介电陶瓷组合物和使用该介电陶瓷组合物的陶瓷电容器制造技术

一种介电陶瓷组合物，包括主要成分，该主要成分包括由下式表示的氧化物：U

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】介电陶瓷组合物和使用该介电陶瓷组合物的陶瓷电容器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年9月10日提交的申请号为63/076,444的未决的美国临时申请的优先权，该申请通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及改进的介电陶瓷，其在高温下稳定，适用于低频充电应用，并且具有提高的介电常数。
[0004]背景
[0005]对电动车辆的接受度提高，给与电动车辆充电相关的基础设施带来了压力。对快速充电的需求日益增加，快速充电通常涉及在相对较低的频率(例如50
‑
125KHz)下运行的较高的功率电路。
[0006]充电站包括复杂的电路。电路功能的一个关键部件是基于电容。随着功率和朝向更低频率的趋势，传统电容器已被证明特别是充电站和一般充电环境的进一步改进发展的限制性部件。
[0007]电容器中使用的介电陶瓷主要有两类。一类介电陶瓷(在本领域中称为C0G)由于非常稳定的电容温度系数(TCC)而广泛用于高温应用中，TCC是电容随温度变化的量度。C0G电介质的电容随温度升高变化很小，因此发现它们适用于高温应用。不幸的是，C0G电介质的介电常数通常非常低，并且它们不适合用于低频应用。
[0008]电容器中常用的另一类介电陶瓷(在本领域中称为X7R)显示出更高的介电常数，但它们也具有高TCC，因此不适合用于高温或可变温度的应用。包括TCC介电陶瓷的电容器的电容随温度变化，因此需要额外的部件来缓解温度变化。正如所意识到的，任何可以控制温度的部件都需要能量来操作，并且这种装置的结合与最小化能量消耗的努力是相悖的。
[0009]由于缺乏基于合适介电陶瓷的电容器，本领域技术人员促进电动车辆充电基础设施技术的发展的能力因此受到限制。本专利技术提供了一种电介质(在本领域中称为U2J或U2K介电陶瓷)其在最高150℃的温度、在如50
‑
125KHz的低频下是稳定的，并且具有相对高的介电常数。

技术实现思路

[0010]本专利技术涉及一种改进的U2J或U2K介电陶瓷，其具有提高的温度稳定性、相对较高的介电常数，并且其可在相对较低的频率下工作。
[0011]介电陶瓷的一个特别的特征是适用于先进技术电动车辆充电站。
[0012]正如所意识到的，介电陶瓷组合物提供了这些和其他优点，介电陶瓷组合物包括主要组分，主要成分包括由下式表示的氧化物：
[0013]U
a
X
b
Y
c
Z
d
((Ca1‑
x
‑
y
Sr
x
M
y
)
m
(Zr1‑
u
‑
v
Ti
u
Hf
v
)O3)1‑
a
‑
b
‑
c
‑
d
[0014]其选自以下式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ、式Ⅳ、式
Ⅴ
、式
Ⅵ
和式
Ⅶ
，
[0015]式Ⅰ中：
[0016]M为至少一种选自Ba和Mg的碱土金属；
[0017]U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr和Al；
[0018]X包括至少一种烧结助剂，该烧结助剂包括化合物，该化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；
[0019]Y包括至少一种选自以下的第二过渡金属的碳酸盐或氧化物：W、Ta和Mo；
[0020]0<a<0.06；0.0001<b<0.15；0<c≤0.06；d＝0；0≤x≤1；0≤y≤1；0≤u<0.8；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02；
[0021]式Ⅱ中：
[0022]M为Ba；
[0023]U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn和Cr；
[0024]X包括至少一种烧结助剂，该烧结助剂包括化合物，该化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；
[0025]Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；
[0026]0<a<0.06；0.0001<b<0.15；c＝0；0<d<0.06；0≤x≤1；0≤y≤1；0.03<u≤1；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02；
[0027]式Ⅲ中：
[0028]M为Ba；
[0029]U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn和Cr；
[0030]X包括至少一种烧结助剂，该烧结助剂包括化合物，该化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；
[0031]Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；
[0032]0<a<0.06；0.0001<b<0.15；c＝0；0<d<0.02；0≤x≤1；0≤y≤1；0≤u≤1；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02；
[0033]式Ⅳ中：
[0034]M为Ba；
[0035]U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn和Cr；
[0036]X包括至少一种烧结助剂，该烧结助剂包括化合物，该化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；
[0037]Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；
[0038]0<a<0.06；0.0001<b<0.15；c＝0；0<d<0.06；0≤x≤1；0≤y≤1；0≤u≤1；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02；
