温度稳定型钽酸盐介电陶瓷及其制备方法

摘要

本发明公开了一种温度稳定型钽酸盐介电陶瓷及其制备方法。陶瓷的化学组成通式为：Ba6-xLnxFe1+0.5xTa9-0.5xO30，其中Ln为La、Pr、Nd和Sm中的一种或两种，0.00≤x≤2。步骤为：将纯度为99％以上的BaCO3、Ln2O3、Fe2O3与Ta2O5的原始粉末按上述通式化学计量比配料；然后湿式球磨混合12～24小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在1350～1400℃大气气氛中预烧4～8小时，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1400～1450℃大气气氛中烧结1～8小时，所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，其剂量占预烧粉末总量的2％～10％。本发明制备工艺简单，制备的介电陶瓷具有高介电常数，介电损耗低，介电常数温度系数τε小。

权利要求

1.一种温度稳定型钽酸盐介电陶瓷的制备方法，其特征是：首先将纯度为99％以上的BaCO3、Ln2O3、Fe2O3与Ta2O5的原始粉末按Ba6-xLnxFe1+0.5xTa9-0.5xO30化学计量比配料，其中Ln为La、Pr、Nd和Sm中的一种或两种，0.00≤x≤2；然后湿式球磨混合12～24小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在1350～1400℃大气气氛中预烧4～8小时得到预烧粉末；然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1400～1450℃大气气氛中烧结1～8小时，所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，其剂量占预烧粉末总量的2％～

10％。

说明书

温度稳定型钽酸盐介电陶瓷及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及介电陶瓷材料，特别是涉及在陶瓷电容器方面应用的温度稳定型陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 温度稳定性对应用于电子产品的多层陶瓷电容器的制备来说非常重要。通过两种或更多的具有相反介电常数温度系数(τε)的多元化合物混合，产生较小介电常数温度系数的固溶体，这种方法经常用来实现材料的温度稳定性；或者，例如对于BaTiO3基电容器，掺杂剂混合分散于陶瓷体产生室温附近的铁电-顺电相转变，得到了相对稳定的材料。目前，BaTiO3基化合物满足X7R标准，其介电常数在-55℃～125℃温度范围内相对于室温介电常数的变化率不超过±15％，在1MHz下的介电损耗tanσ小于0.02。但是如果不掺杂PbTiO3(Tc＝495℃)，它们的最高工作温度不超过130℃。

[0003] 小型化的驱动和计算机的提速使更多的目光转向到耐高温部件，将来电容器必须能在150℃甚至200℃工作。然而，PbTiO3-BaTiO3复合多层陶瓷电容器的应用是不可取的，一是Pb的毒性，二是在低氧分压容易分解，并且它还会和Ni基金属电极形成低熔点合金。同样的问题也出现在Bi2O3掺杂的BaTiO3基固溶体中。理想的新材料要求其相变温度介于-50℃～250℃，不含PbO和Bi2O3，包含相对常见的、便宜的原材料。

[0004] 近来，国内外研究者发现一些钨青铜结构钽酸盐具有较高的介电常数(＞100)、低的介电损耗，有望成为温度稳定型介电材料而应用于多层陶瓷电容器，其中陈湘明等在《Journal of the European Ceramic Society》2003年23期1571～1575页发表的“High permittivity and low loss dielectricceramics in the BaO-La2O3-TiO2-Ta2O5 system”一文中报道了系列陶瓷的介电常数εr介于127～175之间，1MHz下的介电损耗tanσ小于0.009，介电常数温度系数τε介于-728～-2500ppm/℃之间。目前这些钨青铜结构钽酸盐的介电常数温度系数偏大，温度稳定性不好，因此限制其实际应用。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种具有良好的温度稳定性与低介电损耗，同时具有高介电常数，可应用于多层陶瓷电容器的温度稳定型钽酸盐介电陶瓷及其制备方法。

