[发明专利]一种陶瓷电容器用介质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子信息材料与元器件领域，特别涉及一种陶瓷电容器用介质材料及其制备方法

背景技术

现代通信技术的不断发展，对元器件的小型化、集成化和模块化的要求日益迫切，对电容器用介质材料提出了更高的要求。由于BaTiO₃具有极高的介电常数，几乎是所有高介电常数材料的基体。但是BaTiO₃陶瓷材料也有一定的缺点，如烧结温度高(1600℃)，损耗大等，不能满足应用要求。为此，通常采用固溶体或者掺杂的方式来改善其介电性能。以此来调节陶瓷体系居里峰的位置和宽度，从整体上提高陶瓷材料的介电性能。

为了降低BaTiO₃陶瓷材料的烧结温度，一般在已有的材料中添加一定量的低熔点氧化物或玻璃等，但对那些固有烧结温度较高的材料而言，往往需要添加大量的低熔点烧结助剂才能降低其烧结温度，而这样会对陶瓷材料介电性能带来不同程度的损坏，如损耗增大，温度系数增大等，以致于材料的低温化与优异介电性能难以兼备。ZrO₂掺杂的BaTiO₃能形成固溶体系，即为锆钛酸钡(BZT)。Zr⁴⁺取代了晶体结构中的Ti⁴⁺，最终形成单相的固溶体后，降低烧结温度同时具有适中的介电损耗。

发明内容

本发明的目的，是为降低BaTiO₃陶瓷材料的烧结温度，并进一步降低损耗，适应电子器件小型化、低功耗的要求。以BaCO₃、TiO₂、ZrO₂为原料，通过简单固相法制备一种具有高介电常数的Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃陶瓷材料。该陶瓷体系制备工艺简单，介电性能优越，具有广泛的应用前景。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种陶瓷电容器用介质材料，其化学式为：Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃

该介质材料的制备方法，具有如下步骤：

(1)将BaCO₃、TiO₂、ZrO₂按化学计量式Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃进行配料，放入聚酯罐中，加入去离子水和锆球后，球磨4～8小时；

(2)将步骤(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于100～120℃烘干，然后过40目筛；

(3)将步骤(2)过筛后的粉料放入中温炉中，于1000～1200℃预烧，保温3～6小时；

(4)在步骤(3)预烧后的原料中，外加0.5～5wt％的PVA，按照原料与去离子水和锆球的质量比为1：1：1进行球磨，球磨时间为10～14小时；

(5)将步骤(4)球磨后的原料放入干燥箱中，于100～120℃烘干，然后过80目筛；

(6)将步骤(5)过筛后的粉粒放入压片机中，压制成型为坯体；

(7)将步骤(6)成型后的坯体放入低温炉中进行排胶，排胶温度为600～800℃；

(8)将步骤(7)的排胶后的坯体于1300℃～1400℃烧结，保温2～8小时，制成陶瓷电容器用介质材料。

所述步骤(1)或(4)采用行星式球磨机进行球磨，球磨机转速为400转/分。

所述步骤(6)的生坯直径为10mm，厚度为1mm。

所述步骤(6)的压片机的压力为2～6MPa。

所述步骤(8)的烧结温度为1350℃，保温4小时。

本发明以BaCO₃、TiO₂、ZrO₂为原料制备陶瓷电容器用介质材料Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃，其介电常数ε_r为18253～20048，介电损耗为77.2x10^-4～128.4x10^-4，烧结温度为1300℃～1400℃。该制备方法简化了材料的制备工艺，节省了时间成本和能源成本。

具体实施方式

本发明以BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、ZrO2(分析纯)为初始原料，通过简单固相法制备微波介质陶瓷。