一种多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电容器技术领域，尤其涉及一种多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法，制备方法包括如下步骤：制备BaTiO3悬浮液；向BaTiO3悬浮液中先加入Mg(Ac)2，再加入Mn(Ac)2，然后加入选自Y(Ac)3、Ho(Ac)3、Er(Ac)3、Yb(Ac)3、Gd(Ac)3、Dy(Ac)3中的一种或几种化合物，然后混合辊磨，得到混合悬浮液；将混合悬浮液调节pH值至9

【技术实现步骤摘要】
一种多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电容器
，尤其涉及一种多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]电容器与电感器、电阻器被称为电子电路中的三大无源元件。电容器的种类主要有多层陶瓷电容器、铝电解电容器、钽电解电容器、薄膜电容器等，其中多层陶瓷电容器所占的比重最大，约占整个电容器市场份额的80％左右。多层陶瓷电容器(MLCC
‑
Multilayer ceramic capacitor)也称为独石电容器，是目前世界上用途最广，用量最多的新型片式电子元器件，具有高比容、高可靠、频率特性好等特点，广泛应用在消费电子、通讯工业级、车载类等现代高科技领域。MLCC应用于不同场景，对产品的性能要求不同。随着MLCC在通讯工业级、车载类的使用方面迅速发展，对高性能、高可靠MLCC的需求更加强烈。
[0003]MLCC应用于通讯工业和汽车系统内，很多是在高温条件下使用(150℃左右)，例如在汽车控制领域里，发动机舱内安装的防抱死系统(ABS)、发动机电子控制单元(ECU)、曲柄角传感模块、空气/燃料比控制模块、燃料喷射程序控制(PGMFI)模块等，都要求MLCC在高温下的工作温度范围达到150℃附近。同时航空电子学、环境检测学、自动电子学等很多领域都要求电子系统在极其苛刻的环境下能够工作。电子系统应用在各种恶劣环境中。在这样苛刻的工作条件下，电子元件的可靠性决定了电子系统总体的可靠性，因此对MLCC可靠性的要求也越来越高。
[0004]许多专利材料提出了制备X8R型介质材料满足一定的介电标准，但存在介电常数偏低、可靠性不高等问题，无法满足工业级、车载级MLCC应用。比如，CN201710239911.3中通过添加剂表面包覆得到“核壳”，该专利中只表明介电性能满足X8R特性，未进行可靠性测试。CN202110915422.1中通过加入钽元素、钴、镁、镍、锆的氧化物形成的共融物，实现了满足X8R特性的高介电常数，但是得到产品圆片测试绝缘电阻偏低。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法，用以解决现有X8R型介质材料存在介电常数偏低、可靠性不高等问题，无法满足工业级、车载级MLCC应用的缺陷。为了提高X8R型介电材料的介电常数，同时满足车载级MLCC用可靠性要求，本专利技术通过主介电材料的改性，优化其他添加剂的加入方式，达到材料满足高介电性能的同时，满足高可靠性的要求。
[0006]本专利技术提供一种多层陶瓷电容器用介质材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1：制备BaTiO3悬浮液；
[0008]步骤S2：向所述BaTiO3悬浮液中先加入Mg(Ac)2，再加入Mn(Ac)2，然后加入选自Y(Ac)3、Ho(Ac)3、Er(Ac)3、Yb(Ac)3、Gd(Ac)3、Dy(Ac)3中的一种或几种化合物，然后混合辊磨，得到混合悬浮液；
[0009]步骤S3：向所述混合悬浮液中加入氨水，调节pH值至9
‑
11，得到前驱体；
[0010]步骤S4：将所述前驱体干燥后进行预烧结，得到改性钛酸钡粉体；
[0011]步骤S5：向水中加入所述改性钛酸钡粉体，再加入SiO2，Al2O3，BaCO3，选自CaZrO3、ZrO2、CaCO3中的一种或几种化合物，选自WO3、MoO3、V2O5中的一种或几种化合物，将这些混合物搅拌后，采用氧化锆球分散均匀，得到所述介质材料。
[0012]本专利技术一种多层陶瓷电容器用介质材料的制备方法先制备BaBaTiO3悬浮液，再向BaTiO3悬浮液中依次加入Mg(Ac)2，Mn(Ac)2，选自Y(Ac)3、Ho(Ac)3、Er(Ac)3、Yb(Ac)3、Gd(Ac)3、Dy(Ac)3中的一种或几种化合物制备混合悬浮液，这样的加料方式更加有利于得到高可靠性的介质材料。Mg
2+
与Y
3+
、Ho
3+
等稀土离子可以协同掺杂使BaTiO3中出现核壳结构，更加有利于产品的可靠性。首先，Mg
2+
不会向BaTiO3内部扩散，而是与BaTiO3在低温下反应，生成Ba(TiMg)O3的壳层，稀土离子后面与Ba(TiMg)O3壳层反应，阻止了稀土离子向BaTiO3内部扩散，从而保证了产品的四方性，有利于介电材料的TCC特性。另外，Mg
2+
作为晶粒抑制剂并掺杂适量稀土，可以得到细晶钛酸钡陶瓷，而细晶钛酸钡陶瓷具有较高的介电常数和平缓的介电温度曲线。Mn
2+
作为受主掺杂，同样有利于提高抗还原性，因此与Mg
2+
、稀土离子一起加入。以上三种元素先选择加入，对于保证材料具有高介电常数的前提下，提高材料的可靠性具有重要作用。将得到的混合悬浮液调节pH值至9
