一种陶瓷电容器用介质材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷电容器用介质材料及其制备工艺，涉及电子元件与材料技术领域，该介质材料包括以下原料：BaTiO3、SrTiO3、BaZrO3、CaZrO3、ZnB2O4玻璃粉、Nb2O5、CeO2、MnCO3、Gd2O3和凹凸棒粘土。其制备工艺是通过对原料加水球磨混合、烘干、造粒压片及烧结即可。该种陶瓷电容器介质材料及介电常数高，耐电压高，电容温度变化率小，符合Y5U特性的要求，不含铅，对环境无污染，制备简单方便，烧结温度低，能耗少，适宜推广应用。

Dielectric material for ceramic capacitor and its preparation process

The invention discloses a dielectric material and method of preparation of ceramic capacitor, which relates to the field of electronic components and materials, the dielectric material comprises the following raw materials: BaTiO3, SrTiO3, BaZrO3, CaZrO3, ZnB2O4, CeO2, Nb2O5 glass powder, MnCO3, Gd2O3 and attapulgite clay. The preparation process can be achieved by adding water to ball milling, mixing, drying, granulating, tabletting and sintering. This kind of ceramic capacitor dielectric material and high dielectric constant, high withstand voltage, temperature variation rate of capacitance is small, with Y5U characteristic, no lead, no pollution to the environment, simple and convenient preparation, low sintering temperature, low energy consumption, suitable for popularization and application.

