钛酸钡基陶瓷介电材料、电容器介质陶瓷及其制备方法与流程

本发明属于陶瓷介质，尤其涉及一种钛酸钡基陶瓷介电材料、电容器介质陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、多层陶瓷电容器(multilayer ceramic capacitor，mlcc)广泛用于通讯设备、汽车电子、产业机器、医疗机器等领域的通信基础设备电路中。近年来，移动电子设备的小型化使得mlcc逐渐向小型化、大容量的方向发展。钛酸钡(batio3)是mlcc中ⅱ类电容器的基体材料，其具有较高的介电常数，但想要得到大容量的钛酸钡基mlcc，需增加叠层数量，导致mlcc的可靠性大幅下降。batio3基陶瓷同样具有高介电常数、良好的铁电、电学和压电性能，在多层陶瓷电容器、压电转能器、压敏电阻等器件中具有广泛的应用前景。但是钛酸钡材料不适用于目前使用环境所需求的性能，因此为提高钛酸钡陶瓷的弛豫行为及介电性能，国内外科研人员为此付出了不懈的努力。发现掺杂改性可以在一定程度上提高bt的介电性能例如相对介电常数的增大以及介电损耗的降低等。因此在此基础上寻求适合于当前掺杂剂的烧结工艺也尤为重要。

2、由美国电子工业协会(electronic industries alliance，eia)电容器规范中提到，x7s于温度-55℃～125℃之间时，电容变化率必须在±22％之间。钛酸钡在温度改变时的稳定性会影响其介电特性，通常居里温度附近其介电性质会发生突变，为了克服上述问题，需要对其钛酸钡粉体进行性能优化，适用于电容器使用标准的性能。

3、因此，现亟需一种不仅具备高介电常数和低介电损耗，且同时拥有高介电温度稳定性的钛酸钡基瓷料。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种高介电常数、介电常数温度变化率符合x7s标准的钛酸钡基陶瓷介电材料、电容器介质陶瓷及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明第一方面提供一种钛酸钡基陶瓷介电材料，所述钛酸钡基陶瓷介电材料以batio3为主体材料，以dy2o3、mgo、mno2、cao、sio2作为改性掺杂材料；其中，所述主体材料的添加量为100mol％，所述改性掺杂材料的总添加量6.10mol％～9.00mol％。

4、进一步的，所述钛酸钡基陶瓷介电材料中，所述dy2o3的添加量为0.5mol％～0.8mol％，所述mgo的添加量为3.0mol％～4.6mol％，所述mno2的添加量为0.9mol％～1.1mol％，所述cao的添加量为0.5mol％～0.7mol％，所述sio2的添加量为1.2mol％～1.8mol％。

5、进一步的，所述batio3的颗粒尺寸为150nm～280nm，所述dy2o3、mgo、mno2、cao、sio2的颗粒尺寸为纳米级颗粒试剂。

6、本发明第二方面提供上述的钛酸钡基陶瓷介电材料的制备方法，该方法包括：以水热法合成所述主体材料，将所述主体材料和改性掺杂材料混合后依次进行湿法球磨处理、干燥处理，得到所述钛酸钡基陶瓷介电材料。

7、进一步的，所述的湿法球磨处理具体包括：以3mm锆珠作为研磨介质，以无水乙醇进行湿磨，球磨转速为200r/min～280r/min，球磨时间为12h～48h。

8、进一步的，所述的干燥处理具体包括：在烘箱设备中进行100℃干燥，直至干燥完全。

9、本发明第三方面提供电容器介质陶瓷的制备方法，该方法包括：将粘结剂加入到如上述的钛酸钡基陶瓷介电材料中，经研磨后进行模压成型处理制得圆坯，将所述圆坯进行烧结处理，得到所述电容器介质陶瓷。

10、进一步的，所述的粘结剂是以8wt％pva，按照12wt％～18wt％滴入所述钛酸钡基陶瓷介电材料中，进行研磨分散；所述的模压成型处理的参数为340mpa～380mpa，保压时间为20s～30s，压制成φ8mm×1.8mm的圆坯。

11、进一步的，所述的烧结处理具体包括：在烧结气氛下、在管式炉中进行，以1℃/min～2℃/min加热至1190℃～1280℃范围内并保温1h～2h，烧结成瓷，再以4℃/min～8℃/min降温至室温；其中在升温过程中，分别在300℃和600℃保温25min～35min，用于充分排胶；所述的烧结气氛为空气或还原性气氛；其中，所述的还原性气氛包括以体积分数计的1％h2和99％n2。