[0039]式
Ⅴ
中：
[0040]M为至少一种选自Ba和Mg的碱土金属；
[0041]U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr和Al；
[0042]X包括至少一种烧结助剂，该烧结助剂包括化合物，该化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；
[0043]Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种介电陶瓷组合物，包括：主要成分，所述主要成分包括由下式表示的氧化物：U
a
X
b
Y
c
Z
d
((Ca1‑
x
‑
y
Sr
x
M
y
)
m
(Zr1‑
u
‑
v
Ti
u
Hf
v
)O3)1‑
a
‑
b
‑
c
‑
d
其选自以下式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ、式
Ⅵ
、式
Ⅴ
、式
Ⅵ
和式
Ⅶ
，式Ⅰ中：M为至少一种选自Ba和Mg的碱土金属；U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr和Al；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；Y包括至少一种选自以下的第二过渡金属的碳酸盐或氧化物：W、Ta和Mo；0<a<0.06；0.0001<b<0.15；0<c≤0.06；d＝0；0≤x≤1；0≤y≤1；0≤u<0.8；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02；式Ⅱ中：M为Ba；U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn和Cr；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；0<a<0.06；0.0001<b<0.15；c＝0；0<d<0.06；0≤x≤1；0≤y≤1；0.03<u≤1；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02；式Ⅲ中：M为Ba；
U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn和Cr；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；0<a<0.06；0.0001<b<0.15；c＝0；0<d<0.02；0≤x≤1；0≤y≤1；0≤u≤1；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02；式Ⅳ中：M为Ba；U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn和Cr；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；0<a<0.06；0.0001<b<0.15；c＝0；0<d<0.06；0≤x≤1；0≤y≤1；0≤u≤1；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02；式
Ⅴ
中：M为至少一种选自Ba和Mg的碱土金属；U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr和Al；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb
和Lu；0<a<0.06；0.0001<b<0.15；c＝0；0<d<0.06；0≤x≤1；0≤y≤1；0.1<u<0.55；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02；式
Ⅵ
中：M为至少一种选自Ba和Mg的碱土金属；U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr和Al；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；0<a<0.06；0.0001<b<0.15；c＝0；0.015<d<0.06；0≤x≤1；0≤y≤1；0.1<u<0.55；0≤v≤0.2；0.98≤m≤1.02；和式
Ⅶ
中：M为至少一种选自Ba和Mg的碱土金属；U包括选至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr和Al；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；Y包括至少一种选自以下的第二过渡金属的碳酸盐或氧化物：W、Ta和Mo；Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Y、Sc、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；0<a<0.06；0.0001<b<0.15；0<c≤0.06；
0<d<0.06；0≤x≤1；0≤y≤1；0.1<u<0.8；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02。2.根据权利要求1所述的介电陶瓷组合物，其在
‑
55℃至150℃的温度范围内的电容温度特性在
±
1000ppm/℃以内。3.一种介电陶瓷组合物，包括：U
a
X
b
Y
c
Z
d
((Ca1‑
x
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y
Sr
x
M
y
)
m
(Zr1‑
u
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v
Ti
u
Hf
v
)O3)1‑
a
‑
b
‑
c
‑
d