[0006] 本 发 明 的 温 度 稳 定 型 钽 酸 盐 介 电 陶 瓷 的 化 学 组 成 通 式 为：Ba6-xLnxFe1+0.5xTa9-0.5xO30，其中Ln为La、Pr、Nd和Sm中的一种或两种，0.00≤x≤2。

[0007] 本温度稳定型钽酸盐介电陶瓷按下述方法制备而成：

[0008] 首先将 纯度为99％ 以上的BaCO3、Ln2O3、Fe2O3与Ta2O5的原 始粉末 按Ba6-xLnxFe1+0.5xTa9-0.5xO30化学计量比配料，其中Ln为La、Pr、Nd和Sm中的一种或两种，0.00≤x≤2；然后湿式球磨混合12～24小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在1350～1400℃大气气氛中预烧4～8小时得到预烧粉末，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1400～1450℃大气气氛中烧结1～8小时，所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，其剂量占预烧粉末总量的2％～10％。

[0009] 本发明制备工艺简单，制备的介电陶瓷具有高介电常数，介电损耗低，介电常数温度系数τε小，利用本发明提供的介电陶瓷材料可使微波器件进一步小型化，而且也可应用于高频陶瓷电容器或温度补偿电容器等。

具体实施方式

[0010] 实施例1：

[0011] 将纯度＞99％的BaCO3、La2O3、Fe2O3与Ta2O5的原始粉末按Ba4La2Fe2Ta8O30化学计量比配料，然后湿式球磨混合12小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在1350℃大气气氛中预烧4小时，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1400℃大气气氛中烧结8小时，即得组成为Ba4La2Fe2Ta8O30的钽酸盐介电陶瓷。所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，其剂量占预烧粉末总量的2％。

[0012] 实施例2：

[0013] 将纯度＞99％的BaCO3、Fe2O3与Ta2O5的原始粉末按Ba6FeTa9O30化学计量比配料，然后湿式球磨混合24小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在1400℃大气气氛中预烧8小时，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1450℃大气气氛中烧结1小时，即得组成为Ba6FeTa9O30的钽酸盐介电陶瓷。所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，其剂量占预烧粉末总量的10％。

[0014] 实施例3：

[0015] 将纯度＞99％的BaCO3、Pr2O3、Fe2O3与Ta2O5的原始粉末按Ba5PrFe1.5Ta8.5O30化学计量比配料，然后湿式球磨混合16小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在1380℃大气气氛中预烧6小时，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1430℃大气气氛中烧结4小时，即得组成为Ba5PrFe1.5Ta8.5O30的钽酸盐介电陶瓷。所述的粘结剂采用质量浓度为
5％的聚乙烯醇溶液，其剂量占预烧粉末总量的5％。

[0016] 实施例4：

[0017] 将纯度＞99％的BaCO3、Nd2O3、Sm2O3、Fe2O3与Ta2O5的原始粉末按Ba4NdSmFe2Ta8O30化学计量比配料，然后湿式球磨混合18小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在1370℃大气气氛中预烧6小时，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1420℃大气气氛中烧结6小时，即得组成为Ba4NdSmFe2Ta8O30的钽酸盐介电陶瓷。所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，其剂量占预烧粉末总量的3％。

[0018] 实施例5：

[0019] 将 纯 度 ＞ 99 ％ 的 BaCO3、La2O3、Pr2O3、Fe2O3 与 Ta2O5的 原 始 粉 末 按Ba4.8La0.6Pr0.6Fe1.6Ta8.4O30化学计量比配料，然后湿式球磨混合12小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在1390℃大气气氛中预烧6小时，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1430℃大气气氛中烧结6小时，即得组成为Ba4.8La0.6Pr0.6Fe1.6Ta8.4O30的钽酸盐介电陶瓷。所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，其剂量占预烧粉末总量的4％。

[0020] 表1示出了构成本发明的几个具体实例的介电性能，用阻抗分析仪进行1MHz时介电性能的评价。

[0021] 本发明制备的介电陶瓷具有以下特点：1MHz下具有高介电常数εr(90～150)，介