碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制作方法
碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，先将Na2CO3、Bi2O3、TiO2按摩尔百分比1:1:4配料，煅烧后制得Na0.5Bi0.5TiO3固体颗粒；再将Na0.5Bi0.5TiO3，BaTiO3，Nb2O5按质量比1：6.2：0.17配料，于1000℃预烧，制得熔块；再外加质量百分比为5%的玻璃粉及质量百分比为4～4.5%的碳酸锰，球磨后烘干；再经过造粒、成型、排蜡后，于1130～1160℃烧结，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。本发明获得的粉体组分均一，过程无污染；介电常数εr≥900，在100℃～310℃范围内电容量变化率ΔC/C100℃≤±15%。
【专利说明】碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料
【技术领域】
[0001]本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种MnCO3掺杂高温度稳定型BaTiO3基介质材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着多种移动电子设备诸如笔记本电脑、移动电话、数码相机、汽车电子等的高速发展，片式电子元器件逐步取代了传统引线型电子元件。片式多层陶瓷电容器(MLCC)是目前生产量、销售量最大的片式元器件，它是将电极材料和陶瓷坯体以多层交替并联叠合起来，并同时烧成一个整体。
[0003]近年来，MLCC用介质材料的发展趋势一直是改善其综合性能，在保证其高可靠性的前提下，扩展其使用温度范围，先后出现满足EIA (Electronic Industries Associate,国际电子工业协会)X7R (工作温度范围为-55~125°C)、X8R (工作温度范围为-55~150°C)、X9R (工作温度范围为-55~200°C)标准的介质材料。然而，在航空航天、地质勘探、汽车电子等领域 ，MLCC的使用环境更加苛刻。在某些领域，特定温度段使用的介质材料的研究也具有意义。
[0004]本发明提供的碳酸猛掺杂BaTiO3基介质体系具有优异的介电性能(ε r ^ 900,AC/C100°C^ ±15%，100°〇~310°0，其烧结温度1130°C~1160°C，是一种很有前景的高温稳定型多层陶瓷电容器介质材料。
【发明内容】
[0005]本发明的目的，为适应在更加苛刻的温度环境下使用，提供一种容量变化率较小、工作温度范围较宽的高温稳定型(100°c -310°C)陶瓷电容器介质材料的制备方法。
[0006]本发明通过如下技术方案予以实现。
[0007]一种碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，步骤如下:
[0008](I)将Na2C03、Bi203、Ti02按摩尔百分比1: 1:4配料，与去离子水混合球磨4h后烘干，于800°C煅烧，制得Naa5Bia5TiO3固体颗粒；
[0009](2)将Naa5Bia5TiO3,BaTiO3,Nb2O5按质量比1:6.2:0.17配料，与去离子水混合球磨4h后烘干，于1000°C预烧，制得熔块；
[0010](3)向步骤(2)预烧所得熔块中外加质量百分比为5%的玻璃粉，及质量百分比为4~4.5%的碳酸锰，于去离子水中球磨2h，烘干；
[0011](4)在步骤(3)烘干后的粉料中外加质量百分比为5~8%的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，再压制成生坯，成型压力6~IOMPa ；
[0012](5)将步骤(4)制得的生坯使用埋料的方式烧结，先经3~4h升温至550°C排蜡，再经过I~3h升至1130~1160°C烧结，保温lh，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。
[0013]所述步骤(1)、(2),(3)均使用QM-3SP4行星式球磨机进行球磨，球磨机转速400转/分钟。
[0014] 所述步骤(3)的玻璃粉组成及其质量百分比含量为:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03。
[0015]所述步骤(4)采用769YP-24B型粉末压片机进行压制成型，使用Φ20模具。
[0016]所述步骤(5)的烧结温度为1140°C。
[0017]本发明提供的碳酸锰掺杂BaTiO3基介质材料的制备方法，其烧结温度为:1130~1160°C，材料介电常数≥900，在100°C~310°C范围内电容量变化率AC/CiciciOS ±15%。是一种高温稳定型多层陶瓷电容器介质材料。此外，该制备工艺获得粉体的组分均一，过程无污染。
【具体实施方式】
[0018]本发明所用原料均采用分析纯原料，具体实施例如下。
[0019]实施例1:
[0020]先将似20)3、81203、1102按质摩尔百分比1:1:4配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于800°C预烧，制得Naa5Bia5TiO3 固体颗粒 JfNaa5Bia5TiO3, BaTiO3, Nb2O5 按质量比 I:6.2:0.17 配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于1000°C预烧；向预烧所得熔块中外加质量百分比5%的玻璃粉(玻璃粉组成及质量百分比含量为:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03)，质量百分比4%的碳酸锰，于去离子水中混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨2h，烘干。再将所得烘干粉料中加入质量百分比为5%的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，使用Φ20模具，于769YP-24B型粉末压片机上压制成生坯，成型压力6MPa。烧结时先经3h升温至550°C排蜡，再经过1.5h升至1130°C烧结，保温lh，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。然后，再将所得制品的上下表面均匀涂覆银浆，经840°C烧渗制备电极，制得宽工作温度范围的陶瓷电容器。
