[发明专利]高介电常数介电陶瓷组合物及其制备方法

说明书

本发明总体涉及一种高介电常数的介电陶瓷组合物及其制备方法，更具体地说，涉及一种适合于多层陶瓷电容器、并在较宽的温度范围内(-55℃-+150℃)具有很小的电容变化和介电损耗的高介电常数的介电陶瓷组合物及其制备方法。

现在使用的电容器大多数是通过热压粘结和共烧结包括相互交替放置的起始介电板和电极的堆垛而获得的多层电容器。这些电容器与常规的简单板型电容器相比阿贝特(albeit)尺寸减小，但获得了更大的电容。为了达到尺寸减小而电容增大的目的，必须要求使用高介电常数材料并使介电层变薄。

至今，包括钛酸钡(BaTiO₃)、铋化合物、如Bi₂O₃·2SnO₂或Bi₂O₃·2ZrO₂、和Ta₂O₅、Sm₂O₃、Nb₂O₅或所加入的其他物质等的介电陶瓷组合物已经被用作具有高介电常数并表现出介电常数随温度的变化率减少的组合物。

当包括这些成分的介电陶瓷组合物具有增加了的介电常数时，然而它们却不能实际应用，因为电容随温度的变化率也增加。对于这些组合物，难以获得尺寸较小而电容较大的多层陶瓷电容器。即使偶尔用该组合物获得一种电容器，其仍很难符合EIAJ(the Standards ofElectronic Industries Association of Japan)规定的X7R标准(在-55℃-+125℃的温度范围内电容变化率在25℃时的参考值的15％之内)，并具有很大的介电损耗(tanδ)。所以，前述介电陶瓷组合物不适合于制备多层陶瓷电容器。

在介电陶瓷组合物中掺入铋化合物所带来的问题是铋成分在烧结中挥发，导致陶瓷组合物材料弯曲或在其中产生针孔。这使得难于获得密实的陶瓷组合物。

当多层电容器由含有铋化合物的钛酸钡构成时，形成内部电极的钯或银钯合金与为介电材料一种组分的铋反应，并使内部电极丧失其功能。出于该原因，必须将不易于与铋反应的昂贵贵金属、如铂和铂-钯合金用于内部电极。这是导致多层陶瓷电容器成本上升的一个原因。

为了提供一种解决上述问题的方案，已公开了一种无铋化合物并具有高介电常数的介电陶瓷组合物。发现这些化合物中的一些与含铋化合物的组合物相比电容随温度的变化率较小。

例如，JP-A’s4-292458、4-292459、和4-295048公开了高介电常数介电陶瓷组合物，它们含有主要成分：94.0-99.0mol％BaTiO₃、0.5-3.0mol％Nb₂O₅、0.5-3.0mol％CoO，和辅助添加剂：0.2-7.0％(重量)的BaTiO₃、SrZrO₃和BaZrO₃中的至少一种物质。然而，这些组合物无法满足由EIAJ(the Standards of Electronic Industries Associationof Japan)规定的X8R标准(在-55℃-+125℃的温度范围内电容变化率在25℃时的参考值的15％之内)。尽管一些组合物由于某些原因可满足该标准，但它们仍然不适合多层陶瓷电容器，因为它们的介电损耗较大(tanδ)。在形成多层陶瓷电容器时，它们仅在1280-1320℃的很窄的温度范围内满足X8R标准，因为它们电容随温度的变化率大大取决于烧结温度。

JP-A 5-109319公开了一种高介电常数介电陶瓷组合物，其含有主要成分：94.0-99.0mol％BaTiO₃、0.5-3.0mol％Ta₂O₅、0.5-3.0mol％ZnO，和辅助添加剂：0.2-7.0％(重量)的CaZrO₃。然而，这些组合物绝缘性能降低并且相对介电常数也较低。另外，它们无法满足EIAJ规定的X8R标准。该组合物中的一些可能满足该标准，但它们仍然不适用于制备多层陶瓷电容器，因为其介电损耗(tanδ)大到无法接受。还有，它们必须在高温下烧结以形成多层陶瓷电容器，而其烧结性也较差。