一种添加物及其降低钛酸钡锶电容器陶瓷烧结温度的用途

摘要

本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种添加物及其降低钛酸钡锶电容器陶瓷烧结温度的用途，其特征在于所述的降低烧结温度的添加物及其加入量（质量百分比）：添加物的加入量为：1～8%，添加物中(质量)：LiBiO244~65%，CuO0.5~20%，Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉25~45%。添加本发明的添加物所制备的低温烧结电容器陶瓷的烧结温度低,烧结温度为900~920℃,耐电压高，可达10kV/mm(直流电压,DC)以上、4kV/mm(交流电压，AC)以上,介电常数较高,可以达到3000左右，电容温度变化率小，符合X7R特性的要求，介质损耗小于1.5%,使用过程中性能稳定性好，安全性高，对环境无污染。

权利要求

1.一种能够降低电容器陶瓷烧结温度的添加物，其特征在于：添加物中的组分以质量百分数计：LiBiO244~65%，CuO0.5~20%，Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉25~45%；

所述LiBiO2的制备过程如下：将Bi2O3和Li2CO3以1：1的摩尔比例的料混合研磨混匀，混合料放在刚玉坩埚内在800℃至820℃下保温30分钟制备LiBiO2，冷却后研磨直到能过

200目筛，留以备用；

所述Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉的制备过程如下：将Li2CO3：B2O3：ZnO以1：3：1的摩尔比例的料混合研磨混匀，混合料放在刚玉坩埚内在810℃至840℃下保温40分钟，随后到入冷水中淬冷，干燥以后研磨直到能过200目筛，留以备用；

以钛酸钡锶-五氧化二铌-三氧化二钴为基本配方体系，按质量百分比计算，添加物的量为基本配方体系的1～8%，按配方配料将配合料球磨粉碎混合，进行烘干后，加入粘合剂造粒，再压制成生坯片，然后在空气中进行排胶和烧结，经保温并自然冷却后，获得电容器陶瓷。

2.如权利要求1所述的一种能够降低电容器陶瓷烧结温度的添加物，其特征在于：添加物中的组分以质量百分数计：LiBiO246~63%，CuO2~18%，Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉27~43%。

3.如权利要求1所述的一种能够降低电容器陶瓷烧结温度的添加物，其特征在于：添加物中的组分以质量百分数计：：LiBiO247~60%，CuO5~16%，Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉28~40%。

4.如权利要求1所述的一种能够降低电容器陶瓷烧结温度的添加物，其特征在于：所述基本配方体系为Ba0.71Sr0.29TiO3+ Ba0.71Sr0.29TiO3重量的0.5%的Nb2O5+ Ba0.71Sr0.29TiO3重量的0.3%的Co2O3。

5.如权利要求1所述的一种能够降低电容器陶瓷烧结温度的添加物，其特征在于：按质量百分比计算，添加物为基本配方体系的2～7%。

6.如权利要求5所述的一种能够降低电容器陶瓷烧结温度的添加物，其特征在于：按质量百分比计算，添加物为基本配方体系的3～6%。

7.如权利要求1所述的一种能够降低电容器陶瓷烧结温度的添加物，其特征在于：在制备时首先采用常规的化学原料用固相法分别合成BaTiO3、SrTiO3、LiBiO2、Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉，然后按配方配料，将配好的料用蒸馏水或去离子水采用行星球磨机球磨混合，料:球:水=1:3:(0.6~1.0)， 球磨4~8小时后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8~10%的浓度为10%的聚乙烯醇溶液，进行造粒，混研后过40目筛，再在20~30MPa压力下进行干压成生坯片，然后在温度为900~920℃下保温1~4小时进行排胶和烧结，即得电容器陶瓷。

说明书

一种添加物及其降低钛酸钡锶电容器陶瓷烧结温度的用途

技术领域

[0001] 本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种添加物及其降低钛酸钡锶电容器陶瓷烧结温度的用途，采用特殊的添加物LiBiO2+CuO+ Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉来降低电容器陶瓷的烧结温度，得到低温烧结(900~920℃) 钛酸钡锶高压电容器陶瓷介质, 该介质适合于制备单片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器,能大大降低陶瓷电容器的成本，同时能提高耐电压以扩大陶瓷电容器的应用范围,并且在制备和使用过程中不污染环境。

背景技术

[0002] 彩电、电脑、通迅、航空航天、导弹、航海等领域迫切需要击穿电压高、温度稳定性好、可靠性高、小型化、大容量的陶瓷电容器；一般单片高压陶瓷电容器介质的烧结温度为1300~1400℃，而利用本发明的添加物获得的高压陶瓷电容器介质烧结温度为900~920℃，这样能大大降低高压陶瓷电容器的成本，可以采用Ag或Ag含量高的Pd/Ag合金等作为内电极，极大的降低多层陶瓷电容器的成本；同时本专利的降低烧结温度的添加物获得的电容器陶瓷介质不含铅和镉，电容器陶瓷在制备和使用过程中不污染环境；另外，利用本发明的添加物得到的电容器陶瓷的介电常数较高，这样会提高陶瓷电容器的容量并且小型化，烧结温度低，符合陶瓷电容器的发展趋势, 能大大降低陶瓷电容器的成本。

