在低于居里温度时，近似出现立方结构的畸变，更确切地说与Zr/Ti比例相关。这就是说，富含Ti的PZT混晶在室温下是铁电的和四方晶的，相反地，富含Zr的PZT混晶是反铁电正交晶的(O相)或铁电菱面体的。PZT材料迄今主要用于压电元件，例如压电致动器。对此所需要的压电特性尤其表现在所谓的准同型相界(“morphotropicphaseboundary”；MPB)，所述准同型相界分开两个FE相(FT和FR)；在此，仅在Zr/Ti比例轻微变化之后形成两个不同的晶体结构。MPB位于PbZr0.6Ti0.4O3和PbZr0.55Ti0.45O3之间。WO2011/085932A1公开一种电容器，所述电容器包括加热元件和介电层和包括在介电层之间设置的内电极的电容器区域，其中加热元件和电容器区域导热地彼此连接。
技术实现思路
本专利技术的实施方式的目的在于，提供一种适合用于多层工艺中的电容器的、具有改进的特性的陶瓷材料。该目的通过用于多层工艺中的电容器的陶瓷材料来实现，所述陶瓷材料的通式为：Pb(1-1.5a-0.5b+1.5d+e+0.5f)AaBb(Zr1-xTix)(1-c-d-e-f)LidCeFefSicO3+y·PbO(I)，其中：A选自：La,、Nd、Y、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Yb；B选自Na、K和Ag；C选自Ni、Cu、Co和Mn；并且0<a<0.12；0.05≤x≤0.3；0≤b<0.12；0≤c<0.12；0≤d<0,12；0≤e<0.12,0≤f<0.12,0≤y<1，其中：b+d+e+f>0。根据本专利技术，尤其富含Zr的PZT混晶相选自相位图。此外，通过条件b+d+e+f>0确定，在根据本专利技术的陶瓷材料中，除了出自在独立权利要求中限定的组A(稀土元素)中的掺杂剂之外，必须存在至少一种由Li、Na、K、Ag、Fe、Ni、Cu、Co和Mn构成的组(锂、铁以及组B和C)中的元素。由此，能够提供在1000℃至1120℃的温度下能烧结的陶瓷材料，这在陶瓷材料的制造方法期间就已经能够实现与其他的、在更高的温度下不稳定的物质/材料的组合。例如，陶瓷材料与由非贵金属、例如银或铜构成的内电极进行烧结(“共烧”方法)是可行的。此外，陶瓷材料与仅通过组A掺杂的PZT材料相比具有更高的切换场强和/或更高的相对电容率(介电常数)。此外，低的烧结温度有助于形成陶瓷材料的小的晶粒大小，这有益地影响介电特性。更确切地说，PZT陶瓷的介电特性通常也由主域大小确定。将主域理解成陶瓷中的具有相同极性的区域。主域大小与晶粒大小相关。每晶粒的主域的数量随着晶粒大小增大而增大。改变的主域大小对陶瓷的材料特性产生影响。因此，值得期望的是，能够控制晶粒大小或晶粒生长。典型地，根据本专利技术的掺杂的锆钛酸铅陶瓷具有钙钛矿晶格，所述钙钛矿晶格能够通过通式ABO3来描述，其中A表示钙钛矿晶格的A位置并且B表示B位置。钙钛矿晶格的特征在于相对于掺杂和空位的高的容差性。锆钛酸铅(PZT)的钙钛矿结构能够通过通式ABO3来描述。PZT晶格的单位晶胞能够通过立方体来描述。A位置通过Pb2+离子占据，其中所述Pb2+离子位于立方体的角上。在每个立方体面的中部存在各一个O2-离子。在立方体的中心存在Ti4+离子和Zr4+离子(B位置)。该结构相对于金属离子通过其他金属离子取代和缺陷具有高的容差性，因为所述结构能够良好地掺杂。根据通过掺杂引入的离子和被取代的离子之间的大小差异，能够出现高对称性的配位多面体的畸变。所述畸变能够改变晶体的对称中心进而影响极化能力。掺杂的不同的可行性能够根据掺杂离子的化合价来分类。等价掺杂、即离子由相同化合价的其他离子取代不作用于陶瓷材料中的可能的空位。如果低化合价的阳离子(受主)取代更高化合价的阳离子，那么在阴离子晶格种产生空位。更高价阳离子(施主)当其取代更低化合价的阳离子时造成阳离子晶格中的空位。用受主和施主掺杂分别引起材料特性的特征性的改变。受主掺杂的陶瓷也称作为“硬”陶瓷，施主掺杂的陶瓷也称作为“软”陶瓷。在A位置上的例如用Nd3+(或其他根据独立权利要求的组A中的其他稀土元素)的掺杂为施主掺杂。由于钕的离子半径，所述钕嵌到Pb2+位置上。电荷补偿通过相应地形成Pb空位进行。掺杂的影响是晶格的有规律的改变和单位晶胞之间的更长时间作用的相互作用的影响。在A或B位置上用K+或Fe3+的掺杂是受主掺杂。由于钾的离子半径，所述钾嵌到Pb2+位置上，而Fe3+嵌到Zr4+或Ti4+位置上。电荷补偿通过减少Pb2+空位(A空缺)和/或相应地形成氧空位来进行。掺杂的影响是晶粒生长和促进烧结紧凑性的氧空位形成，所述氧空位形成在烧结温度下通过K受主产生。在冷却过程中，与Nd施主的复合在形成近似中性(Nd/K)的缺陷对的情况下进行，使得在制成的陶瓷中不存在或仅存在非常少的铅或氧空位浓度。所述掺杂作用于材料的晶粒生长，所述晶粒生长与引入的掺杂的浓度相关。小的掺杂量在此有助于晶粒生长，相反地，过大量的掺杂离子能够阻碍晶粒生长。如在Nd占据Pb位置的情况下存在的施主掺杂的PZT材料的特性基本上基于提高的主域可运动性，所述主域可运动性通过Pb空位造成。空位引起，已经能够由小的电场影响主域。这与未掺杂的PZT陶瓷相比引起主域边界的更容易的可移动性进而引起更高的介电常数。在根据本专利技术的陶瓷材料中，必要时同时存在受主和施主掺杂。这引起：在陶瓷例如仅由两种掺杂类型中的一种掺杂时出现的负面特性得到补偿。如果例如仅存在受主掺杂，那么这通常引起下降本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于多层工艺中的电容器的陶瓷材料，所述陶瓷材料的通式为：(I)Pb(1‑1.5a+e)Aa(Zr1‑xTix)(1‑c‑e)CeSicO3+y·PbO，其中：A选自：La,、Nd、Y、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Yb；C选自Ni和Cu；并且0<a<0.12；0.05≤x≤0.3；0≤c<0.12；0.001≤e<0.12,0≤y<1。
【技术特征摘要】
2012.04.10 DE 102012103062.6;2012.05.08 DE 10201211.一种用于多层工艺中的电容器的陶瓷材料，所述陶瓷材料的通式为：(I)Pb(1-1.5a+e)Aa(Zr1-xTix)(1-c-e)CeSicO3+y·PbO，其中：A选自：La,、Nd、Y、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Yb；...
【专利技术属性】
技术研发人员：京特·恩格尔，米夏埃尔·朔斯曼，马库斯·科伊尼，安德烈埃·特斯蒂诺，克里斯蒂安·霍夫曼，
申请(专利权)人：爱普科斯公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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