‑
11后，再干燥后进行预烧结，得到包覆有MgO、MnO2、稀土氧化物的改性钛酸钡粉体。最后将改性钛酸钡粉体与SiO2，Al2O3，BaCO3，选自CaZrO3、ZrO2、CaCO3中的一种或几种化合物，选自WO3、MoO3、V2O5中的一种或几种化合物，一起搅拌后采用氧化锆球分散均匀得到所述介质材料，本专利技术在介质材料中添加SiO2，能够降低及展宽材料的烧结温度，在介质材料中添加Al2O3能够改善烧结特性和绝缘电阻。本专利技术在介质材料中添加选自CaZrO3、ZrO2、CaCO3中的一种或几种化合物，能够提高介质材料的高温性能，使得介质材料可以在150℃以上的高温中工作。本专利技术在介质材料中添加选自WO3、MoO3、V2O5中的一种或几种化合物，能够提高介质材料的居里温度和使电容的温度系数平直化，提高绝缘电阻和平均寿命。
[0013]根据本专利技术的制备方法，步骤S2中，向所述BaTiO3悬浮液中先加入Mg(Ac)2搅拌0.5h以上，再加入Mn(Ac)2搅拌0.5h以上，然后加入选自Y(Ac)3、Ho(Ac)3、Er(Ac)3、Yb(Ac)3、Gd(Ac)3、Dy(Ac)3中的一种或几种化合物搅拌0.5h以上，然后混合辊磨；所述混合辊磨的时间为1h
‑
3h。
[0014]可选地，0.5h以上可以为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h等。混合辊磨的时间可以为1h、1.5h、2h、2.5h或3h等，优选地，混合辊磨的时间为2h。
[0015]上述方案中，向BaTiO3悬浮液中每加入一种醋酸盐之后需搅拌0.5h以上，以保证加入的醋酸盐能够充分地掺杂于BaTiO3中参与反应，如果Mg(Ac)2添加入BaTiO3悬浮液后搅拌的时间不够充分，那么可能无法形成有效的Ba(TiMg)O3的壳层，无法有效阻挡后续稀土金属粒子向BaTiO3内部扩散，进而不能有效保证产品的四方性，不利于介质材料的TCC特性。
[0016]根据本专利技术的制备方法，制备所述介质材料的各原料的摩尔份数如下：
[0017]BaTiO3：100摩尔份；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层陶瓷电容器用介质材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：制备BaTiO3悬浮液；步骤S2：向所述BaTiO3悬浮液中先加入Mg(Ac)2，再加入Mn(Ac)2，然后加入选自Y(Ac)3、Ho(Ac)3、Er(Ac)3、Yb(Ac)3、Gd(Ac)3、Dy(Ac)3中的一种或几种化合物，然后混合辊磨，得到混合悬浮液；步骤S3：向所述混合悬浮液中加入氨水，调节pH值至9
‑
11，得到前驱体；步骤S4：将所述前驱体干燥后进行预烧结，得到改性钛酸钡粉体；步骤S5：向水中加入所述改性钛酸钡粉体，再加入SiO2，Al2O3，BaCO3，选自CaZrO3、ZrO2、CaCO3中的一种或几种化合物，选自WO3、MoO3、V2O5中的一种或几种化合物，将这些混合物搅拌后，采用氧化锆球分散均匀，得到所述介质材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，向所述BaTiO3悬浮液中先加入Mg(Ac)2搅拌0.5h以上，再加入Mn(Ac)2搅拌0.5h以上，然后加入选自Y(Ac)3、Ho(Ac)3、Er(Ac)3、Yb(Ac)3、Gd(Ac)3、Dy(Ac)3中的一种或几种化合物搅拌0.5h以上，然后混合辊磨；所述混合辊磨的时间为1h
‑
3h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备所述介质材料的各原料的摩尔份数如下：BaTiO3：100摩尔份；Mn(Ac)2：0.01
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0.6摩尔份；Mg(Ac)2：0.1
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2.0摩尔份；SiO2：1.5
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5.5摩尔份；Al2O3：0.1
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1.5摩尔份；选自CaZrO3、ZrO2、CaCO3中的一种或几种化合物：0.7
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4.0摩尔份；BaCO3：1.0
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2.0摩尔份；选自Y(Ac)3、Ho(Ac)3、Er(Ac)3、Yb(Ac)3、Gd(Ac)3、Dy(Ac)3中的一种或几种化合物：0.1
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【专利技术属性】
技术研发人员：张莹，刘永富，孙致远，郑禹，陈世纯，张巧云，杨爱民，曹春晓，刘金祥，张新锋，
申请(专利权)人：山东国瓷功能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：