其中：M为至少一种选自Ba和Mg的碱土金属；U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr和Al；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；Y包括至少一种选自以下的第二过渡金属的碳酸盐或氧化物：W、Ta和Mo；0<a<0.06；0.0001<b<0.15；0<c≤0.06；d＝0；0≤x≤1；0≤y≤1；0≤u<0.8；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02。4.根据权利要求3所述的介电陶瓷组合物，其在
‑
55℃至150℃的温度范围内的电容温度特性在
±
1000ppm/℃以内。5.根据权利要求3所述的介电陶瓷组合物，其中U为Mn。6.根据权利要求3所述的介电陶瓷组合物，其中X为Si。7.根据权利要求3所述的介电陶瓷组合物，其中Y为W。8.一种介电陶瓷组合物，包括：U
a
X
b
Y
c
Z
d
((Ca1‑
x
‑
y
Sr
x
M
y
)
m
(Zr1‑
u
‑
v
Ti
u
Hf
v
)O3)1‑
a
‑
b
‑
c
‑
d
其中：M为Ba；U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn和Cr；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；
Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；0<a<0.06；0.0001<b<0.15；c＝0；0<d<0.06；0≤x≤1；0≤y≤1；0.03<u≤1；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02。9.根据权利要求8所述的介电陶瓷组合物，其在
‑
55℃至150℃的温度范围内的电容温度特性在
±
1000ppm/℃以内。10.根据权利要求8所述的介电陶瓷组合物，其中M为Ba。11.根据权利要求8所述的介电陶瓷组合物，其中U为Mn。12.根据权利要求8所述的介电陶瓷组合物，其中X为Si。13.根据权利要求8所述的介电陶瓷组合物，其中Z选自Ce、Eu、Gd、Tb和Dy。14.一种介电陶瓷组合物，包括：U
a
X
b
Y
c
Z
d
((Ca1‑
x
‑
y
Sr
x
M
y
)
m
(Zr1‑
u
‑
v
Ti
u
Hf
v
)O3)1‑
a
‑
b
‑
c
‑
d
其中：M为Ba；U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn和Cr；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；0<a<0.06；0.0001<b<0.15；c＝0；0<d<0.02；0≤x≤1；0≤y≤1；0≤u≤1；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02。15.根据权利要求14所述的介电陶瓷组合物，其在
‑
55℃至150℃的温度范围内的电容温度特性在
±
1000ppm/℃以内。16.根据权利要求14所述的介电陶瓷组合物，其中M为Ba。
17.根据权利要求14所述的介电陶瓷组合物，其中U为Mn。18.根据权利要求14所述的介电陶瓷组合物，其中X为Si。19.根据权利要求14所述的介电陶瓷组合物，其中Z选自Pr、Eu、Gd、Tb和Dy。20.一种介电陶瓷组合物，包括：U
a
X
b
Y
c
Z
d
((Ca1‑
x
‑
y
Sr
x
M
y
)
m
(Zr1‑
u
‑
v
Ti
u
Hf
v
)O3)1‑
a
‑
b
‑
c
‑
d
其中：M为Ba；U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn和Cr；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；0<a<0.06；0.0001<b<0.15；c＝0；0<d<0.06；0≤x≤1；0≤y≤1；0≤u≤1；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02。21.根据权利要求20所述的介电陶瓷组合物，其在
‑
55℃至150℃的温度范围内的电容温度特性在
±
1000ppm/℃以内。22.根据权利要求20所述的介电陶瓷组合物，其中M为Ba。23.根据权利要求20所述的介电陶瓷组合物，其中U为Mn。24.根据权利要求20所述的介电陶瓷组合物，其中X为Si。25.根据权利要求20所述的介电陶瓷组合物，其中Z选自Nd、Eu、Gd和Tb。26.一种介电陶瓷组合物，包括：U
a
X
b
Y
c
Z
d
((Ca1‑
x
‑
y
Sr
x
M
y
)
m
(Zr1‑
u
‑
v
Ti
u
Hf
v
)O3)1‑
a
‑
b
‑
c
‑
d
其中：M为至少一种选自Ba和Mg的碱土金属；U包括至少一种选自以下的第一过渡金属的碳酸盐或氧化物：Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr和Al；X包括至少一种烧结助剂，所述烧结助剂包括化合物，所述化合物含有至少一种选自以下的元素：Li、B和Si；Z包括至少一种选自以下的稀土元素：Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu；0<a<0.06；
0.0001<b<0.15；c＝0；0<d<0.06；0≤x≤1；0≤y≤1；0.1<u<0.55；0≤v≤0.2；并且0.98≤m≤1.02。27.根据权利要求26所述的介电陶瓷组合物，其在
‑
55℃至150℃的温度范围内的电容温度特性在
±
1000ppm/℃以内。28.根据权利要求26所述的介电陶瓷组合物，其中M为Ba。29.根据权利要求26所述的介电陶瓷组合物，其中U为Mn。30.根据权利要求26所述的介电陶瓷组合物，其中X为Si。31.根据权利要求26所述的介电陶瓷组合物，其中Z选自Eu、Gd、Tb和Dy。32.一种介电陶瓷组合物，包括：U
a
X
b
Y
c
Z
d
((Ca1‑
x
‑
y
Sr
x
M
y
)
m
(Zr1‑
u
‑
v
Ti
u
Hf
v
)O3)1‑
a
‑
b
‑
c
‑
d
其中：M为至少一种选自Ba和Mg的碱土金属；U包括至少一种选...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭汉铮，阿比吉特，
申请(专利权)人：基美电子公司，
类型：发明
国别省市：