[发明专利]一种介电平滑稳定X8R型双掺杂钛酸钡陶瓷介质材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种无铅BaTiO₃基满足X8R指标的陶瓷电容器介质材料。该介质材料的化学组成通式满足：(Ba_1‑xDy_x)(Ti_1‑x/2Ca_x/2)O₃，其含量为10 mol%≤x≤15 mol%。本发明制备得到的陶瓷介质材料性能达到如下指标：介电平滑稳定、小结晶粒度、单相陶瓷，具有由化学式ABO₃表示的主钙钛矿结构，其中，主基料的主要成份为BaTiO₃，其含量为≥77 mol。材料的平均结晶尺寸可以控制在≤1.2μm，室温介电常数介于1500~2800，容温变化率介于+15%~‑15%，室温介电损耗≤2.3%。

技术领域

本发明涉及一种钛酸钡陶瓷介质材料，尤其涉及一种介电平滑稳定X8R型双掺杂钛酸钡陶瓷介质材料及其制备方法。

背景技术

为适应国防、航天、汽车工业和抗冲击系统等电子控制领域的需求，近几年，研究者对能在极端苛刻工作条件下应用的X8R型电容器介质材料进行了广泛的研究。其中以环境友好型BaTiO₃为基体制得的MLCC因其性能优良稳定而受到人们的普遍关注。根据国际电子工业协会EIA（Electronic Industries Association）标准，X8R型是指以25 ℃的电容值为基准，8和X分别代表上下工作温限为+150 ℃和-55 ℃，R代表容温变化率介于+15 % ~ -15 %。该规格的电容器使用温度较宽，最高温度范围可以延伸到150 ℃，而且电容变化量在较宽温度范围内呈现平缓变化特征，对材料的控制要求高，研制相对较困难，是一种典型的低频热稳定元件。进一步来讲，与传统的具有核壳结构的X7R型BaTiO₃-基陶瓷材料相比，本发明涉及的(Ba_1-xDy_x)(Ti_1-x/2Ca_x/2)O₃陶瓷材料（简称：BDTC）具有两大优势：1、制备条件更加容易控制；2、Dy/Ca共掺杂较高水平（10 mol% ≤ x ≤ 15 mol%）可以实现制备介电温度稳定型X8R规格陶瓷介质材料。

目前，在公开的钛酸钡电容器专利中，大多数X8R型介电材料是通过形成“核-壳”结构来实现的，这种“核-壳”结构是由于加入了特定添加物（如：铌和钴共掺、镁和钬共掺等），造成材料结构和成分的不均匀，引起铁电体居里峰展宽，最终形成介电温度稳定、容温变化率较小的铁电陶瓷材料。如：中国专利（公开号 CN103204677 A）和中国专利（公开号CN102718477 A）分别是通过添加适量的铋锆混合物和铌钴混合物形成“核-壳”结构来获得X8R型电容器介质材料。而“核-壳”结构的形成需要严格控制以下条件：1、掺杂元素的含量接近半导化区域的化学配比；2、选择合适的烧结条件；3、选择合适半径的稀土元素。但是，通过控制烧结条件和控制添加剂组分扩散得到“核-壳”结构仍存在缺点：随烧结的进行，添加剂组分过度扩散。因此，完全满足以上条件制备介电常数对温度依存性较低的“核-壳”结构相对不易，本发明中我们采用稀土元素和碱土金属元素双掺制备出了具有介电温度稳定型X8R规格的陶瓷介质材料，该材料不具有通过添加剂组分扩散形成的“核-壳”结构。该发明掺杂配料简单、制备工艺易操作。

发明内容

本发明提供一种稀土元素镝（Dy）和碱土金属元素钙（Ca）双掺杂介电平滑稳定X8R型钛酸钡陶瓷材料。通过本发明制备的X8R型陶瓷电容器材料稀土利用率高（10 mol% ≤ x≤ 15 mol%），具有稳定的介电常数（~ 1500-1900；2000-2800）和较低的介电损耗（tanδ ≤0.03），可以替代双稀土和三稀土掺杂钛酸钡成为多层陶瓷电容器重要的介质候选材料。

通过掺杂稀土离子Dy在A位以及一种碱土金属离子Ca在B位的独特配方和制备工艺，使介电平滑稳定型的X8R陶瓷电容器材料得以成功实现。