X9R型陶瓷电容器介质材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种X9R型陶瓷电容器介质材料及其制备方法。该材料的主成分为钛酸钡-钛酸铋钠复合物或钛酸钡-钛酸铋钾复合物，其摩尔含量为95％～98％；由Nb2O5以及CaZrO3和SrZrO3中的至少一种组成的二次添加剂，其摩尔含量为2～5％。利用本发明专利技术的工艺，可以获得性能优良的介电陶瓷材料，满足EIA?X9R标准，且工艺简单，可以在中温下烧结。该材料的室温介电常数为1500～1700，室温损耗为2％左右，室温电阻率≥1013Ω·cm，击穿电压≥5kV/mm，具有良好的产业化前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用于电子元器件的陶瓷材料
，涉及一种X9R型陶瓷电容器介质材料及其制备方法。
技术介绍
多层陶瓷电容器(Multilayer Ceramic Capacitors)简称MLCC，是将陶瓷坯体与内电极交替叠层，共烧成为一个整体。MLCC作为一种片式化元件，具有体积小、绝缘电阻高、 寄生电感低，高频特性好等诸多优点，适用于表面贴装技术，可大大提高电路组装密度，缩小整机体积，这一突出的特性使MLCC成为世界上用量最大、发展最快的一种电子元器件。根据国际电子工业协会EIA (Electronic Industries Association)标准，X9R 型 MLCC是指以25°C的电容值为基准，在温度从_55°C到+200°C的范围内，电容变化率(AC/ C25) ( 士 15%。在军工、航天航空以及勘探等领域里，对于能承受高温的电子元器件有很大需求。例如，大功率相控阵雷达、装甲车辆、弹载/箭载电路中，均要求器件的工作温度延伸到150°C以上。用来探寻油气储量的电子设备，可能需要遭受近200°C的温度。X7R、X8R型 MLCC显然不能胜任，因为两者的使用温度上限分别为125°C和150°C。因此，研发具有高温稳定性的X9R型MLCC介质陶瓷材料，具有重要的实际应用价值。大容量温度稳定型MLCC介质材料的化学组成主要是由钛酸钡组成。钛酸钡 (BaTiO3)是一种铁电材料，具有典型的钙钛矿(ABO3)结构，室温下的介电常数很高，能达到 2000 4000，因此特别适合用作介电材料。然而纯钛酸钡在高于居里温度(大约在125°C ) 的情况下，介电常数急剧下降，严重影响了 MLCC的电容稳定性，从而限制了它们在高温条件下的使用。为了满足X9R特性，必须对BaTiO3基料进行掺杂改性，使其居里点向高温方向移动，同时控制陶瓷材料的组成及烧结工艺，以获得X9R型高性能MLCC用介质材料，这便是本专利技术所要解决的问题。现已公开的涉及X9R的专利数量还是相当有限。其中天津大学申请的X9R专利 (授权公告号CN100494118C)室温介电常数在1300 1400，但由于采用了 PbO作为原料， 对于环境有害；武汉理工大学申请的两份X9R专利(授权公告号CN100591642C、公开号 101560094A)采用BaTiO3-BiScO3为主成分，Sc2O3由于价格昂贵因而不利于降低生产成本。 此外，由于这两份专利中对于X9R温度范围定义是从-55 175°C，因此其所涉及的材料体系不能满足在200°C下电容变化率< 士 15%的标准。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种X9R型陶瓷电容器介质材料及其制备方法。本专利技术提供的(I-X)BaTiO3-XBia5Aa5TiO3所示复合物，所述(l_x) BaTiO3-XBitl.5A。5Ti03 中，χ 为 0. 04-0. 12，A 为 Na 或 K。所述(1-χ)BaTiO3-XBia 5AQ 5Ti03 中，χ 优选为 0. 08 0. 10。本专利技术提供的X9R型陶瓷电容器介质材料，包括(I-X)BaTiO3-XBia5Aa5TiO3所示复合物和二次掺杂剂；所述材料主成分为(I-X)BaTiO3-XBi0. A5TiO3中，χ为0. 04-0. 12， 优选0. 08 0. 