X9R型多层陶瓷电容器介质材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于陶瓷电容器介质材料技术领域，具体涉及一种X9R型多层陶瓷电容器介质材料及其制备方法。本发明专利技术X9R型多层陶瓷电容器介质材料为“芯‑壳”结构，其中，以0.9BT‑0.1BNT为“芯”、以钴元素和钕元素形成的表面包覆层为“壳”。本发明专利技术X9R型多层陶瓷电容器介质材料中，钴元素可以与钕元素反应形成复合物或者取代钕元素的位置从而降低钕元素的扩散速率，阻碍掺杂元素向“芯”扩散，使更多的掺杂元素停留在“壳”部，进而降低“芯‑壳”结构中“壳”的占比，使所得多层陶瓷电容器介质材料的低温介电峰更加缓和，整体容温稳定性提高，符合X9R标准。

【技术实现步骤摘要】
X9R型多层陶瓷电容器介质材料及其制备方法
本专利技术属于电容器介质材料
，具体涉及一种X9R型多层陶瓷电容器介质材料及其制备方法。
技术介绍
随着多层陶瓷电容器(MLCC)在汽车电子、石油钻探、航空航天、国防军工等极端领域的发展，特别是混合动力汽车以及燃料电池汽车的普及将加大对高温功率器件的需求，开展可在宽温谱正常工作即X9R型MLCC器件的研究已刻不容缓。国际电子工业协会(ElectronicIndustriesAssociation，EIA)对常见类型的MLCC用介质材料的容温特性做了特殊规定，其中X9R型MLCC为在-55～200℃范围内，容温变化率≤±15％的MLCC器件。纯BT陶瓷介电常数在居里点常发生突变，在实际电路中的温度稳定性不够。BT陶瓷的居里点主要受以下一些因素的影响：自身固有属性(比如晶粒尺寸、四方性及Ba/Ti比等)、外部环境(比如外加电场及应力及外来掺杂元素)，其中，掺杂是改变居里点的最常用及有效的途径。因此，为了满足X9R型MLCC对高服役温度的需求，需通过元素掺杂来提高其温度稳定性。而对于传统通过球磨掺杂工艺即将同一量级的掺杂氧化物引入基体时，其掺杂效果将会大打折扣，很难形成混合均匀、分散性良好的混合粉料，因此在烧结之后掺杂剂将很难充分发挥作用，无法形成具有较多“芯-壳”结构的陶瓷晶粒，从而造成MLCC的低可靠性。有人通过掺杂剂纳米化及异丙醇分散后包覆等方式引入掺杂元素，成功获得了性能优异的超薄型MLCC介质材料，然而，不适于100nm以下颗粒的掺杂，且异丙醇成本高、易燃等缺点依然阻碍这些方法的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种X9R型多层陶瓷电容器介质材料及其制备方法，旨在解决现有多层陶瓷电容器介质材料在制备过程中存在的掺杂效果差、所得多层陶瓷电容器介质材料的容温特性不满足X9R要求等技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供一种X9R型多层陶瓷电容器介质材料的制备方法，包括如下步骤：提供0.9BT-0.1BNT；在水体系中，将所述0.9BT-0.1BNT与含钴离子和钕离子的溶液进行共沉淀反应，得到表面包覆有钴元素和钕元素的0.9BT-0.1BNT；所述表面包覆有钴元素和钕元素的0.9BT-0.1BNT经烧结处理，得到X9R型多层陶瓷电容器介质材料。作为本专利技术的一种优选技术方案，以所述0.9BT-0.1BNT的摩尔浓度为基准，所述含钴离子和钕离子的溶液中，所述钴离子和所述钕离子的摩尔浓度之和为4％。作为本专利技术的一种优选技术方案，以所述0.9BT-0.1BNT的摩尔浓度为基准，所述含钴离子和钕离子的溶液中，所述钴离子和所述钕离子的摩尔浓度之和为4％，且所述钴离子与所述钕离子的摩尔浓度比为(0.5:1)-(2:1)。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述水体系中还添加有辅助分散剂。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述水体系中还添加有辅助分散剂，所述辅助分散剂为酸性分散剂。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述水体系中还添加有辅助分散剂，所述辅助分散剂选自甘氨酸、聚丙烯酸、阴离子分散剂I-7、阴离子分散剂LomarPWA-40K中的至少一种。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述水体系中还添加有辅助分散剂，所述辅助分散剂的质量占所述0.9BT-0.1BNT的质量的3％。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述共沉淀反应时，反应体系的pH＞6。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述烧结处理的温度为1100℃-1200℃。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述0.9BT-0.1BNT的合成方法包括如下步骤：提供氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、钛酸钡；将所述氧化铋、所述碳酸钠、所述二氧化钛的球磨混合物经第一次煅烧，得到钛酸铋钠；将所述钛酸钡与所述钛酸铋钠的球磨混合物经第二次煅烧，得到0.9BT-0.1BNT。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述钛酸钡的粒径为60nm-200nm。