[发明专利]一种电容器陶瓷介质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电容器介质材料技术领域，具体涉及一种高介电常数高温度稳定无铅电容器陶瓷介质材料及其制备方法。

背景技术

电容器是一类重要的无源电子元器件，是电子、通信及信息产业中不可或缺的元器件，可以起到储存电荷、隔断直流、交流滤波、提供调谐及震荡等。Ⅰ类陶瓷电容器具有稳定性高、介电常数低且工作范围较窄等特性。随着电子产业的飞速发展，电容器应用领域也越来越广，对Ⅰ类介质材料的研究在高稳定性的基础上又提出了新的要求，即希望其在较宽温度下保持高的稳定性同时拥有尽可能大的电容的介电性能，以便在恶劣工作环境下发挥其性能。Ⅰ类电容器由于其高的稳定性故可用于电子调谐器、通讯线路中发送端、接收端的振荡回路等现代化高精度无线电电子仪器中，同时在航空电子学、自动电子学、环境检测学等高精端领域中也被广泛使用。在此类领域的应用中要求电子系统可以在极端苛刻的条件下正常工作，这就必然要求电容器在工作时保持极高的稳定性，从而电容器在高温和低温段的介电温度特性已成为精密电子设备能否正常工作的关键因素之一。而同时，电子器件的小型化也要求电容器介质拥有更高的介电常数，因而研究更宽温度范围内的高介电常数和超高温度稳定型介电材料已经成为当前的迫切需要。

BaTiO₃-BiMeO₃体系具有很强的弛豫弥散及介温特性，拥有较大的介电常数，且高温段的温度稳定性很好，有望满足高温端高介电常数和高温度稳定性的要求，而低温端则可通过铋基钙钛矿得到改善。xBi(Zn_2/3Nb_1/3)O₃-(1-x)BaTiO₃体系介温谱在50～200℃具有明显的平台，具有稳定的电容温度系数，在50℃及以上温度范围具有较低的介电损耗。虽然其低温段电容温度系数变化较大，同时介电损耗较大，但通过掺杂改性可以改善其低温段的介电温度稳定性，有望用于高介电常数和高温度稳定性的电容器介质材料。

专利CN102701738A公布了一种高稳定性介质陶瓷的制备方法，但其介质陶瓷的介电常数只有70左右。而专利CN102354599A则公布了一种温度补偿型片式多层陶瓷电容器的制备方法，该电容器的叠加电容量能够达到0.98～1.03nF，但是其在-55℃～125℃范围内容温变化率达到-1000～+350ppm/℃。同时保持高的介电常数以及超高的温度稳定性是Ⅰ类电容器电介质的技术难点。

发明内容

本发明目的在于提供一种低成本、高介电常数和高温度稳定性的电容器介电材料及其制备方法，改善体系的介电性能，使其在-35℃～200℃温度范围介电性能符合CK电容器温度稳定性要求。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种CK电容器陶瓷介质材料，其组成包含基质成分和掺杂成分，所述的基质成分为xBi(Zn_2/3Nb_1/3)O₃-(1-x)BaTiO₃，x＝0.18；所述的掺杂成分为Bi₂O₃和Nb₂O₅。

按上述方案，所述的Bi₂O₃占基质成分质量分数的10％～20％，所述的Nb₂O₅占基质成分质量分数的2％～3％。

上述CK电容器陶瓷介质材料的制备方法，包括如下步骤：

1)称取BaCO₃、ZnO、Bi₂O₃、TiO₂和Nb₂O₅作为基质原料，球磨、烘干，然后升温至800～900℃预烧2～3小时，得到粉体；

2)将步骤1)所得粉体球磨、烘干后加入掺杂成分Bi₂O₃和Nb₂O₅然后升温至800～900℃预烧2～3小时，得到掺杂粉体；

3)将步骤2)所得掺杂粉体球磨、烘干得到陶瓷粉末，将粘结剂加入陶瓷粉末中混合均匀，过100～200目筛，压片得陶瓷生坯片；

4)将陶瓷生坯片升温至600～650℃保温2～3小时；然后升温至950℃～1050℃下烧结，保温2～3小时，得到CK电容器陶瓷介质材料。

按上述方案，步骤1)、2)、3)所述球磨过程采用氧化锆球和无水乙醇为介质，球磨时间12-24h。