一种钛酸锶钡基电容器瓷料及其制备方法.pdf

本发明公开了一种钛酸锶钡基电容器瓷料及其制备方法，所述的钛酸锶钡基电容器瓷料的组成为：(Ba1-x-ySrxYy)TiO3+Awt％Sb2O3+Bwt％改性剂。本发明进一步提出了所述的钛酸锶钡基电容器瓷料的制备方法，包括以下步骤：首先通过固相反应法制备(Ba1-x-ySrxYy)TiO3主晶相粉体，然后将第一步中的主晶相粉体与Sb2O3以及改性剂粉体共混，经湿法球磨、烘干、造粒、成型、排胶，最终烧结制备钛酸锶钡基电容器瓷料。本发明所制备的电容器瓷料，在室温下兼具了高介、低损、耐压的特点，且介电常数温度稳定性显著提高，满足滤波、耦合用陶瓷电容器对介质材料的使用要求，在汽车、电子电器、医疗等领域中具有广泛的应用前景。

权利要求书
1.  一种钛酸锶钡基电容器瓷料，其特征在于，所述瓷料的组成为：
(Ba1-x-ySrxYy)TiO3+Awt％Sb2O3+Bwt％改性剂，
其中0.01≤x≤0.1，0.004≤y≤0.01，1.4≤A≤2.0，0.3≤B≤0.9，A和B以瓷料的 整体质量为100％计算，其中，所述的改性剂由重量比为1∶1∶1的氧化镁MgO、 氧化锌ZnO和二氧化锰MnO2组成，制备主晶相(Ba1-x-ySrxYy)TiO3粉体的原 料为碳酸钡、碳酸锶、二氧化钛和氧化钇。

2.  权利要求1所述的钛酸锶钡基电容器瓷料的制备方法，其特征在于，包 括如下步骤：
(1)按照分子式(Ba1-x-ySrxYy)TiO3称量起始原料，制备主晶相 (Ba1-x-ySrxYy)TiO3粉体的原料为碳酸钡、碳酸锶、二氧化钛和氧化钇，其中 0.01≤x≤0.1，0.004≤y≤0.01，将原料湿法球磨3～6小时，烘干后于1050℃～1100℃ 煅烧2～3小时，固相反应合成主晶相粉体；
(2)在步骤(1)合成的主晶相粉体中加入Awt％Sb2O3与Bwt％改性剂， 其中1.4≤A≤2.0，0.3≤B≤0.9，A和B以瓷料的整体质量为100％计算，湿法球 磨5～7小时后烘干，过筛，然后加入聚乙烯醇水溶液造粒，在200～250Mpa 下模压成型得到片状坯体；
(3)将步骤(2)得到的片状坯体置于氧化锆陶瓷垫板上，经200℃排 胶20～25分钟后，于1280℃～1320℃烧结1～4小时得到瓷料。

3.  根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中的 湿法球磨按物料、玛瑙磨球以及去离子水质量比1∶1∶2装入尼龙球磨罐，在 行星式球磨机中以转速100～120r/min进行。

4.  根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中球 磨料烘干温度为110～130℃。

5.  根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，烘干后 过40～60目筛。

6.  根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中聚乙烯醇 水溶液浓度为5wt％。

7.  根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，煅烧的 升温速率为250℃/小时～300℃/小时。

8.  根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，烧结的升 温速率为250℃/小时～300℃/小时。

说明书一种钛酸锶钡基电容器瓷料及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷电介质技术领域，尤其涉及一种钛酸锶钡基电容器瓷料及其 制备方法。
背景技术
中国电子元器件行业协会(CENA)的相关数据显示，2008年国内电容器销售 总额已达67亿美元，其中陶瓷电容器为当年的主流产品，占电容器总销量的 60％，销售额达40亿美元。消费类电子产品如数码相机、手机、电脑以及汽车 电子产品强大的销量和需求维持着陶瓷电容器市场的不断发展。美国电子工业协 会(EIA)对于温度稳定型陶瓷电介质材料进行了如下分类：

