一种高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料及其制备方法。所述X7R电容器陶瓷材料组成为0.3BiAlO3‑0.7BaTiO3+xmol％MnO2+ywt％BAS，x取值为0.2～1.0，y取值为2～6，MnO2的加入量为0.3BiAlO3‑0.7BaTiO3的0.2～1.0mol％，BAS无碱玻璃的加入量为MnO2和BiAlO3‑BaTiO3总质量的2～8％。本发明专利技术制备的高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料具有击穿强度高、常温介电常数较高、温度稳定性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及一种高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
由于电子科技的不断发展，电子设备的大量运用，高压陶瓷电容器一直是广泛应用的电子设备之一，小到显示器中的倍压整流电路，大到激光、雷达以及电子显微镜的高压电源中，都能随处见到高压陶瓷电容器的身影，为了满足脉冲功率系统的小型化和高储能密度的需求，各国材料工作者正积极探索研究具有高介电常数εr、低介电损耗tanδ和高击穿强度的介质材料，目前常温下介电常数ε25℃＞1000且宽温稳定性满足X7R(|ΔC/C|≤15％的温度范围为-55℃～125℃)的陶瓷材料其击穿强度普遍在8kV/mm左右，而这样的击穿强度已经难以符合现今的生产要求。BiAlO3-BaTiO3作为一种铁电陶瓷材料，相对介电常数较高，随温度变化相对较为缓慢，且烧结温度低，比较适合做电介质材料，但是由于BiAlO3-BaTiO3基质材料存在自发极化的特性，导致其耐压强度较低，因此需要通过掺杂、工艺优化等方面的改进在保证其在具有一定的介电强度及温度稳定性的同时又提高其耐压强度。因此，亟需研究提供一种击穿强度高的常温下介电常数ε25℃＞1000且宽温稳定性满足X7R(|ΔC/C|≤15％的温度范围为-55℃～125℃)的陶瓷材料。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种击穿强度高的X7R电容器储能陶瓷材料的制备方法，该方法制备的X7R电容器介质陶瓷材料具有击穿强度高的特点。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：提供一种高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料，所述X7R电容器陶瓷材料组成为0.3BiAlO3-0.7BaTiO3+xmol％MnO2+ywt％BAS，x取值为0.2～1.0，y取值为2～6，MnO2的加入量为0.3BiAlO3-0.7BaTiO3的0.2～1.0mol％，BAS无碱玻璃的加入量为MnO2和BiAlO3-BaTiO3总质量的2～8％。作为上述技术方案的改进，上述高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料是将固相法制得0.3BiAlO3-0.7BaTiO3+xmol％MnO2粉末，x取值为0.2～1.0，然后掺杂BAS无碱玻璃烧结得到。作为上述技术方案的改进，掺杂BAS无碱玻璃的烧结温度为1000～1100℃。作为上述技术方案的改进，所述BAS无碱玻璃的加入量为MnO2和BiAlO3-BaTiO3总质量的2％～6％。作为上述技术方案的改进，所述BAS无碱玻璃的加入量为MnO2和BiAlO3-BaTiO3总质量的4％。本专利技术还提供一种上述高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将Bi2O3、Al2O3、BaCO3、TiO2和MnO2按理论计量比，并在Bi过量的情况下固相法制备出0.3BiAlO3-0.7BaTiO3+xmol％MnO2粉末，x取值为0.2～1.0；步骤二、取占陶瓷粉末质量百分比为2～6％的BAS玻璃细粉和混合球磨，烘干、造粒、压片、排胶后升温到1000～1100℃，保温烧结，得到所述的高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料。作为上述技术方案的改进，步骤一中Bi2O3过量3-5wt％，即Bi元素、Al元素、Ba元素、Ti元素和Mn元素的摩尔比为0.1545～0.1575:0.15:0.35:0.35:x*0.01。作为上述技术方案的改进，步骤一固相烧结温度为850～950℃，固相烧结时间为2h～4h；固相烧结前将Bi2O3、Al2O3、BaCO3、TiO2和MnO2充分球磨，烘干。作为上述技术方案的改进，步骤一中预烧过程升温速率为2℃～4℃/min。作为上述技术方案的改进，步骤二中烧结时间为2h～4h。作为上述技术方案的改进，所述步骤二中的升温速率为2℃～4℃/min。作为上述技术方案的改进，所述步骤二的BAS无碱玻璃细粉为按H3BO3、Al2O3、SiO2所占的质量百分比：50wt％H3BO3、30wt％Al2O3、20wt％SiO2配料后放入球磨机，球磨6h～8h之后干燥，再置于刚玉坩埚中，升温至1400℃～1500℃融化，保温2h～4h，高温取出倒入水中淬冷成丝状和大颗粒状BAS玻璃碎片，将BAS玻璃碎片放入球磨机粉碎后过筛得到的。