[发明专利]具有平直温度系数特性的低温焙烧的介电陶瓷组合物

说明书

本发明涉及一种低温焙烧的介电陶瓷组合物，在此种介电陶瓷组合物中，在宽的温度范围内，其介电常数的变化不超过其基值的15%。本发明尤其涉及介电常数超过2400的介电陶瓷组合物，此种介电陶瓷组合物是通过将一种含有介电氧化物的混合物的基本陶瓷制剂和陶瓷助熔剂，在不超过1150℃的温度下焙烧制成的。

多层陶瓷电容器通常是应用浇铸或其他方法制成介电陶瓷粉末的绝缘层，随后再放上导电金属电极层（此种电极层通常是以金属糊的形式），然后将所得到的元件叠成多层电容器，最后进行焙烧使材料密实和形成组分介电氧化物的固溶体。钛酸钡是一种常用来制备绝缘陶瓷层的介电氧化物。但是，由于钛酸钡的居里温度高，所以常用其他氧化物与钛酸钡反应来形成一种固溶体，以降低所得到的陶瓷材料的居里温度。因为一种材料在居里温度时的介电常数是最高的，所以，最好的是，用作电容器的材料具有相当于室温的居里温度。也可以加入某些其他的氧化物，例如二氧化锰，来改进材料的绝缘电阻，并作为晶粒生长的调节物来控制所得到的材料的介电常数。

用于多层电容器的陶瓷组合物的介电常数随温度的变化也是相当重要的。许多陶瓷组合物，其中含有钛酸钡，都具有显著地随温度的升高或降低而变化的介电常数。在需要在宽的温度范围内具有稳定的介电常数的用途中，应用于多层电容器的理想的介电陶瓷组合物，其介电常数 的变化不应超过它在25℃（室温）时的基值的正负15%。正如在调节居里温度时的情况那样，必须利用钛酸钡与所选择的氧化物之间的反应，来获得此种平直的温度特性。

一般来说，用于制造此种具有介电常数大于2000的对于温度是稳定的电容器材料，通常是将其在空气中和在温度高于1150℃下焙烧来进行老化。在此种温度下，金属电极层必须是用活性差的、所谓贵金属的高熔点合金，例如钯和银、钯和金，以及其他的在本技术领域中是众所周知的类似的价值昂贵的合金来形成。为了防止电极与绝缘陶瓷层进行反应或熔融（此种熔融可导致导电层裂开），这样做是必须的。一种能生产具有合适的温度特性和介电常数大于2000的陶瓷组合物的方法，而此种陶瓷组合物又可在低于1150℃下进行焙烧的话，则此法就有可能应用比较便宜的电极材料，而又不会牺牲电容器的性能。以前用于在低于1150℃下制造多层电容器的介电陶瓷组合物具有小于2000的介电常数，因而不适用于大多数的用途。

本发明的一个目的是生产一种在宽的温度范围内具有稳定的介电常数的陶瓷合物。本发明的另一个目的生产具有介电常数大于2400的、而此种介电常数随温度的变化又是极小的低温焙烧的陶瓷组合物。

本发明应用由二种组分，即一种含有基本陶瓷制剂的主要成分，和一种含有玻璃料或陶瓷助熔剂的次要成分，制成的一种低温焙烧的介电陶瓷组合物，达到了上述目的和其他目的。更明确地说，在制备本发明的介电陶瓷组合物中，该主要成分占介电陶瓷组合物的93.5至96.5%（重量）而该次要成分则占该介电陶瓷组合物的3.5至6.5%（重量）。

陶瓷组合物的主要成分是一种介电氧化物的基本陶瓷制剂，其中含有钛酸钡（BaTiO₃）、五氧化二铌，和氧化钴或它们的组分氧化物或氧化物前体。较好的是，将TAM Ceramics TICON HPB，产品号52901的高纯度钛酸钡用于基本陶瓷制剂。基本陶瓷制剂成分的组成范围，用氧化物 表示，是钛酸钡为98.0至99%（重量）、五氧化二铌为0.97至1.54%（重量）、氧化钴为0.19至0.32%（重量）。

该陶瓷助熔剂次要成分含有钛酸铋、钛酸铅（PbTiO₃）、氧化锌和氧化硼或它们的组分氧化物或氧化物前体。本文所述的钛酸铋是Bi₂Ti₂O₇或其存在量可以构成Bi₂Ti₂O₇的组分氧化物或氧化物前体。玻璃料成分的组成范围是钛酸铋为8至52%（重量）、氧化锌为18至35%（重量）和氧化硼为5至11%（重量）。

此外，可将二氧化锰加入该基本陶瓷制剂和该陶瓷助熔剂的混合物中，所加入的二氧化锰可以是该氧化物本身或者是其前体，例如碳酸锰或含有锰离子的溶液。二氧化锰的组成范围是基本陶瓷制剂和陶瓷助熔剂的混合物的总重量的0至0.114%（重量），而较好的是0.05%（重量）。