一种陶瓷电容器瓷料及其制造方法

1.一种陶瓷电容器瓷料，其特征是所述瓷料由下述wt％的原料制成：BaTiO373～82，CaTiO34～12，BaZrO37～15，BaSnO33～8，添加物0.2～5，Bi2O3·3TiO20.3～1.2，ZnO
0.1～0.2，CuO 0.1～0.3，MnCO30.1～0.2；
所述添加物由SiO2、Al2O3、Bi2O3、Nd2O3按1:1:1:1重量比配制而成。
2.一种权利要求1所述的陶瓷电容器瓷料的制造方法，其特征是：
步骤1：配制烧块料；采用纯度≥99.5％的高纯级BaCO3，工业级或电子级TiO2、ZrO2、SnO2、Bi2O3、CaCO3原材料，按各化合物等摩尔计算原料配比，采用固相合成方法合成BaTiO3、CaTiO3、BaSnO3、BaZrO3、Bi2O3·3TiO2烧块料备用；
步骤2：组合添加物，将SiO2、Al2O3、Bi2O3、Nd2O3按所述重量比依次加入搅拌磨中混合细磨2-3小时，排水干燥，粉碎过筛后备用；
步骤3：按所述wt％配比原料，然后将配好的烧块料、添加物及其它原料依次加入搅拌球磨机中混合球磨3-4小时，砂磨细化4-5小时后干燥，粉碎过筛得到瓷料；
步骤4：对瓷料进行电性能检测。
3.根据权利要求2所述的陶瓷电容器瓷料的制造方法，其特征是：所述混合球磨、砂磨细化的料：球：水＝1：2：0.8～1.0。

一种陶瓷电容器瓷料及其制造方法\n技术领域\n[0001] 本发明属电子材料技术领域，具体涉及一种陶瓷电容器瓷料及其制造方法。\n背景技术\n[0002] 生产科研发现陶瓷介质材料的介电常数（εr）愈高，其电容量—温度的稳定值（△C/C）就愈差。2E4陶瓷介质材料是一种εr值较高（一般为8000左右），电容量—温度稳定性好的陶瓷电容介质材料。但在实际应用中也常常由于该材料的介电常数（εr）偏低，导致以其制造的电容器体积大容量小，难以满足使用要求。\n发明内容\n[0003] 本发明解决的技术问题：提供一种陶瓷电容器瓷料及其制造方法，是一种εr值为10000左右，温度特性符合2E4要求的陶瓷材料，扩大了2E4材料的应用范围，降低了陶瓷电容器的生产成本。\n[0004] 本发明的设计思路：在BTiO3材料系统中不难获得具有较高εr值的陶瓷介质材料，但同时又要获得较低的电容量与温度的变化率（△C/C值）却不是易事。本发明提供一种新的材料系统，选择有效的添加物和制造方法，在获得较高εr值（εr≥9000）的同时其△C/C值还能达到2E4组的标准要求。\n[0005] 1、高εr值陶瓷介质材料系统的选择。依据BaTiO3系统常规组方原则，本发明选择BaTiO3-BaSnO3-BaZrO3-CaTiO3系。\n[0006] 其介电性能为：\n[0007] \n[0008] 由上表可见，介电常数εr值较高，但△C/C值正温端超标，需要调整配方和掺杂改善△C/C值。\n[0009] 2、调整材料系统原料配比以改善△C/C值。\n[0010] 2.1、BaZrO3的加入量对△C/C值影响。BaZrO3是该系统中调节居里温度获取高εr值的最主要的物质。同时又能均衡△C/C高低温度端数值的差异。试验中发现，随着BaZrO3加入量的增加，居里温度移向低温。同时△C/C低温端的数值也变小，若含量减少，其效果相反。所以系统中BaZrO3的含量是非常重要的。\n[0011] 2.2、CaTiO3的加入量对△C/C值的影响。据文献介绍BaTiO3系统中加入CaTiO3有显著的压峰和平滑温度特性曲线的作用。申请人在实验中也同样证实了这一点。详见下表：\n[0012] \n[0013] 3、添加剂对△C/C的影响。\n[0014] 3.1、试验中发现适量添加Bi2O3.nTiO2能改善△C/C值。若加量过多将使εr值大幅度下降，加量过少起不到改善△C/C值的作用。一般加入量在0.5～1.5%为宜。\n[0015] 3.2、组合添加物SiO2、Al2O3、Bi2O3、Nd2O3用于配制瓷料，能明显改善εr20℃值和△C/C值。\n[0016] 3.3、复合添加ZnO、CuO和MnCO3对瓷料性能的影响。复合添加ZnO、CuO和MnCO3除验证了文献所述，提高抗电强度和改善εr外，还能改善△C/C值，特别是-25℃温度端△C/C值明显下降，同时改善了烧结工艺，抗还原性增强，瓷件外观一致性变好。\n[0017] 4、原材料对性能的影响。下表是在配方和工艺相同条件下，选用两种不同的BaCO3原料所获得的瓷料性能。\n[0018] \n[0019] 由上表可见高纯BaCO3能明显提高εr值和改善△C/C值。\n[0020] 5、制造工艺对性能的影响。\n[0021] 5.1、试验中发现，经细磨加工的瓷料，可明显改善△C/C值\n[0022] 5.2、瓷料中添加的低熔点添加剂采取予先合成烧块，再加入更能取得良好的掺入效果。