钛酸钡晶体是一种典型的钙钛矿结构铁电体，钛酸锶钡作为钛酸钡与钛酸锶 的无限固溶体，兼顾了钛酸钡的高介电性与钛酸锶低损耗性的特点，逐渐成为陶 瓷电介质材料的研究热点之一。中国期刊《功能材料》2003年第34卷第5期在 “Ba1-xSrxTiO3纳米粉体的直接沉淀法合成、结构与介电特性”一文中公开了一 种通过直接沉淀法制备的Ba1-xSrxTiO3系列陶瓷电介质材料，其室温介电常数可 达6700，但是其电容温度变化率大。中国期刊《无机材料学报》2002年第17 卷第4期在“Ba0.65Sr0.35TiO3陶瓷材料的制备及介电特性研究”一文中公开了一 种采用微波烧结技术制备的陶瓷电介质，其介电常数可达3600以上，但是其介 电损耗却高达2.31％。中国专利，申请号97117286.2公布了一种高介高性能中温 烧结片式多层瓷介电容器瓷料，它采用固相法合成等价和异价离子同时取代 BaTiO3；其介电常数大于等于16000，耐压强度却仅为700V/mm。中国专利，申 请号201310115238.4公开了一种钛酸锶钡基介电温度稳定型陶瓷电容器材料， 其室温介电常数大于4300，介电常数稳定性满足X6R、X7R标准，但并未涉及 耐压强度。中国专利，申请号201210118772.6公布了一种低损耗高压陶瓷电容 器介质，其组分按重量百分比为BaTiO354～91％，MgTiO31～4％，BaZrO34～20％， SrZrO33～12％，CeO20.03～1.0％，ZnO 0.1～1.5％，CaTiSiO30.5～7.5％，其介电损耗 小于0.1％，直流耐电强度高于12KV/mm，电容温度变化率符合Y5P特性，但 需采用固相法分别合成BaTiO3，MgTiO3，BaZrO3，SrZrO3以及CaTiSiO3，工艺步 骤略显复杂，使生产成本增加。中国专利，申请号200510136007.7公布了 (Ba1-x-ySrxYy)TiO3基电介质陶瓷材料及其制备方法，其组成按质量百分比为 (Ba1-x-ySrxYy)TiO3：96％，x＝0.29～0.58，y＝0.003～0.016，MnO2：1～3％，MgO：1～3％， 该瓷料室温介电常数高、介电损耗低、耐压强度可达6.4KV/mm，但并未涉及 电容温度变化率。中国专利，申请号201010100772.4公布了一种陶瓷电介质材 料及其制备方法，其组成按摩尔百分比为BaCO312.5～34.5％，SrCO314.79～37.49％，TiO245.29～49.39％，CeO20.01～0.99％，Dy2O30.02～0.89％，MnO20.01～0.14％，该陶瓷电介质材料介电常数高于3000，介电损耗低于0.25％，耐压 强度高于5.6KV/mm，但同样未涉及电容温度变化率。
发明内容
发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高介电常数、 低介电损耗、高耐压强度钛酸锶钡基电容器瓷料。
本发明还要解决的一个技术问题在于提供上述钛酸锶钡基电容器瓷料的制 备方法。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明提供一种钛酸锶钡基电容器瓷料， 所述瓷料的组成为：
(Ba1-x-ySrxYy)TiO3+Awt％Sb2O3+Bwt％改性剂，
其中0.01≤x≤0.1，0.004≤y≤0.01，1.4≤A≤2.0，0.3≤B≤0.9；A和B以瓷料的 整体质量为100％计算，其中，所述的改性剂由重量比为1∶1∶1的氧化镁MgO、 氧化锌ZnO和二氧化锰MnO2组成，制备主晶相(Ba1-x-ySrxYy)TiO3粉体的原 料为碳酸钡、碳酸锶、二氧化钛和氧化钇。
本发明进一步提出了钛酸锶钡基电容器瓷料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照分子式(Ba1-x-ySrxYy)TiO3称量起始原料，制备主晶相 (Ba1-x-ySrxYy)TiO3粉体的原料为碳酸钡、碳酸锶、二氧化钛和氧化钇，其中 0.01≤x≤0.1，0.004≤y≤0.01，将原料湿法球磨3～6小时，烘干后于1050℃～1100℃ 煅烧2～3小时，固相反应合成主晶相粉体；
(2)在步骤(1)合成的主晶相粉体中加入Awt％Sb2O3与Bwt％改性剂， 其中1.4≤A≤2.0，0.3≤B≤0.9，A和B以瓷料的整体质量为100％计算，湿法球 磨5～7小时后烘干，过筛，然后加入聚乙烯醇水溶液造粒，在200～250Mpa 下模压成型得到片状坯体；