12、本发明第四方面提供上述的电容器介质陶瓷的制备方法所制得的电容器介质陶瓷。

13、相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：

14、1.本发明是以batio3作为主体材料，通过改性掺杂优化batio3材料性能，制备出高介电常数、低介电损耗及低容温变化率的钛酸钡基陶瓷介电材料。其中sio2常用来作为烧结助剂，降低烧结温度并扩展烧结温度范围，抑制或促进陶瓷晶粒生长，与bt反应生成低共熔相，超过此温度，使液相流动并润湿晶粒，促进致密化烧结，而添加cao可以形成sio2-cao-bt三元系统，在有液相参与烧结的晶粒溶解-沉淀机制中，可以阻止bt晶粒生长进而形成粒径小致密度高的颗粒；添加mno2作为抗还原剂，抑制ti4+在还原气氛中烧结形成ti3+产生氧空位等缺陷，劣化陶瓷的介电性能，提高其剩余极化强度。mgo作为晶粒抑制剂存在，调节晶粒晶界的元素分布，抑制晶粒生长，其中mgo与稀土元素dy2o3具有协同作用，调节陶瓷晶粒的“芯-壳”结构，借此稳定温度对电容的影响。

15、2.在batio3晶粒及mgo-dy2o3的协同作用下，调节陶瓷晶粒的“芯-壳”结构及弥散相变的诱发使该瓷料的容稳系数显著提高，符合x7s标准。本发明提供的钛酸钡基陶瓷介电材料及电容器制备过程简单，不含有毒物质，与镍等贱金属内电极匹配良好，致密度高，晶粒小，缺陷少，具有广泛的应用前景。

1.钛酸钡基陶瓷介电材料，其特征在于：所述钛酸钡基陶瓷介电材料以batio3为主体材料，以dy2o3、mgo、mno2、cao、sio2作为改性掺杂材料；其中，所述主体材料的添加量为100mol％，所述改性掺杂材料的总添加量6.10mol％～9.00mol％。

2.根据权利要求1所述的钛酸钡基陶瓷介电材料，其特征在于，所述钛酸钡基陶瓷介电材料中，所述dy2o3的添加量为0.5mol％～0.8mol％，所述mgo的添加量为3.0mol％～4.6mol％，所述mno2的添加量为0.9mol％～1.1mol％，所述cao的添加量为0.5mol％～0.7mol％，所述sio2的添加量为1.2mol％～1.8mol％。

3.根据权利要求1所述的钛酸钡基陶瓷介电材料，其特征在于，所述batio3的颗粒尺寸为150nm～280nm，所述dy2o3、mgo、mno2、cao、sio2的颗粒尺寸为纳米级颗粒试剂。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的钛酸钡基陶瓷介电材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：以水热法合成所述主体材料，将所述主体材料和改性掺杂材料混合后依次进行湿法球磨处理、干燥处理，得到所述钛酸钡基陶瓷介电材料。

5.根据权利要求4所述的钛酸钡基陶瓷介电材料的制备方法，其特征在于，所述的湿法球磨处理具体包括：以3mm锆珠作为研磨介质，以无水乙醇进行湿磨，球磨转速为200r/min～280r/min，球磨时间为12h～48h。

6.根据权利要求4所述的钛酸钡基陶瓷介电材料的制备方法，其特征在于，所述的干燥处理具体包括：在烘箱设备中进行100℃干燥，直至干燥完全。

7.电容器介质陶瓷的制备方法，其特征在于，该方法包括：将粘结剂加入到如权利要求1至3中任一项所述的钛酸钡基陶瓷介电材料中，经研磨后进行模压成型处理制得圆坯，将所述圆坯进行烧结处理，得到所述电容器介质陶瓷。

8.根据权利要求7所述的电容器介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述的粘结剂是以8wt％pva，按照12wt％～18wt％滴入所述钛酸钡基陶瓷介电材料中，进行研磨分散；所述的模压成型处理的参数为340mpa～380mpa，保压时间为20s～30s，压制成φ8mm×1.8mm的圆坯。

9.根据权利要求8所述的电容器介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述的烧结处理具体包括：在烧结气氛下、在管式炉中进行，以1℃/min～2℃/min加热至1190℃～1280℃范围内并保温1h～2h，烧结成瓷，再以4℃/min～8℃/min降温至室温；其中在升温过程中，分别在300℃和600℃保温25min～35min，用于充分排胶；所述的烧结气氛为空气或还原性气氛；其中，所述的还原性气氛包括以体积分数计的1％h2和99％n2。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的电容器介质陶瓷的制备方法所制得的电容器介质陶瓷。