[0021]实施例2:
[0022]先将似20)3、81203、1102按质摩尔百分比1:1:4配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于800°C预烧，制得Naa5Bia5TiO3 固体颗粒 JfNaa5Bia5TiO3, BaTiO3, Nb2O5 按质量比 I:6.2:0.17 配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于1000°C预烧；向预烧所得熔块中外加质量百分比5%的玻璃粉(玻璃粉组成及质量百分比含量为:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03)，质量百分比4.3%的碳酸锰，于去离子水中混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨2h，烘干。再将所得烘干粉料中加入质量百分比为5%的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，使用Φ 20模具，于769YP-24B型粉末压片机上压制成生坯，成型压力6MPa。烧结时先经3h升温至550°C排蜡，再经过1.5h升至1140°C烧结，保温lh，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。然后，再将所得制品的上下表面均匀涂覆银浆，经840°C烧渗制备电极，制得宽工作温度范围的陶瓷电容器。
[0023]实施例3[0024]先将似20)3、81203、1102按质摩尔百分比1:1:4配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于800°C预烧，制得Naa5Bia5TiO3 固体颗粒 JfNaa5Bia5TiO3, BaTiO3, Nb2O5 按质量比 I:6.2:0.17 配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于1000°C预烧；向预烧所得熔块中外加质量百分比5%的玻璃粉(玻璃粉组成及质量百分比含量为:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03)，质量百分比4.5%的碳酸锰，于去离子水中混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨2h，烘干。再将所得烘干粉料中加入质量百分比为5%的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，使用Φ 20模具，于769YP-24B型粉末压片机上压制成生坯，成型压力6MPa。烧结时先经3h升温至550°C排蜡，再经过1.5h升至1160°C烧结，保温lh，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。然后，再将所得制品的上下表面均匀涂覆银浆，经840°C烧渗制备电极，制得宽工作温度范围的陶瓷电容器。
[0025]本发明测试方法和检测设备如下:(交流测试信号:频率为1kHz，电压为IV)。
[0026]( I)介电常数和损耗的测试
[0027]使用HEWLETT PACKARD4278A型电容量测试仪测试样品的电容量C和损耗tan δ，
并换算出样品的介电常数。对于圆片电容器，换算关系如下:
【权利要求】
1.一种碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，步骤如下: (1)将Na2C03、Bi2O3'TiO2按摩尔百分比1: 1:4配料，与去离子水混合球磨4h后烘干，于800°C煅烧，制得Naa5Bia5TiO3固体颗粒； (2)将Naa5Bia5TiO3,BaTiO3, Nb2O5按质量比I:6.2:0.17配料，与去离子水混合球磨4h后烘干，于1000°C预烧，制得熔块； (3)向步骤(2)预烧所得熔块中外加质量百分比为5%的玻璃粉，及质量百分比为4~4.5%的碳酸锰，于去离子水中球磨2h，烘干； (4)在步骤(3)烘干后的粉料中外加质量百分比为5~8%的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，再压制成生坯，成型压力6~IOMPa ； (5)将步骤(4)制得的生坯使用埋料的方式烧结，先经3~4h升温至550°C排蜡，再经过I~3h升至1130~1160°C烧结，保温lh，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。
2.根据权利要求1所述的碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)、(2)、(3)均使用QM-3SP4行星式球磨机进行球磨，球磨机转速400转/分钟。
3.根据权利要求1所述的碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3 )的玻璃粉组成及其质量百分比含量为:20%Bi203、30%Pb304、30%TiO2、20%Η3Β03。
4.根据权利要求1所述的碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)采用769ΥΡ-24Β型粉末压片机进行压制成型，使用Φ20模具。
5.根据权利要求1所述的碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)的烧结温度为1140°C。
【文档编号】C04B35/622GK103936410SQ201410133060
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】李玲霞, 陈俊晓, 张宁, 柳亚然, 高正东, 于经洋 申请人:天津大学
