[发明专利]一种高介电常数X8R型电容器陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子元器件的陶瓷材料技术，具体涉及一种高介电常数X8R型电容器陶瓷材料及其制备方法。 

背景技术

多层陶瓷电容器（MLCC）是当今电子系统中一类重要电子元器件，主要用于各类电子产品中的振荡、耦合、滤波等电路。并且在航空航天电子设备、坦克电子设备等军用电子设备上也有着越来越广泛的用途。目前广泛应用的MLCC电介质陶瓷研究体系主要包括3类，即铅基复合钙钛矿体系、钨青铜结构体系、钛酸钡体系，其中X7R电容器以钛酸钡体系为主。但BaTiO₃居里温度偏低（125℃左右），因此在高于125℃的条件下很难满足容温变化率（ΔC/C≤±15%）的要求。而航空航天、汽车工业、军用移动通讯等特殊领域要求MLCC的工作温度上限在150℃以上。因此必须通过掺杂、工艺优化、微观结构控制等方式改善BaTiO₃的介温特性，以获得更理想的电容温度稳定性。

当前，国内外对BaTiO₃基MLCC介质陶瓷展开大量研究，其中满足X7R条件的BaTiO₃-Nb₂O₅-CO₃O₄ 瓷料已经成功用于Pd 或Ag₃₀-Pd₇₀电极MLCC的商业化生产【H. Chazono and H. Kishi, Sintering Characteristics in BaTiO₃–Nb₂O₅–Co₃O₄ Ternary System: I, Electrical Properties and Microstructure, J. Am. Ceram. Soc., 82[10] 2689-97 (1999) 】。满足X8R条件的陶瓷材料的研究也逐渐趋于成熟，其中 BaTiO₃ - MgO - MnO₂ - M₂O₃ (Er₂O₃、Yb₂O₃、Lu₂O₃)体系，在还原气氛下烧结，可获得满足 X8R 性能的陶瓷材料【H. Song Young and H. Han Young, Effects  of Rare-Earth Oxides on Temperature Stability of Acceptor-Doped BaTiO₃, Jpn. J. Appl. Phys., 44[8] 6143-47 (2005)】。

Na_0.5Bi_0.5TiO₃通常被作为一种典型的无铅压电材料进行研究，由于其高的居里温度（T_c=320℃）且具有与BaTiO₃类似的钙钛矿结构，可作为BaTiO₃陶瓷材料的改性剂，所获得的BaTiO₃-Na_0.5Bi_0.5TiO₃体系陶瓷材料表现出一定的介电弥散性，使介电峰得到展宽，且将体系的高温居里峰右移，提高了使用温度上限，使其具有高温稳定性。

稀土元素掺杂对BaTiO₃的改性作用非常明显，尤其对介电性能（介温特性、电阻率、介电损耗、居里点）与微观结构（晶粒尺寸、相组成、核壳结构、元素分布）有着显著影响。由于稀土元素R³⁺离子的离子半径与化学性质介于Ti⁴⁺离子和Ba²⁺离子之间，既可以取代BaTiO₃中A位的Ba²⁺，也可以取代B位的Ti⁴⁺，稀土元素随着离子半径的减小，占据BaTiO₃中的位置由A位向B位转移；而中间大小的稀土元素则可以同时占据A位和B位。