[发明专利]温度稳定型高介多层陶瓷电容器材料的组成和制备方法

说明书

本发明属于电容器材料技术领域，特别涉及一种高性能温度稳定(X7R)型多层陶瓷电容器材料的组成和制备方法的研究。

多层陶瓷电容器(Multilayer Ceramic Capacitors)简称MLCC。它是将电极材料与陶瓷坯体以多层交替并联叠合起来，并同时烧成一个整体。根据国际电子工业协会EIA(Electronic Industries Association)标准。X7R型MLCC是指在温度区间-55～125℃之间，容温变化率＜±15％，介电损耗(DF)≤2.5％。X7R型MLCC按组成分两大类：一类由含铅的铁电体组成，另一类以钛酸钡(BaTiO₃)为基非铅系的铁电体组成。而后者由于对环境无污染，并且机械强度及可靠性优于前者，因此非铅系BaTiO₃基X7R型MLCC具有广阔的应用前景。

非铅系X7R型MLCC组成主要是以BaTiO₃为基料，适当添加铌(Nb)、钽(Ta)、过渡元素钴(Co)、镁(Mg)、锰(Mn)等及其它元素为改性剂(二次添加剂)，一般烧结温度高，均在1300℃以上。有些加入氧化硅(SiO₂)、氧化铋(Bi₂O₃)等为烧结助剂来降低烧结温度。

传统的制备X7R型MLCC的工艺一般是通过固相合成法。工艺步骤包括称料-混料-高温合成-粉碎-二次添加-筛分-成型-烧结等。该工艺存在组分分布不均匀，合成温度高，易受杂质污染，再现性差等缺点。而且烧结温度高，能耗高，不利于工艺控制。

较为成熟的非铅系X7R型MLCC产品主要有如下几种：

其一，美国专利，U.S.Pat.No,5086021,Kyoichi Sasaki等人发明以SiO₂为助烧剂，在1240～1320℃烧结可以得到室温介电常数(K)值在3000～4000之间的X7R型MLCC材料。

其二，日本专利(参考日本公开特许公报，特开平8-180733)发明者新宫雄二，以BaTiO₃为基料，氧化铌(Nb₂O₅)、氧化锌(ZnO)、氧化钇(Y₂O₃)为添加剂，SiO₂为烧结助剂，在1170～1210℃烧结可以得到K在3000～4000之间的X7R型MLCC材料。

其三，美国专利，U.S Pat.No 5571767,(Wilson)威尔森发明的以BaTiO₃为主料，加入氧化钕(Nd₂O₃)，以氧化铋(Bi₂O₃)、氧化钛(TiO₂)及玻璃相氧化铅(PbO)、Bi₂O₃、SiO₂、TiO₂、氧化铝(Al₂O₃)为烧结助剂，在1100℃以下，烧结制备出X7R型MLCC材料介电常数最大为3200。

其四，最近美国材料研究分析实验室报导了最新研究成果。低烧BaTiO₃基X7R型MLCC，介电常数达4400。但烧结工艺复杂，需要严格控制三次烧成，烧结温度～1110℃。

本发明的目的是为解决或改善传统工艺中存在的问题，提出一种温度稳定型多层陶瓷电容器材料的组成，该材料配方简单，配方可调，可利用材料自身的优势降低烧结温度而不需再加助烧剂，材料烧成范围宽，烧成温度低，容温度化率小，介电损耗小；且提出的制备工艺方法简便，烧结工艺易控，制成的材料纯度的均匀性好，性能重复性好，有利于提高电容器的可靠性。

本发明提出的温度稳定型高介多层陶瓷电容器材料，其特征在于，由钛酸钡主料和用于改善温度性能的二次添加剂组成，所说的二次添加剂包括氧化铌、氧化钴以及至少一种稀土氧化物，所说的各材料的配方为(以摩尔计)：

[100-(a+b+c)]BaTiO₃+aNb₂O₅+bCo₃Ox+cRe₂O₃；