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述第一次煅烧的温度为800℃-1000℃。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述第二次煅烧的温度为900℃-1100℃。本专利技术另一方面提供一种X9R型多层陶瓷电容器介质材料，其是通过上述X9R型多层陶瓷电容器介质材料的制备方法制备得到。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述X9R型多层陶瓷电容器介质材料为“芯-壳”结构，其中，以0.9BT-0.1BNT为“芯”、以钴元素和钕元素形成的表面包覆层为“壳”。由于纯BT陶瓷的介电常数在居里点常发生突变，在实际电路中的温度稳定性不够，而X9R型多层陶瓷电容器介质材料要求在-55～200℃范围内，容温变化率≤±15％，对材料的温度稳定性较高，因此，本专利技术为了提高多层陶瓷电容器介质材料的温度稳定性，以0.9BT-0.1BNT为基体，通过钴元素和钕元素复合掺杂的方式，在0.9BT-0.1BNT的表面形成掺杂元素包覆层，以使所得多层陶瓷电容器介质材料达到X9R型多层陶瓷电容器介质材料的要求。一方面，本专利技术先合成具有钙钛矿结构的基体0.9BT-0.1BNT，再通过水基包覆引入掺杂元素，可以避免钛酸铋钠与掺杂元素发生反应；另一方面，钴元素可以与钕元素反应形成复合物或者取代钕元素的位置从而降低钕元素的扩散速率，以进一步避免掺杂元素发生扩散。本专利技术X9R型多层陶瓷电容器介质材料的制备步骤较为简单，具有容易实施、反应过程安全可控的优点。本专利技术X9R型多层陶瓷电容器介质材料为“芯-壳”结构，其中，以0.9BT-0.1BNT为“芯”、以钴元素和钕元素形成的表面包覆层为“壳”。由于本专利技术使用钴元素和钕元素复合掺杂的方式，钴元素可以与钕元素反应形成复合物或者取代钕元素的位置从而降低钕元素的扩散速率，阻碍掺杂元素向“芯”扩散，使更多的掺杂元素停留在“壳”部，进而降低“芯-壳”结构中“壳”的占比，而“壳”的占比降低可使介质材料的低温介电峰缓和，故本专利技术多层陶瓷电容器介质材料具有低温介电峰更加缓和、整体容温稳定性高的优点，符合X9R标准。附图说明图1为本专利技术实施例步骤(1)中使用的原料的SEM图，其中，(a)为碳酸钠，(b)为氧化铋，(c)为二氧化钛；图2为本专利技术实施例1-30中不同掺杂元素、不同烧结温度与所得多层陶瓷电容器介质材料的密度之间的关系图；图3为多层陶瓷电容器介质材料的介电温谱和TCC图；图4为实施例1和实施例5所得多层陶瓷电容器介质材料的TEM图；图5为实施例5所得多层陶瓷电容器介质材料的HAADF图(a)和EDS选区的成分分布(b)；图6为实施例1步骤(4)中550℃下预烧脱除有机物后，所得粉体的形貌图；图7为实施例1与实施例31-33中加入不同的辅助分散剂，对溶液体系的粒度分布的影响结果图；图8为商用阴离子分散剂LomarPWA-40K的傅氏转换红外线光谱(FTIR)；图9为不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种X9R型多层陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n提供0.9BT-0.1BNT；/n在水体系中，将所述0.9BT-0.1BNT与含钴离子和钕离子的溶液进行共沉淀反应，得到表面包覆有钴元素和钕元素的0.9BT-0.1BNT；/n所述表面包覆有钴元素和钕元素的0.9BT-0.1BNT经烧结处理，得到X9R型多层陶瓷电容器介质材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种X9R型多层陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供0.9BT-0.1BNT；
在水体系中，将所述0.9BT-0.1BNT与含钴离子和钕离子的溶液进行共沉淀反应，得到表面包覆有钴元素和钕元素的0.9BT-0.1BNT；
所述表面包覆有钴元素和钕元素的0.9BT-0.1BNT经烧结处理，得到X9R型多层陶瓷电容器介质材料。


2.根据权利要求1所述的X9R型多层陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，以所述0.9BT-0.1BNT的摩尔浓度为基准，所述含钴离子和钕离子的溶液中，所述钴离子和所述钕离子的摩尔浓度之和为4％；和/或；
以所述0.9BT-0.1BNT的摩尔浓度为基准，所述含钴离子和钕离子的溶液中，所述钴离子和所述钕离子的摩尔浓度之和为4％，且所述钴离子与所述钕离子的摩尔浓度比为(0.5:1)-(2:1)。


3.根据权利要求1所述的X9R型多层陶瓷电容器介质材料的制备方法，其特征在于，所述水体系中还添加有辅助分散剂；和/或
所述水体系中还添加有辅助分散剂，所述辅助分散剂为酸性分散剂；和/或
所述水体系中还添加有辅助分散剂，所述辅助分散剂选自甘氨酸、聚丙烯酸、阴离子分散剂I-7、阴离子分散剂LomarPWA-40K中的至少一种；和/或
所述水体系中还添加有辅助分散剂，所述辅助分散剂的质量占所述0.9BT-0.1BNT的质量的3％。


4.根据权利要求1所述的X9R型多层陶瓷电容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张蕾，庄后荣，曾俊，于洪宇，王宏兆，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44