[发明专利]高性能低温烧结负温系数介电陶瓷

说明书

本发明属于电子陶瓷技术领域，更进一步涉及一种高性能低温烧结陶瓷技术。

在制备多层陶瓷电容器过程中，内电极与瓷料一次烧结。目前国际上通用的Ⅰ类多层陶瓷电容器瓷料（高频用低损耗介质）为 TiO₂，Mg₂TiO₄-MgTi₂O₅等系统，烧结温度集中在1150～1300℃的范围内，制作多层陶瓷电容器时需要Pt∶Pd∶Au三元合金或高钯/银内电极浆料，成本太高。我国早在七十年代就研制出了 Bi₂O₃-ZnO-Nb₂O₅（BZN）基低温烧结Ⅰ类多层陶瓷电容器瓷料，其优点在于焙烧温度低于900℃，可以使用金银内电极，介电温度系数组别全系列化等。如上海科学技术出版社于1986年5月出版的《无机介电材料》一书，公开了Bi₂O₃-ZnO-Nb₂O₅基瓷料的配方、工艺及介电性能。但是，由于配料组成复杂，瓷体结构不明，致使多年来国内低温烧结多层陶瓷电容器产品的生产一致性差，尤其介电温度系数随工艺条件波动大，另外可靠性水平低，不能全面达到国家标准中与中、高温烧结的多层陶瓷电容器相当的性能，寿命试验不合格，因此，低温烧结多层陶瓷电容器瓷料只能用作低档多层陶瓷电容器产品的制造。

本发明的目的是在追求焦绿石单相结构的基础上，采用较为简单的配料组成，引入氟化物或氧/氟化物进行掺杂改性，维持焦绿石的相结构，以获得较为优异、稳定的介电性能。

本发明通过控制取代离子的种类和数量，使介电温度系数在-400～-800ppm/℃，介电常数在100～200之间变动，得到能在900～1050℃烧成的一系列Ⅰ类高性能低温烧结负温系数介电陶瓷，能够使用全银或低钯/银内电极来稳定、可靠地生产通用陶瓷电容器，多层陶瓷电容器，直流和交流中、高压多层陶瓷电容器等产品。

本发明的配方组成式为：

其中0≤x＜0.6;0≤y＜0.5;M′＝Ca，Mg，Ni，Zn;M″＝K，Li，Na。

本发明的实施例采用如下的工艺过程：

氧化物、氟化物或氧/氟化物按一定配比称量，进行充分混合并达到所需的细度，在760～840℃之间预烧，保温2小时，将烧块粉碎后，压制成所需的形状，排粘后的样品在900～1050℃下保温2～5小时，再随炉自然冷却，成瓷后的试样经被银、烧银后，便可以进行介电性能测试和用于制作通用陶瓷电容器。

实施例1：配方组成式Bi_1.5-xM′_xZn_1-yM″_yNb_1.5O_7-x-yF_x+y，x＝0，y＝0，利用上述工艺过程进行烧结，可得致密瓷体，介电温度系数为-500ppm/℃，介电常数为150，介电损耗tgδ小于0.0006，体积电阻率大于10¹²Ω·cm，绝缘强度大于10KV/mm，静态抗弯强度大于80MPa。

实施例2：配方组成式Bi_1.5-xM′_xZn_1-yM″_yNb_1.5O_7-x-yF_x+y，x＝0.35，y＝0，M′＝Ca，利用上述工艺过程进行烧结，可得致密瓷体，介电温度系数为-640ppm/℃，介电常数为120，介电损耗tgδ小于0.0006，体积电阻率大于10¹²Ω·Cm，绝缘强度大于10KV/mm，静态抗弯强度大于80MPa。

实施例3：配方组成式Bi_1.5-xM′_xZn_1-yM″_yNb_1.5O_7-x-yF_x+y，x＝0，y＝0.20，M″＝Li，利用上述工艺过程进行烧结，可得致密瓷体，介电温度系数为-660ppm/℃，介电常数为160，介电损耗tgδ小于0.0006，体积电阻率大于10¹²Ω·Cm，绝缘强度大于10KV/mm，静态抗弯强度大于80MPa。