[0003] 通常用于生产高压陶瓷电容器的介质中含有一定量的铅，这不仅在生产、使用和废弃过程中对人体和环境造成危害，而且对性能稳定性也有不良影响。

[0004] 中国专利“一种高压陶瓷电容器介质”（专利号ZL00112050.6）公开的电容器陶瓷介质虽属无铅介质材料，但介电常数为1860-3300，耐电压可以达到10kV/mm以上（直流），烧结温度为1260-1400℃，比本专利高很多，介电常数低于本专利，而且烧结温度高等。

[0005] 中国期刊《江苏陶瓷》1999年第2期在“BaTiO3系低温烧成高介X7R电容器瓷料” 一文中公开了一种BaTiO3中低温烧成高介满足X7R特性的电容器瓷料，该介质材料的配方组成为（质量百分数）：（BaTiO3+Nd2O3）89%~92%+Bi2O3·2TiO27.5~10%+低熔点玻璃料0.8%+50%Mn(NO3)2(水溶液)0.205%；其中，所用的低熔点玻璃料是硼硅酸铅低熔点玻璃，介质是含铅的，并且未涉及耐电压，烧结温度最低为1080℃，比本专利高，所采用的低温烧结添加物也不同于本发明专利。

[0006] 中国期刊《华南理工大学学报（自然科学版）》1996年第3期在“中温烧结BaTiO3基多相铁电瓷料X7R特性”一文中探讨了BaTiO3基瓷料中温烧结机制，分析了中温烧结BaTiO3基瓷料的组成及不均匀结构分布对介电常数与温度特性的影响；所用的BaTiO3原料是采用化学共沉淀的方法来制备的，这样会增加陶瓷电容器的成本，而本专利所用的BaTiO3、SrTiO3、CaZrO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成，组成不同于本专利，组分中含有一定量的铅，并且未涉及耐电压，烧结温度最低为1050℃，比本专利高。

[0007] 另有专利“高介高性能中温烧结片式多层瓷介电容器瓷料”（专利申请号：2+ 4+ 4+ 5+
97117286.2），它是采用固相法合成等价和异价离子同时取代（Sr ,Zr ,Sn ,Nb ）BaTiO3固溶体，加入适量的硼铅锌铜玻璃烧结剂，使瓷料在中温烧结，其性能为：介电常数大于等于16000，耐压为700V/mm；该专利虽然介电常数高，但是所报道的材料的耐压太差，仅为
700V/mm，另外其组分含有一定量的铅，该专利烧结温度为1080-1140℃,比本专利高，所采用的低温烧结添加物也不同于本发明专利。

[0008] 另有专利“高压陶瓷电容器介质的制造方法”(专利号91101958.8),其采用非常规工艺制备介质，即流延成型膜，然后叠层介质体，将多层介质体进行真空加热匀压、冲片、然后进行排胶、烧成而得；该专利的缺点是制备工艺方法复杂、导致产品制造成本增加，该专利介质的烧结温度为1080-1330℃，比本专利的高。

[0009] 还有中国专利 “高性能中温烧结片式多层瓷介电容器瓷料” （专利申请号：97117287.0），它采用独特的配方（重量百分比）（BaTiO393~96%+Nb2O50.8~1.5%+Bi2O31.0~2.
2%+助熔剂1.8~3.5%+改性剂0.25~1.0%）得到中温烧结的满足如下性能的电容器陶瓷：介电常数为3000，介质损耗小于1.5%，耐压为860V/mm；该专利的助熔剂含有一定量的铅，该专利的耐电压太差，同时介电常数低，小于本专利，该介质的烧结温度为1100-1140℃，比本专利的高，所采用的低温烧结添加物也不同于本发明专利。

[0010] 还有中国专利“一种中低温烧结高压陶瓷电容器介质”（专利申请号：200410041863.x）,它采用独特的配方（重量百分比）(BaTiO3 60-90%，SrTiO3 1-20% CaZrO
30.1-10%,Nb2O50.01-1%,MgO0.01-1%,CeO20.01-0.8%,ZnO0.01-0.6%,Co2O30.03-1%,铋锂固溶体0.05-10%)得到中温烧结的满足如下性能的电容器陶瓷：介电常数为2000~3000，耐电压为6kV/mm以上, 降低烧结温度的添加物是铋锂固溶体，该专利的介电常数和耐电压没有本专利高，该专利公布的电容器陶瓷烧结温度为1100-1150℃，比本专利高，该专利用于降低烧结温度的添加物不同于本专利。

