[发明专利]铌酸钠钾-钛锌酸铋-铝酸铋三元系无铅高温电容介质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多元系铌酸盐基高温陶瓷介质材料组合物，特别是一种铌酸钠钾-钛锌酸铋-铝酸铋三元系无铅高温电容瓷料及其制备方法。

背景技术

随着手机、计算机、汽车电子与音响设备等领域的快速发展与更新换代，多层陶瓷电容器(简称MLCC)的地位与日俱增，在电容器市场已占主导。同时，随着市场需求的不断扩大，陶瓷电容器技术的革新也在不断进行。薄层化高容量、贱金属化、耐高温、绿色环保等是当前多层陶瓷电容器的主要发展趋势。

目前的多层陶瓷电容器产品中，由于X7R型MLCC具有高介电常数与良好的温度稳定性（-55℃～125℃，?C/C_25℃≤ ±15%），因而应用最为广泛。而发动机电子控制单元、燃料喷射程序控制模块、防抱死制动系统等由于工作条件特殊，要求其电容的工作温度上限提高到150℃。X7R型MLCC显然不能满足要求，为了适应汽车用电子产品的开发与应用，X8R型瓷料应运而生，其最高工作温度为150℃，在实际应用中已经得到了长足的发展。然而，一些工作条件比较苛刻的领域如发动机控制系统、航空探测、钻井等，其耐高温电子设备要求其陶瓷电容器的温度上限提高至200℃。因此，亟待研制具有良好温度稳定性的高温陶瓷电容介质材料。目前我国生产的MLCC主要分为两种，BaTiO₃基和Pb基。众所周知，BaTiO₃基MLCC的烧成温度通常在1300℃以上，必须用贵金属钯或铂作为内电极，以实现与BaTiO₃基陶瓷介质材料的共烧。如果降低烧结温度，一方面可以节约能耗，另一方面有望实现与钯，银或其合金的共烧，降低生产成本。故开发中低温烧结的陶瓷电容器介质材料具有重要的现实意义。另外，Pb基MLCC的介质材料中含有大量的铅，镉等有害物质，这些含有重金属的MLCC介质材料在生产制备中以及报废后对环境造成的污染日益严重，开发无铅、环境友好的陶瓷介质材料已成为全世界的趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在较宽的温度范围内具有良好温度稳定性，可在1100℃以下烧结的无铅多层陶瓷电容介质材料及其制备方法。该材料具有较高的介电常数，较低的损耗和良好的重复性。采用传统电子陶瓷制备工艺，适合批量化生产。

本发明所涉及铌酸钠钾-钛锌酸铋-铝酸铋三元系无铅高温电容介质材料的化学组成通式为：(1-y-z)K_1-xNa_xNbO₃-yBi(Zn_0.5Ti_0.5)O₃-zBiAlO₃，其中：0.5≤x≤0.53，0.005≤y≤0.12，0.005≤z≤0.08；x、y、z为摩尔量。为了补偿高温下A位元素的挥发，在配料时加入总物料质量0.5~3%的三氧化二铋。

上述铌酸钠钾-钛锌酸铋-铝酸铋三元系无铅高温电容介质材料的制备步骤为：

（1）将碳酸钠、碳酸钾、五氧化二铌、三氧化二铋、氧化锌、二氧化钛和三氧化二铝的原料球磨，保证各初始原料粉体的比表面积不低于15m²/g。

（2）将步骤（1）所得物料按(1-y-z)K_1-xNa_xNbO₃-yBi(Zn_0.5Ti_0.5)O₃-zBiAlO₃化学计量比配料，其中：0.5≤x≤0.53，0.005≤y≤0.12，0.005≤z≤0.08；x、y、z为摩尔量；并加入配料总质量0.5~3%的三氧化二铋。

（3）将步骤（2）所得物料放入球磨罐中进行湿式球磨混合4~24小时，球磨介质为氧化锆球和无水乙醇，所加的氧化锆球质量为配料质量的5~10倍，所加的无水乙醇质量为配料总质量的0.8~2倍；将球磨过的浆料烘干后压成圆柱，在800~900℃大气气氛中预烧2~8小时；将预烧后的圆柱研碎再次球磨4~12小时，所加的氧化锆球质量为所磨粉料质量的4~8倍，所加的无水乙醇质量为所磨粉料质量的0.8~1.5倍；接着在预烧粉末中添加粘结剂，造粒，过筛，再压制成型；最后在900~1100℃的大气气氛中烧结2~8小时，所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇水溶液，加入量占预烧粉末总重量的4%~10%。

上述碳酸钠、碳酸钾、五氧化二铌、三氧化二铋、氧化锌、二氧化钛、三氧化二铝均为分析纯。