【专利摘要】本发明公开了一种碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，先将Na2CO3、Bi2O3、TiO2按摩尔百分比1:1:4配料，煅烧后制得Na0.5Bi0.5TiO3固体颗粒；再将Na0.5Bi0.5TiO3，BaTiO3，Nb2O5按质量比1：6.2：0.17配料，于1000℃预烧，制得熔块；再外加质量百分比为5%的玻璃粉及质量百分比为4～4.5%的碳酸锰，球磨后烘干；再经过造粒、成型、排蜡后，于1130～1160℃烧结，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。本发明获得的粉体组分均一，过程无污染；介电常数εr≥900，在100℃～310℃范围内电容量变化率ΔC/C100℃≤±15%。
【专利说明】碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料
【技术领域】
[0001]本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种MnCO3掺杂高温度稳定型BaTiO3基介质材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着多种移动电子设备诸如笔记本电脑、移动电话、数码相机、汽车电子等的高速发展，片式电子元器件逐步取代了传统引线型电子元件。片式多层陶瓷电容器(MLCC)是目前生产量、销售量最大的片式元器件，它是将电极材料和陶瓷坯体以多层交替并联叠合起来，并同时烧成一个整体。
[0003]近年来，MLCC用介质材料的发展趋势一直是改善其综合性能，在保证其高可靠性的前提下，扩展其使用温度范围，先后出现满足EIA (Electronic Industries Associate,国际电子工业协会)X7R (工作温度范围为-55~125°C)、X8R (工作温度范围为-55~150°C)、X9R (工作温度范围为-55~200°C)标准的介质材料。然而，在航空航天、地质勘探、汽车电子等领域 ，MLCC的使用环境更加苛刻。在某些领域，特定温度段使用的介质材料的研究也具有意义。
[0004]本发明提供的碳酸猛掺杂BaTiO3基介质体系具有优异的介电性能(ε r ^ 900,AC/C100°C^ ±15%，100°〇~310°0，其烧结温度1130°C~1160°C，是一种很有前景的高温稳定型多层陶瓷电容器介质材料。
【发明内容】
[0005]本发明的目的，为适应在更加苛刻的温度环境下使用，提供一种容量变化率较小、工作温度范围较宽的高温稳定型(100°c -310°C)陶瓷电容器介质材料的制备方法。
[0006]本发明通过如下技术方案予以实现。
[0007]一种碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，步骤如下:
[0008](I)将Na2C03、Bi203、Ti02按摩尔百分比1: 1:4配料，与去离子水混合球磨4h后烘干，于800°C煅烧，制得Naa5Bia5TiO3固体颗粒；
[0009](2)将Naa5Bia5TiO3,BaTiO3,Nb2O5按质量比1:6.2:0.17配料，与去离子水混合球磨4h后烘干，于1000°C预烧，制得熔块；
[0010](3)向步骤(2)预烧所得熔块中外加质量百分比为5%的玻璃粉，及质量百分比为4~4.5%的碳酸锰，于去离子水中球磨2h，烘干；
[0011](4)在步骤(3)烘干后的粉料中外加质量百分比为5~8%的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，再压制成生坯，成型压力6~IOMPa ；
[0012](5)将步骤(4)制得的生坯使用埋料的方式烧结，先经3~4h升温至550°C排蜡，再经过I~3h升至1130~1160°C烧结，保温lh，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。
[0013]所述步骤(1)、(2),(3)均使用QM-3SP4行星式球磨机进行球磨，球磨机转速400转/分钟。
[0014] 所述步骤(3)的玻璃粉组成及其质量百分比含量为:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03。
[0015]所述步骤(4)采用769YP-24B型粉末压片机进行压制成型，使用Φ20模具。
[0016]所述步骤(5)的烧结温度为1140°C。
[0017]本发明提供的碳酸锰掺杂BaTiO3基介质材料的制备方法，其烧结温度为:1130~1160°C，材料介电常数≥900，在100°C~310°C范围内电容量变化率AC/CiciciOS ±15%。是一种高温稳定型多层陶瓷电容器介质材料。此外，该制备工艺获得粉体的组分均一，过程无污染。
【具体实施方式】
[0018]本发明所用原料均采用分析纯原料，具体实施例如下。
[0019]实施例1:
[0020]先将似20)3、81203、1102按质摩尔百分比1:1:4配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于800°C预烧，制得Naa5Bia5TiO3 固体颗粒 JfNaa5Bia5TiO3, BaTiO3, Nb2O5 按质量比 I:6.2:0.17 配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于1000°C预烧；向预烧所得熔块中外加质量百分比5%的玻璃粉(玻璃粉组成及质量百分比含量为:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03)，质量百分比4%的碳酸锰，于去离子水中混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨2h，烘干。再将所得烘干粉料中加入质量百分比为5%的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，使用Φ20模具，于769YP-24B型粉末压片机上压制成生坯，成型压力6MPa。烧结时先经3h升温至550°C排蜡，再经过1.5h升至1130°C烧结，保温lh，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。然后，再将所得制品的上下表面均匀涂覆银浆，经840°C烧渗制备电极，制得宽工作温度范围的陶瓷电容器。