发明内容

[0011] 本发明的目的是提供降低钛酸钡锶-五氧化二铌-三氧化二钴基本配方体系的高压电容器陶瓷烧结温度的添加物及其加入量。

[0012] 本发明的目的是这样来实现的：

[0013] 以钛酸钡锶-五氧化二铌-三氧化二钴为基本配方体系(Ba0.71Sr0.29TiO3+0.5%(质量)Nb2O5+0.3%(质量)Co2O3)，按质量百分比计算，添加物的量为基本配方体系的1～8%，添加物中的组分以质量百分数计：LiBiO244~65%，CuO0.5~20%，Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉25~45%。

[0014] 本发明采用常规的高压陶瓷电容器介质制备工艺，即首先采用常规的化学原料用固相法分别合成BaTiO3、SrTiO3、LiBiO2, Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉，然后按配方配料将配合料球磨粉碎混合，进行烘干后，加入粘合剂造粒，再压制成生坯片，然后在空气中进行排胶和烧结，经保温并自然冷却后，获得陶瓷电容器介质，在介质上被电极测性能即可。

[0015] 上述降钛酸钡锶高压电容器陶瓷烧结温度的添加物及其加入量最好采用下列三种方案（质量百分比）：

[0016] (1) 添加物的量为基本配方体系的1～8%，添加物中(质量)：LiBiO244~65%， CuO0.5~20%，Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉25~45%。

[0017] （2）添加物的量为基本配方体系的2～7%，添加物中(质量)：LiBiO246~63%，CuO2~18%，Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉27~43%。

[0018] （3）添加物的量为基本配方体系的3～6%，添加物中(质量)：LiBiO247~60%，CuO5~16%，Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉28~40%。

[0019] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：

[0020] 1、利用本专利的添加物获得的介质是低温烧结（烧结温度为900~920℃）鈦酸钡锶基电容器陶瓷，这样能大大降低高压陶瓷电容器的成本，本专利的介质组分中不含铅和镉，对环境无污染。

[0021] 2、利用本专利的添加物获得的介质的介电常数较高，为3000左右；耐电压高，直流耐电压可达10kV/mm以上、4kV/mm(交流电压，AC)以上；介质损耗小，小于1.5%。本介质的介电常数较高，能实现陶瓷电容器的小型化和大容量,同样能降低成本。

[0022] 3、利用本专利的添加物获得的介质的电容温度变化率小，符合X7R特性的要求。介质损耗小于1.5%,使用过程中性能稳定性好，安全性高。

[0023] 4、利用本专利的添加物获得的介质的主要原料采用陶瓷电容器级纯即可制造出电容器陶瓷介质。

[0024] 5、利用本专利的添加物获得的电容器陶瓷介质采用常规的固相法陶瓷电容器介质制备工艺即可进行制备。

具体实施方式

[0025] 现在结合实施例对本发明作进一步的描述。

[0026] 以钛酸钡锶-五氧化二铌-三氧化二钴为基本配方体系，钛酸钡锶为Ba0.71Sr0.29TiO3、五氧化二铌加入量为Ba0.71Sr0.29TiO3重量的0.5%，三氧化二钴加入量为Ba0.71Sr0.29TiO3重量的0.3%，基本配方体系为100g 。

[0027] 表1、2给出本发明的二组实施例6个配方，二组实施例6个配方的主要原料采用陶瓷电容器级纯，在制备时首先采用常规的化学原料用固相法分别合成BaTiO3、SrTiO3、LiBiO2、Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉，然后按配方配料，将配好的料用蒸馏水或去离子水采用行星球磨机球磨混合，料:球:水=1:3:(0.6~1.0)， 球磨4~8小时后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8~10%的浓度为10%的聚乙烯醇溶液，进行造粒，混研后过40目筛，再在20~30Mpa压力下进行干压成生坯片，然后在温度为900~920℃下保温1~4小时进行排胶和烧结，再在780~800℃下保温15分钟进行烧银，形成银电极，再焊引线，进行包封，即得陶瓷电容器，测试其介电性能，上述各配方试样的介电性能列于表3。

[0028] 从表3可以看出所制备的电容器陶瓷耐电压高，可达10kV/mm(直流电压,DC)以上、4kV/mm(交流电压，AC)以上；介电常数为3000左右；介质损耗小于1.5%；电容温度变化率小，符合X7R特性的要求。

[0029] LiBiO2的制备过程如下:将Bi2O3和Li2CO3以1：1的摩尔比例的料混合研磨混匀，混合料放在刚玉坩埚内在800℃至820℃下保温30分钟制备LiBiO2，冷却后研磨直到可以过200目筛，留以备用。

[0030] Li2O-B2O3-ZnO玻璃粉的制备过程如下：将Li2CO3：B2O3：ZnO以1：3：1的摩尔比例的料混合研磨混匀，混合料放在刚玉坩埚内在810℃至840℃下保温40分钟，随后倒入冷水中淬冷，干燥以后研磨直到可以过200目筛，留以备用。

[0031] 表1添加物的加入量及成份