10 ；所述二次掺杂剂由Nb2O5和下述化合物中的至少一种组成=CdrO3和 SrZrO3 ；所述二次掺杂剂的摩尔用量之和与所述(I-X)BaTiO3-XBia5Aa5TiO3所示复合物的摩尔比为2-5 95-98。当(I-X)BaTiO3-XBiaAl 5TiO3 中 A 为 Na 时，所述(l_x)BaTiO3-XBici 5Aci 5TiO3 为(I-X)BaTiO3-XBia5Naa5TiO3所示钛酸钡_钛酸铋钠复合物，此时，所述(1_χ) BaTi03-xBi。.5N￡i。.5Ti03 中，χ 具体可为 0. 04-0· 08、0· 04-0. 10、0· 06-0· 10、0· 06-0· 08、 0. 04-0. 06,0. 06-0. 12,0. 08-0. 10,0. 10-0. 12 或 0. 08-0. 12 ；所述二次掺杂剂的摩尔用量之和与所述(1-x) BaTiO3-XBi0.5Na0.5Ti03所示钛酸钡_钛酸铋钠复合物的摩尔比具体可为 3-5 95-97,3-4. 5 95. 5-97,3-4 96-97,4-5 95-96、4-4. 5 95.5-96、 3. 5-5 95-96. 5,3. 5-4. 5 95. 5-96. 5,3. 5-4 96-96. 5 或 4. 5-5 95-95. 5 ；当(I-X)BaTiO3-XBi05Aci 5TiO3 中 A 为 K 时，所述(l-x)BaTi03-xBiQ.5AQ.5TiO3 为(I-X)BaTiO3-XBia5Ka5TiO3所示钛酸钡-钛酸铋钾复合物，此时，所述(l_x) BaTiO3-XBia5Ka5TiO3中，χ具体可为0. 10-0. 12 ；所述二次掺杂剂的摩尔用量之和与所述 (I-X)BaTiO3-XBia5Ka5TiO3所示钛酸钡-钛酸铋钾复合物的摩尔比具体可为4 96。本专利技术提供的制备上述X9R型陶瓷电容器介质材料的方法，包括如下步骤将所述(1-x) BaTiO3-XBi0.5A0.5Ti03所示复合物和所述二次掺杂剂球磨混合，烘干，过筛，压片后， 先以2 4°C /分的升温速率升至450 550°C保温0. 5 2小时后，再以5 10°C /分的升温速率升至1130 1210°C保温2 5小时后，自然冷却至室温，得到权利要求6或7所述 X9R型陶瓷电容器介质材料；其中，所述二次掺杂剂由Nb2O5及下述两化合物中的至少一种组成01&03和SrfrO3 ；所述二次掺杂剂的摩尔用量之和与所述(I-X)BaTiO3-XBia5Aa5TiO3 所示复合物的摩尔比为2-5 95-98。所述球磨步骤中，球磨介质为去离子水，时间为8-16小时，优选16小时；所述烘干步骤中，温度为100 120°C，优选105°C，时间为6 12小时，优选8小时；所述过筛步骤中，筛孔的目数为60 120目，优选120目；压片步骤是按照常规方法进行，在压片之前将陶瓷材料粉末与有机粘接剂混合以便于压片，所用有机粘结剂为各种常用的粘接剂，如可为质量百分浓度为5%的聚乙醇(PVA)水溶液或聚乙烯醇缩乙醛(PVB)水溶液，且该有机粘接剂的用量均与现有方法相同。所述CdrO3是按照包括如下步骤的方法制备而得将CaCO3和^O2用去离子水球磨对小时，于105°C烘干8小时后过120目的筛后，于1100 1200°C下预烧3小时，得到所述Ca^O3 ；所述SrfrO3是按照包括如下步骤的方法制备而得将SrCO3和^O2用去离子水球磨对小时，于105°C烘干8小时后过120目的筛后，于1100 1200°C下预烧3小时，得到所述SrfrO3。另外，上述本专利技术提供的X9R型陶瓷电容器介质材料中，作为材料主成分的(1-x) BaTiO3-XBia 5Aa5Ti03所示复合物，也属于本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．（１－ｘ）ＢａＴｉＯ３－ｘＢｉ０．５Ａ０．５ＴｉＯ３所示复合物，所述（１－ｘ）ＢａＴｉＯ３－ｘＢｉ０．５Ａ０．５ＴｉＯ３中，ｘ为０．０４－０．１２，Ａ为Ｎａ或Ｋ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓慧，姚国峰，钟财富，李龙土，桂治轮，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11