[0021]实施例2:
[0022]先将似20)3、81203、1102按质摩尔百分比1:1:4配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于800°C预烧，制得Naa5Bia5TiO3 固体颗粒 JfNaa5Bia5TiO3, BaTiO3, Nb2O5 按质量比 I:6.2:0.17 配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于1000°C预烧；向预烧所得熔块中外加质量百分比5%的玻璃粉(玻璃粉组成及质量百分比含量为:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03)，质量百分比4.3%的碳酸锰，于去离子水中混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨2h，烘干。再将所得烘干粉料中加入质量百分比为5%的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，使用Φ 20模具，于769YP-24B型粉末压片机上压制成生坯，成型压力6MPa。烧结时先经3h升温至550°C排蜡，再经过1.5h升至1140°C烧结，保温lh，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。然后，再将所得制品的上下表面均匀涂覆银浆，经840°C烧渗制备电极，制得宽工作温度范围的陶瓷电容器。
[0023]实施例3[0024]先将似20)3、81203、1102按质摩尔百分比1:1:4配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于800°C预烧，制得Naa5Bia5TiO3 固体颗粒 JfNaa5Bia5TiO3, BaTiO3, Nb2O5 按质量比 I:6.2:0.17 配料，与去离子水混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨4h后烘干并于1000°C预烧；向预烧所得熔块中外加质量百分比5%的玻璃粉(玻璃粉组成及质量百分比含量为:20%Bi203、30%Pb304、30%Ti02、20%H3B03)，质量百分比4.5%的碳酸锰，于去离子水中混合球磨，使用QM-3SP4行星式球磨机(球磨机转速400转/分钟)球磨2h，烘干。再将所得烘干粉料中加入质量百分比为5%的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，使用Φ 20模具，于769YP-24B型粉末压片机上压制成生坯，成型压力6MPa。烧结时先经3h升温至550°C排蜡，再经过1.5h升至1160°C烧结，保温lh，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。然后，再将所得制品的上下表面均匀涂覆银浆，经840°C烧渗制备电极，制得宽工作温度范围的陶瓷电容器。
[0025]本发明测试方法和检测设备如下:(交流测试信号:频率为1kHz，电压为IV)。
[0026]( I)介电常数和损耗的测试
[0027]使用HEWLETT PACKARD4278A型电容量测试仪测试样品的电容量C和损耗tan δ，
并换算出样品的介电常数。对于圆片电容器，换算关系如下:
【权利要求】
1.一种碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，步骤如下: (1)将Na2C03、Bi2O3'TiO2按摩尔百分比1: 1:4配料，与去离子水混合球磨4h后烘干，于800°C煅烧，制得Naa5Bia5TiO3固体颗粒； (2)将Naa5Bia5TiO3,BaTiO3, Nb2O5按质量比I:6.2:0.17配料，与去离子水混合球磨4h后烘干，于1000°C预烧，制得熔块； (3)向步骤(2)预烧所得熔块中外加质量百分比为5%的玻璃粉，及质量百分比为4~4.5%的碳酸锰，于去离子水中球磨2h，烘干； (4)在步骤(3)烘干后的粉料中外加质量百分比为5~8%的石蜡造粒，然后过1000孔/cm3分样筛，再压制成生坯，成型压力6~IOMPa ； (5)将步骤(4)制得的生坯使用埋料的方式烧结，先经3~4h升温至550°C排蜡，再经过I~3h升至1130~1160°C烧结，保温lh，制得碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料。
2.根据权利要求1所述的碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)、(2)、(3)均使用QM-3SP4行星式球磨机进行球磨，球磨机转速400转/分钟。
3.根据权利要求1所述的碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3 )的玻璃粉组成及其质量百分比含量为:20%Bi203、30%Pb304、30%TiO2、20%Η3Β03。
4.根据权利要求1所述的碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)采用769ΥΡ-24Β型粉末压片机进行压制成型，使用Φ20模具。
5.根据权利要求1所述的碳酸锰掺杂高温稳定型钛酸钡基介质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)的烧结温度为1140°C。
【文档编号】C04B35/622GK103936410SQ201410133060
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】李玲霞, 陈俊晓, 张宁, 柳亚然, 高正东, 于经洋 申请人:天津大学
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