(3)将步骤(2)得到的片状坯体置于氧化锆陶瓷垫板上，经200℃排 胶20～25分钟后，于1280℃～1320℃烧结1～4小时得到瓷料。
优选地，步骤(1)和(2)中的湿法球磨按物料、玛瑙磨球以及去离子水质 量比1∶1∶2装入尼龙球磨罐，在行星式球磨机中以转速100～120r/min进行。
优选地，步骤(1)和(2)中球磨料烘干温度为110～130℃。
步骤(2)中，烘干后过40～60目筛。
步骤(2)中聚乙烯醇水溶液浓度为5wt％。
步骤(1)中，煅烧的升温速率为250℃/小时～300℃/小时。
步骤(3)中，烧结的升温速率为250℃/小时～300℃/小时。
有益效果：本发明通过Y2O3与Sb2O3双掺杂，所制备的钛酸锶钡基电容器 瓷料具有高介电常数、低介电损耗、高耐压强度的特点，且电容温度变化率满足 Y5R标准。同时，本发明钛酸锶钡基电容器瓷料制备方法，通过双掺杂与改性 剂MgO/ZnO/MnO2的共同作用使传统钛酸锶钡陶瓷烧结温度由1400℃降低至 1280℃～1320℃，大大降低成本且瓷料重复性好。由于介电常数温度稳定性显著 提高，本发明制备的瓷料可以满足滤波、耦合用陶瓷电容器对介质材料的使用要 求，在汽车、电子电器、医疗等领域中具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的钛酸锶钡基电容器瓷料的介电常数温度变化曲线图；
图2为实施例1制备的钛酸锶钡基电容器陶瓷表面微观形貌图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
根据分子式(Ba1-x-ySrxYy)TiO3，以碳酸钡BaCO3、碳酸锶SrCO3、氧化钇Y2O3、 二氧化钛TiO2为原料，按照物质的量比0.942∶0.05∶0.004∶1称量碳酸钡BaCO3、 碳酸锶SrCO3、氧化钇Y2O3、二氧化钛TiO2各0.1884mol、0.01mol、0.0008mol、 0.2mol。将该配料与玛瑙磨球以及去离子水按质量比1∶1∶2装入尼龙球磨罐， 在行星式球磨机中以转速100r/min进行湿法球磨4小时，浆料在120℃烘干后控 制升温速率为300℃/小时于1080℃煅烧2小时，固相反应合成 (Ba0.942Sr0.05Y0.008)TiO3主晶相粉体。以瓷料总重为100％计，加入1.6wt％Sb2O3 与0.2wt％MgO、0.2wt％ZnO、0.2wt％MnO2，湿法球磨6小时后，浆料于120℃ 烘干，然后加入5wt％的聚乙烯醇(PVA)水溶液造粒，过40目筛，在250Mpa下 模压成型得到Φ15mm片状坯体，坯体置于分散有二氧化锆垫料的二氧化锆陶瓷 垫板上，经200℃排胶20分钟后，控制升温速率为300℃/小时，于1300℃下烧 结2小时成瓷，随炉冷却至室温得到陶瓷电介质材料。经测试本发明钛酸锶钡基 电容器瓷料的室温介电常数为2870，介电损耗为0.93％，耐压强度为2.7KV/mm， -30℃～85℃范围内电容温度变化率为-1.5％～-14.9％，其介电常数随温度变化曲 线如图1，制备的陶瓷电介质材料的表面微观形貌图如图2所示。
实施例2
根据分子式(Ba1-x-ySrxYy)TiO3，以碳酸钡BaCO3、碳酸锶SrCO3、氧化钇Y2O3、 二氧化钛TiO2为原料，按照物质的量比0.976∶0.02∶0.002∶1称量碳酸钡BaCO3、 碳酸锶SrCO3、氧化钇Y2O3、二氧化钛TiO2各0.1952mol、0.004mol、0.0004mol、 0.2mol。将该配料与玛瑙磨球以及去离子水按质量比1∶1∶2装入尼龙球磨罐， 在行星式球磨机中以转速100r/min进行湿法球磨4小时，浆料在120℃烘干后控 制升温速率为300℃/小时于1080℃煅烧2小时，固相反应合成 (Ba0.976Sr0.02Y0.004)TiO3主晶相粉体。以瓷料总重为100％计，加入1.6wt％Sb2O3与0.2wt％MgO、0.2wt％ZnO、0.2wt％MnO2，湿法球磨6小时后，浆料于120℃ 烘干，然后加入5wt％的聚乙烯醇(PVA)水溶液造粒，过40目筛，在250Mpa下 模压成型得到Φ15mm片状坯体，坯体置于分散有二氧化锆垫料的二氧化锆陶瓷 垫板上，经200℃排胶20分钟后，控制升温速率为300℃/小时，于1320℃烧结 2小时成瓷，随炉冷却至室温得到陶瓷电介质材料。经测试本发明钛酸锶钡基电 容器瓷料的室温介电常数为2953，介电损耗为1.32％，耐压强度为2.3KV/mm， -30℃～85℃范围内电容温度变化率为+2.8％～-13.3％。