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷电容器用介质材料及其制备工艺
本专利技术涉及电子元件与材料
，具体涉及一种陶瓷电容器用介质材料及其制备工艺。
技术介绍
近几年来，在高端民用产品市场中随着电力系统和脉冲功率的不断升级改造，例如遮断器、负载关闭器、高压电源等的设备对陶瓷电容器提出了高耐电压、低损耗、高可靠性、小型化和大容量等的要求。目前我国加大了对激光武器和电磁武器等的研究，并取得了一定的成果。激光武器需要瞬间提供巨大的能量，这种功能通过电路中的超高压电容倍压来实现，并且超高压电容器是电路中的核心器件。由于国内原材料的限制，我国在军事领域对超高压电容器的需求主要依赖进口，这给我国的国防安全带来了一定的风险。目前所需的超高压陶瓷电容器用介质材料不仅要求耐电压更高，而且还需要较小的介质损耗及较高的体积电阻率，以满足超高压电容器高可靠性。目前有些陶瓷电容器的电介质中含有铅和镉，在陶瓷电容器的生产、使用和废弃过程中对人体和环境的危害较大，其介电常数小，耐电压较低，使用效果及性能不理想，满足不了人们对其需求。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种陶瓷电容器用介质材料及其制备工艺，该种陶瓷电容器介质材料及介电常数高，耐电压高，电容温度变化率小，符合Y5U特性的要求，不含铅，对环境无污染，制备简单方便，烧结温度低，能耗少，适宜推广应用。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现的：一种陶瓷电容器用介质材料，包括以下按重量份计的原料：BaTiO325-35份、SrTiO320-30份、BaZrO310-20份、CaZrO38-12份、ZnB2O4玻璃粉5-15份、Nb2O54-8份、CeO23-7份、MnCO33-5份、Gd2O33-5份和凹凸棒粘土15-25份。进一步地，所述介质材料包括以下按重量份计的原料：BaTiO330份、SrTiO325份、BaZrO315份、CaZrO310份、ZnB2O4玻璃粉10份、Nb2O56份、CeO25份、MnCO34份、Gd2O34份和凹凸棒粘土20份。进一步地，所述BaTiO3是采用如下工艺制备：将常规的化学原料BaCO3和TiO2按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1120-1210℃保温60-80min，固相反应合成BaTiO3，冷却后研磨过150-250目筛，备用。进一步地，所述SrTiO3是采用如下工艺制备：将常规的化学原料SrCO3和TiO2按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1020-1140℃保温80-100min，固相反应合成SrTiO3，冷却后研磨过150-250目筛，备用。进一步地，所述CaZrO3是采用如下工艺制备：将常规的化学原料CaO和ZrO2按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1140-1220℃保温70-90min，固相反应合成CaZrO3，冷却后研磨过150-250目筛，备用。进一步地，所述BaZrO3是采用如下工艺制备：将常规的化学原料BaO和ZrO2按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1080-1160℃保温60-80min，固相反应合成BaZrO3，冷却后研磨过150-250目筛，备用。上述的一种陶瓷电容器用介质材料的制备工艺，按照以下步骤进行：(1)按所述重量份配比称取原料，将所述凹凸棒粘土置于8％-12％的盐酸溶液中浸泡40-60min，抽滤后将所得物料烘干，再在250-350℃下进行高温煅烧1-2h，取出冷却后通过研磨机研磨成120-160目的细粉，备用；(2)将所有原料输送至行星球磨机中加入去离子水球磨混合，且料:球:水＝1:3:(0.6-0.9)(质量比)，球磨2-4h后，烘干得干粉料；(3)向干粉料中加入粘合剂进行造粒，混研后过40-60目筛，再在20-30Mpa压力下进行干压成生坯片；(4)将制得的生坯片在稀有气体环境下烧结2-4h，待冷却至780-860℃时保温1-2h，随后随炉冷却，再在480-520℃下保温15-25min进行烧银，形成银电极，再焊引线，进行包封，即可。进一步地，在步骤(3)中，所述粘合剂采用重量百分比浓度为15-25％的聚乙烯醇水溶液,该聚乙烯醇水溶液的重量为干粉料重量的8-12％。进一步地，在步骤(4)中，所述稀有气体为氮气或者氩气，烧结温度为980-1060℃。本专利技术具有如下的有益效果：(1)本专利技术的电容器介质材料制备简单方便，相比现有技术中的工艺流程，其烧结温度低，能耗少，原料中不含铅和镉等有害元素，对环境无污染，对人体无危害，符合国家倡导的绿色环保的标准；(2)本专利技术的电容器介质材料的介电常数高，可达20000以上；耐电压程度高，直流耐电压可达20kV/mm以上，交流耐压可达15kV/mm以上；因本专利技术的电容器介质介电常数高，能实现陶瓷电容器的小型化和大容量,同样能降低成本；(3)本专利技术的电容器介质的电容温度变化率小，符合Y5U特性的要求；另外因其介质损耗小于0.3％，在使用过程中性能稳定性好，安全性高，适宜推广应用。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例1一种陶瓷电容器用介质材料，称取以下原料待用：BaTiO325kg、SrTiO320kg、BaZrO310kg、CaZrO38kg、ZnB2O4玻璃粉5kg、Nb2O54kg、CeO23kg、MnCO33kg、Gd2O33kg和凹凸棒粘土15kg。其中，上述的BaTiO3是采用如下工艺制备：将常规的化学原料BaCO3和TiO2按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1120℃保温60min，固相反应合成BaTiO3，冷却后研磨过150目筛，备用。上述的SrTiO3是采用如下工艺制备：将常规的化学原料SrCO3和TiO2按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1020℃保温80min，固相反应合成SrTiO3，冷却后研磨过150目筛，备用。上述的CaZrO3是采用如下工艺制备：将常规的化学原料CaO和ZrO2按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1140℃保温70min，固相反应合成CaZrO3，冷却后研磨过150目筛，备用。上述的BaZrO3是采用如下工艺制备：将常规的化学原料BaO和ZrO2按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1080℃保温60min，固相反应合成BaZrO3，冷却后研磨过150目筛，备用。上述的一种陶瓷电容器用介质材料的制备工艺，按照以下步骤进行：(1)先将称取的凹凸棒粘土置于8％的盐酸溶液中浸泡40min，抽滤后将所得物料烘干，再在250℃下进行高温煅烧1h，取出冷却后通过研磨机研磨成120目的细粉，备用；(2)再将所有原料输送至行星球磨机中加入去离子水球磨混合，且料:球:水＝1:3:0.6(质量比)，球磨2h后，烘干得干粉料；(3)之后向干粉料中加入其重量8％重量百分比浓度为15％的聚乙烯醇水溶液进行造粒，混研后过40目筛，再在20Mpa压力下进行干压成生坯片；(4)然后将制得的生坯片在充满氮气环境下烧结2h，烧结温度控制在980℃，待冷却至780℃时保温1h，随后随炉冷却，再在480本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷电容器用介质材料，该陶瓷电容器的电介质耐高压高温，直流耐电压可达20kV/mm以上，交流耐压可达15kV/mm以上；介电常数为20000以上；介质损耗小于0.3％；电容温度变化率小，符合Y5U特性的要求，其特征在于，所述介质材料包括以下按重量份计的原料：BaTiO325‑35份、SrTiO320‑30份、BaZrO310‑20份、CaZrO38‑12份、ZnB2O4玻璃粉5‑15份、Nb2O54‑8份、CeO23‑7份、MnCO33‑5份、Gd2O33‑5份和凹凸棒粘土15‑25份。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷电容器用介质材料，该陶瓷电容器的电介质耐高压高温，直流耐电压可达20kV/mm以上，交流耐压可达15kV/mm以上；介电常数为20000以上；介质损耗小于0.3％；电容温度变化率小，符合Y5U特性的要求，其特征在于，所述介质材料包括以下按重量份计的原料：BaTiO325-35份、SrTiO320-30份、BaZrO310-20份、CaZrO38-12份、ZnB2O4玻璃粉5-15份、Nb2O54-8份、CeO23-7份、MnCO33-5份、Gd2O33-5份和凹凸棒粘土15-25份。2.根据权利要求1所述的一种陶瓷电容器用介质材料，其特征在于，所述介质材料包括以下按重量份计的原料：BaTiO330份、SrTiO325份、BaZrO315份、CaZrO310份、ZnB2O4玻璃粉10份、Nb2O56份、CeO25份、MnCO34份、Gd2O34份和凹凸棒粘土20份。3.根据权利要求1所述的一种陶瓷电容器用介质材料，其特征在于，所述BaTiO3是采用如下工艺制备：将常规的化学原料BaCO3和TiO2按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1120-1210℃保温60-80min，固相反应合成BaTiO3，冷却后研磨过150-250目筛，备用。4.根据权利要求1所述的一种陶瓷电容器用介质材料，其特征在于，所述SrTiO3是采用如下工艺制备：将常规的化学原料SrCO3和TiO2按1:1摩尔比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1020-1140℃保温80-100min，固相反应合成SrTiO3，冷却后研磨过150-250目筛，备用。5.根据权利要求1所述的一种陶瓷电容器用介质材料，其特征在于，所述CaZrO3是采用如下工艺制备：将常规的化学原料CaO和ZrO2按1:1摩尔比配料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨自芬，
申请(专利权)人：合肥市大卓电力有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34