\n[0023] 本发明的技术解决方案：本发明所述瓷料由下述wt%的原料制成：BaTiO373～\n82，CaTiO34～12，BaZrO37～15，BaSnO33～8，添加物0.2～5，Bi2O3·3TiO20.3～1.2，ZnO0.1～0.2，CuO0.1～0.3，MnCO30.1～0.2；\n[0024] 所述添加物由SiO2、Al2O3、BiO3、Nd2O3按1:1:1:1重量比配制而成。\n[0025] 本发明所述瓷料的制备方法：\n[0026] 步骤1：配制烧块料；采用纯度≥99.5%的高纯级BaCO3，工业级或由子级TiO2、ZrO2、SnO2、Bi2O3、CaCO3原材料，按各化合物等摩尔计算原料配比，采用固相合成方法合成BaTiO3、CaTiO3、BaSnO3、BaZrO3、Bi2O3·3TiO2烧块料备用；\n[0027] 步骤2：组合添加物，将SiO2、Al2O3、Bi2O3、Nd2O3按所述重量比依次加入搅拌磨中混合细磨2-3小时，排水干燥，粉碎过筛后备用；\n[0028] 步骤3：按所述wt%配比原料，然后将配好的烧块料、添加物及其它原料依次加入搅拌球磨机中混合球磨3-4小时，砂磨细化4-5小时后干燥，粉碎过筛得到瓷料；\n[0029] 步骤4：对瓷料进行电性能检测。\n[0030] 所述混合球磨、砂磨细化的料：球：水=1：2：0.8～1.0。\n[0031] 本发明与现有技术相比具有的优点和效果：\n[0032] 1、本发明使2E4陶瓷电容器介质材料的εr值由现有的8000左右提高到10000左右，并保持了温度特性符合2E4的要求，扩大了2E4材料的应用范围，降低了陶瓷电容器的生产成本。\n[0033] 2、采用本发明制做的陶瓷电容器，同容量体积小，反之，同体积容量大，扩大了产品的应用范围，降低了生产成本。\n[0034] 3、本发明主要性能见下表：\n[0035] \n具体实施方式\n[0036] 实施例1：\n[0037] 第一步：各种烧块合成。采用纯度≥99.5%的高纯级BaCO3，工业级或电子级TiO2、ZrO2、SnO2、Bi2O3、CaCO3原材料，按各化合物等摩尔计算原料配比，采用固相合成方法合成BaTiO3、CaTiO3、BaSnO3、BaZrO3、Bi2O3·3TiO2烧块料。合成工艺属电子陶瓷常规工艺，其中BaTiO3合成温度为1240℃/2h、CaTiO3合成温度为1385℃/2h、BaSnO3和BaZrO3合成温度为1320℃/2h、Bi2O3·3TiO2合成温度为850℃/2h。将各种烧块料分别经粉碎过120目筛后进行烧块电性能检测，合格后装袋备用。\n[0038] 检测方法：将制备好的烧块料按所述瓷料配方配制成瓷料试样后干压成型，于电阻推板炉中在1280℃-1320℃/1.5-2h条件下烧结成致密陶瓷片，并在两面被上银电极，常规检测εr、tgδ、△C/C以及抗电强度。检测结果符合下表要求即视为合格。\n[0039] \n[0040] 第二步：瓷料的制造\n[0041] 瓷 料 配 方（wt%）：BaTi3:78，CaTiO3:6，BaZrO3:8，BaSnO3:5，添 加 物：1.5，Bi2O3·3TiO2：0.8；ZnO：0.2，MnCO3：0.2，CuO：0.3；\n[0042] 所述添加物配方（wt%）：SiO2：25,Al2O3：25，BiO3:25，Nd2O3:25。将SiO2、Al2O3、Bi2O3、Nd2O3按所述重量比依次加入搅拌磨中混合细磨2-3小时，排水干燥，粉碎过120目筛后备用；\n[0043] 瓷料制造工艺：首先按上述重量比配比原料，然后将配好的烧块料、添加物及其他原料，依次加入搅拌球磨机中按料：球：水=1：2：0.8～1.0的比例混合球磨4小时，砂磨细化5小时后干燥、粉碎、过120目筛得到瓷料，最后对瓷料进行电性能检测。\n[0044] 检测方法：将瓷料干压成型，并在1280℃/1.5h～1320℃/1.5h烧结成瓷，经检测电性能如下：\n[0045] 介电常数εr25℃=10205～10265；\n[0046] 介质损耗正切值tgδ1=（114～119）×10-4，tgδ2=（130～141）×10-4；\n[0047] 居里温度Tc=30℃～35℃，εrTc=10267～10287；\n[0048] 温度系数： 耐电强度：\n[0049] 实施例2：工艺步骤与实施例1基本相同，不同之处在于瓷料配方不同（wt%）：\nBaTi3:73，CaTiO3:8，BaZrO3:10，BaSnO3:6，添加物：2.0，Bi2O3·3TiO2：0.5；ZnO：0.2，MnCO3：\n0.1，CuO：0.2.\n[0050] 将制备好的瓷料干压成型，并在1280℃/1.5h～1320℃/1.5h烧结成瓷，经检测电性能如下：\n[0051] 介电常数εr25℃=10205～10265；\n-4 -4\n[0052] 介质损耗正切值tgδ1=（114～119）×10 ，tgδ2=（130～141）×10 ；\n[0053] 居里温度Tc=30℃～35℃，εrTc=10267～10287；\n[0054] 温度系数： 耐电强度：\n[0055] 本发明生产的瓷料电性能均能达到设计指标，瓷料的介电常数大，耐电强度高，外观一致性好，单、叠装烧结性能一致，抗还原性好。