实施例3
根据分子式(Ba1-x-ySrxYy)TiO3，以碳酸钡BaCO3、碳酸锶SrCO3、氧化钇Y2O3、 二氧化钛TiO2为原料，按照物质的量比0.896∶0.1∶0.002∶1称量碳酸钡BaCO3、碳 酸锶SrCO3、氧化钇Y2O3、二氧化钛TiO2各0.1792mol、0.02mol、0.0004mol、 0.2mol。将该配料与玛瑙磨球以及去离子水按质量比1∶1∶2装入尼龙球磨罐， 在行星式球磨机中以转速100r/min进行湿法球磨4小时，浆料在120℃烘干后控 制升温速率为300℃/小时，于1080℃煅烧2小时，固相反应合成 (Ba0.896Sr0.1Y0.004)TiO3主晶相粉体。以瓷料总重为100％计，加入1.4wt％Sb2O3与 0.3wt％MgO、0.3wt％ZnO、0.3wt％MnO2，湿法球磨6小时后，浆料于120℃烘 干，然后加入5wt％的聚乙烯醇(PVA)水溶液造粒，过40目筛，在250Mpa下模 压成型得到Φ15mm片状坯体，坯体置于分散有二氧化锆垫料的二氧化锆陶瓷垫 板上，经200℃排胶20分钟后，控制升温速率为250℃/小时，于1320℃烧结2 小时成瓷，随炉冷却至室温得到陶瓷电介质材料。经测试本发明钛酸锶钡基电容 器瓷料的室温介电常数为2923，介电损耗为1.19％，耐压强度为2.9KV/mm，-30℃ ～85℃范围内电容温度变化率为+10.3％～-14.6％。
实施例4
根据分子式(Ba1-x-ySrxYy)TiO3，以碳酸钡BaCO3、碳酸锶SrCO3、氧化钇Y2O3、 二氧化钛TiO2为原料，按照物质的量比0.98∶0.01∶0.005∶1称量碳酸钡BaCO3、碳 酸锶SrCO3、氧化钇Y2O3、二氧化钛TiO2各0.196mol、0.002mol、0.001mol、 0.2mol。将该配料与玛瑙磨球以及去离子水按质量比1∶1∶2装入尼龙球磨罐， 在行星式球磨机中以转速100r/min进行湿法球磨4小时，浆料在120℃烘干后控 制升温速率为300℃/小时于1080℃煅烧2小时，固相反应合成 (Ba0.98Sr0.01Y0.01)TiO3主晶相粉体。以瓷料总重为100％计，加入2.0wt％Sb2O3与 0.1wt％MgO、0.1wt％ZnO、0.1wt％MnO2，湿法球磨6小时后，浆料于120℃烘 干，然后加入5wt％的聚乙烯醇(PVA)水溶液造粒，过40目筛，在250Mpa下模 压成型得到Φ15mm片状坯体，坯体置于分散有二氧化锆垫料的二氧化锆陶瓷垫 板上，经200℃排胶20分钟后，控制升温速率为250℃/小时，于1290℃烧结2 小时成瓷，随炉冷却至室温得到陶瓷电介质材料。经测试本发明钛酸锶钡基电容 器瓷料的室温介电常数为3114，介电损耗为1.26％，耐压强度为2.4KV/mm，-30℃ ～85℃范围内电容温度变化率为+10.2％～-14.9％。
综上所述，本发明通过Y2O3与Sb2O3双掺杂，所制备的钛酸锶钡基电容器 瓷料具有高介电常数、低介电损耗、高耐压强度的特点，且电容温度变化率满足 Y5R标准。同时，本发明钛酸锶钡基电容器瓷料制备方法，通过双掺杂与改性 剂MgO/ZnO/MnO2的共同作用使传统钛酸锶钡陶瓷烧结温度由1400℃降低至 1280℃～1320℃，大大降低成本且瓷料重复性好。由于介电常数温度稳定性显著 提高，本发明制备的瓷料可以满足滤波、耦合用陶瓷电容器对介质材料的使用要 求，在汽车、电子电器、医疗等领域中具有广泛的应用前景。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用 本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并 把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本 发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范 畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。