作为上述技术方案的改进，所述过筛选择100目筛；所述升温速率为2℃～5℃/min作为上述技术方案的改进，所述步骤二中造粒之前，向干燥后粉末中加入质量为干燥后粉末质量的3％～5％的粘合剂并混合均匀。作为上述技术方案的改进，所述粘合剂为5％的聚乙烯醇溶液。作为上述技术方案的改进，所述步骤二中的排胶方法为在600℃保温2h。通过研究，本专利技术的专利技术人发现，本专利技术通过引入适量MnO2和BAS无碱玻璃可得到介电常数ε25℃＞1000且宽温稳定性满足X7R(|ΔC/C|≤15％的温度范围为-55℃～125℃)，击穿强度20kV/mm以上的X7R电容器陶瓷材料。其中微量MnO2可细化晶粒，一定程度上降低陶瓷的介电损耗。陶瓷中加入的玻璃料，高温烧结时玻璃逐渐熔化，流动的液相减小孔隙率，很好的促进了陶瓷的烧结，使得陶瓷在较低温度实现致密，而提高陶瓷的击穿强度。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：1、击穿强度高：很大程度上的提高了BiAlO3-BaTiO3陶瓷基体的耐压性能，在加入BAS无碱玻璃之前陶瓷的耐压强度只有10kV/mm左右，而加入BAS无碱玻璃之后耐压强度提高到了20kV/mm以上。2、介电性能损失小：BiAlO3-BaTiO3陶瓷基体的介电性能基本上损失很小，介电常数εr还是维持在1000以上，温度稳定性也满足X7R标准(在-55℃～125℃范围内ΔC/C≤15％)。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1是BAS无碱玻璃的XRD测试图；图2是添加BAS玻璃的0.3BiAlO3-0.7BaTiO3-xmol％MnO2-ywt％BAS陶瓷的的XRD测试图；图3是添加BAS玻璃的BiAlO3-BaTiO3陶瓷25℃下介电常数图；图4是添加BAS玻璃的BiAlO3-BaTiO3陶瓷的容温变化率；图5是添加BAS玻璃的BiAlO3-BaTiO3陶瓷25℃下介电损耗图；图6是添加BAS玻璃的BiAlO3-BaTiO3陶瓷25℃下的击穿强度。具体实施方式下面详细说明本专利技术的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本专利技术的原理，本专利技术的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。实例1：1)按Bi2O3中的Bi元素，Al2O3中的Al元素，BaCO3中的Ba元素，TiO2中的Ti元素和MnO2中的Mn元素的摩尔比为0.15:0.15:0.35:0.35:0.02，其中Bi2O3再在上述计算的质量基础上过量3％。将称量好的Bi2O3、Al2O3、BaCO3、TiO2和MnO2放入球磨机中球磨混合均匀，球磨时间为24小时。得到的混合料进行烘干后在850℃预烧2h本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料，其特征在于：所述X7R电容器陶瓷材料组成为0.3BiAlO3‑0.7BaTiO3+xmol％MnO2+ywt％BAS，x取值为0.2～1.0，y取值为2～6，MnO2的加入量为0.3BiAlO3‑0.7BaTiO3的0.2～1.0mol％，BAS无碱玻璃的加入量为MnO2和BiAlO3‑BaTiO3总质量的2～8％。

【技术特征摘要】
1.一种高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料，其特征在于：所述X7R电容器陶瓷材料组成为0.3BiAlO3-0.7BaTiO3+xmol％MnO2+ywt％BAS，x取值为0.2～1.0，y取值为2～6，MnO2的加入量为0.3BiAlO3-0.7BaTiO3的0.2～1.0mol％，BAS无碱玻璃的加入量为MnO2和BiAlO3-BaTiO3总质量的2～8％。2.根据权利要求1所述的高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料，其特征在于：其是将固相法制得0.3BiAlO3-0.7BaTiO3+xmol％MnO2粉末，然后掺杂BAS无碱玻璃烧结得到。3.根据权利要求2所述的高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料，其特征在于：掺杂BAS无碱玻璃的烧结温度为1000～1100℃。4.根据权利要求1所述的高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料，其特征在于：所述BAS无碱玻璃的加入量为MnO2和BiAlO3-BaTiO3总质量的2％～6％。5.权利要求1所述的高击穿强度的X7R电容器陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、将Bi2O3、Al2O3、BaCO3、TiO2和MnO2按理论计量比，并在Bi过量的情况下固相法制备出0.3BiAlO3-0.7BaTiO3+xmol％MnO2粉末，x取值为0.2～1.0；步骤二、取占陶瓷粉末质量百分比为2～6％的BAS玻璃细粉和混合球磨，烘干、造粒、压片、...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝华，程旷男，赖昕，刘韩星，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