[发明专利]一种超宽温高稳定无铅电容器陶瓷介质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超宽温高稳定无铅电容器陶瓷介质材料及其制备方法，主要应用于多层陶瓷电容器等电子元器件领域。

背景技术

由于石油钻井、混合动力车辆和航天探测设备的耐高温电子设备等都工作在极端的环境下，要求电子设备中的电子元件的高温段工作温度的范围能延伸到200℃，甚至更高。因而研究宽温高稳定的MLCC介电材料已经成为当前的迫切需要。

目前用于制造这类大容量热稳定型MLCC的介质材料仍然是以Nb、Co等氧化物掺杂BaTiO₃形成“核-壳”结构为主。但“核”(纯BaTiO₃)的特征峰位于～130℃，在高于130℃时介电常数急剧下降，很难满足电容温度变化率(ΔC/C_25℃≤±15％)的要求，在更高温度条件下使用时存在不可克服的不足。为此，包覆层成分的选择考虑引入高温弛豫体系，提高传统核壳结构高温温度稳定性的要求。Bi基钙钛矿介电材料近年来受到研究者的广泛关注，当Bi引入BaTiO₃中，其弛豫特性会增强，并且随Bi引入量的增加，弛豫铁电性会变得更加稳定。其中BiAlO₃-BaTiO₃表现出了较强的弛豫特性，弥散的介电常数峰，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。

另一方面，多数实验中形成“核-壳”的BaTiO₃基陶瓷材料都是通过传统的固相法，在BaTiO₃中加入不同的掺杂剂，利用不同掺杂离子之间扩散速率的差异来形成需要的“核-壳”结构。通过这种方法形成具有“核-壳”结构的陶瓷晶粒往往比较少，且随机分布于陶瓷中，核与壳的体积比不宜控制，从而使得到的陶瓷材料在一定程度上不能满足所需要的性能要求。另外，专利号为201010137504.X的发明专利公开了一种新型无铅X8R型电容器陶瓷材料及其制备方法，主要着重于xBi(Mg_1/2Ti_1/2)O₃-(1-x)BaTiO₃体系，其性能符合X8R(-55℃～156℃)要求，但是高温端不能达到200℃的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种超宽温高稳定无铅电容器陶瓷介质材料及其制备方法，该电容器陶瓷具有在宽温范围内的高稳定性、性能优良、成本低的特点。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种超宽温高稳定无铅电容器陶瓷介质材料，其包含基体和包覆层，所述基体的化学组成为BaTiO₃，所述包覆层的化学组成为0.3BiAlO₃-0.7BaTiO₃，所述超宽温高稳定无铅电容器陶瓷介质材料的化学组成为xBaTiO₃-(0.3BiAlO₃-0.7BaTiO₃)，0.2≤x≤0.5，即所述基体与包覆层的摩尔比为x:1。

上述超宽温高稳定无铅电容器陶瓷介质材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)配制0.3BiAlO₃-0.7BaTiO₃溶胶；

(2)将BaTiO₃粉体加入到适量聚乙二醇水溶液中，超声分散得到BaTiO₃悬浊液(简称为BT悬浊液)；按照BaTiO₃粉体与0.3BiAlO₃-0.7BaTiO₃的摩尔比为x:1，将所述BaTiO₃悬浊液加入到所述0.3BiAlO₃-0.7BaTiO₃溶胶中，然后搅拌并加热浓缩得到凝胶；将所述凝胶干燥得到干凝胶；将所述干凝胶升温至700～800℃预烧5～6小时，得到预烧后的陶瓷粉末；

(3)将所述陶瓷粉末，加粘结剂造粒，过筛、压制成型、排胶，然后升温至1050℃～1100℃烧结2～3小时，得到宽温高稳定无铅电容器陶瓷介质材料。

按上述方案，所述0.3BiAlO₃-0.7BaTiO₃溶胶的配制方法，其步骤如下：

(a)按照化学式0.3BiAlO₃-0.7BaTiO₃中金属离子的化学计量比，称取硝酸铋、硝酸铝、乙酸钡和钛酸四正丁酯，备用；