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CN1109005C - 介电陶瓷组合物的制备方法 - Google Patents

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CN1109005C CN00803096A CN00803096A CN1109005C CN 1109005 C CN1109005 C CN 1109005C CN 00803096 A CN00803096 A CN 00803096A CN 00803096 A CN00803096 A CN 00803096A CN 1109005 C CN1109005 C CN 1109005C
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Abstract

介电陶瓷组合物的制备方法,所述组合物包括至少一种钛酸钡主组分,具有SiO2主组分的第二种次要组分和至少一种选自MO(注:M是至少一种选自Ba、Ca、Sr和Mg的元素)、Li2O和B2O3的物质和其它次要组分,所述方法包括下列步骤:将所述主组分与除第二种次要组分之外的至少部分其它次要组分混合,制备一种预煅烧粉末;煅烧所述的预煅烧粉末,制备一种煅烧粉末;和将至少所述的第二种次要组分混合到所述的煅烧粉末中,获得一种次要组分与BaTiO3主组分的比例达到预定摩尔比的介电陶瓷组合物。

Description

介电陶瓷组合物的制备方法
发明领域
本发明涉及介电陶瓷组合物的制备方法,所述组合物具有抗还原性,1000或1000以上的比电容率,满足EIA标准中X8R特性(在-55-150℃内,Δ=±15%)的电容-温度特性,小的介电损耗,高的电容率,高的绝缘电阻和极高的温度加速寿命特性。
背景技术
多层陶瓷电容器被广泛用作小型、大电容、高可靠性电子装置,一个电子装置中所用的数量很大。近年来,随着装置的小型化和高性能,对更小型化、大电容、低成本和高可靠性多层陶瓷电容器的需求越来越迫切。
对于具有高电容率和平坦电容-温度特性的介电陶瓷组合物来说,已知一种组合物,其中含有BaTiO3主组分并添加有Nb2O5-Co3O4、MgO-Y、稀土元素(Dy、Ho等)、Bi2O3-TiO2等。这种含BaTiO3主组分的介电陶瓷组合物的温度特性难以符合130℃或更高温度的高温区域内电容-温度特性的R特性标准(Δ=±15%内),原因是BaTiO3的居里温度接近120℃。因此,高电容率的BaTiO3基材料仅能符合EIA标准中X7R特性(-55-125℃,Δ=±15%内)的标准。
近几年来,在诸如装配在发动机室内的发动机电子控制部件(ECU)、曲柄角传感器、机动车中防锁定制动器系统(ABS)模件的各种电子装置中已经开始使用多层陶瓷电容器。因为这些电子装置是用于稳定发动机控制系统、驱动控制系统和制动器控制系统的,因此,要求电路的温度稳定性处于良好状况。
考虑到使用这些电子装置的环境是在冬季寒冷的地方,温度降到约-20℃或更低,而在夏季启动发动机后温度上升到约+130℃或更高。近来,有一种倾向是减少使电子装置与一种起控制作用的设备连接的导线,在某些情况下,是将电子装置安装在机动车的外部,以便使电子装置更直接地与环境接触。因此,普通的具有X7R特性的介电陶瓷组合物不能适应这种应用。
此外,温度特性优于温度补偿的电容器材料,基于(Sr,Ca)(Ti,Zr)O3、Ca(Ti,Zr)O3、Nd2O3-2TiO2、La2O3-2TiO2等材料通常是已知的,但是,因为这些组合物具有极低的比电容率(一般不高于100),所以基本上不能用这些组合物生产大电容量的电容器。
另一方面,在含BaTiO3主组分的介电陶瓷组合物中,有人提出用Bi、Pb等元素置换BaTiO3中的Ba,使居里温度移向高温侧,以便符合X8R特性标准(日本待审专利公开号JP10-25157、JP9-40465)。还有人提出通过选择BaTiO3+CaZrO3+ZrO+Nb2O3的组成来满足X8R特性标准(日本待审专利公开JP4-295048、JP4-292458、JP4-292459、JP5-109319和JP6-243721)。但是,在这些组合物的任一种中,由于Pb、Bi和Zn易于蒸发并且使用时散射,因此需在诸如空气的氧化气氛中烧制。结果,带来的问题是在电容器中不能将廉价的Ni或其它基础金属用作内部电极,而必须使用昂贵的稀有金属例如Pd、Au、Ag等。
为了解决该问题,本发明人提出了一种介电陶瓷组合物,其中将Ni或Ni合金用作电容器的内部电极(日本待审专利公开JP10-2206、JP11-206291和JP11-206292)。
根据这些技术,通过使介电陶瓷组合物中包含稀土元素,例如Sc、Er、Tm、Yb、Lu等,可使居里温度移向高温侧,并使在居里温度或更高温度下的电容-温度变化率趋于平缓,改善可靠性(高温负荷寿命、电容时间改变等)。
但是,当增加介电陶瓷组合物中稀土元素的添加量时,含有稀土元素主组分的第二相在电介质中往往是偏析(segregate)的。由于第二相的偏析,而使电介质的强度得到改善,但是经本发明人证实:偏析的第二相具有的厚度会与取决于介电层厚度的多层电容器的介电层厚度相同,易于削弱电容器的可靠性。本发明人还证实:随着介电层中偏析的第二层的数量增加,电容率和绝缘电阻的乘积(CR积)通常会降低。
安装在机动车中的多层陶瓷电容器在获得大电容和小型化方面取得了进展,有一种趋势是使介电层的厚度变得更薄。因此,尤其是在向介电陶瓷组合物中添加稀土元素的介电陶瓷组合物中,需要一种技术控制将要偏析的第二相的尺寸和数量。
为了改善具有X7R特性的介电陶瓷组合物的可靠性,有人提出了一种预先煅烧BaTiO3主组分和添加剂的方法(日本审查专利公开JP7-118431)。在该专利公开的技术中,认为最终由介电组合物构成的组成会变成(Ba、Mg、Ca、Sr、Zn)(Ti、R)O3+(Ca+Ba)ZrO3+玻璃。然后,假定R=Sc、Y、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、Tb、Tm和Lu,对BaTiO3和添加剂进行煅烧,使得用(Ba+Mg+Ca+Sr+Zn)/(Ti+Zr+R)表示的摩尔比下降到1.00-1.04的范围内。
但是,在该方法中,前提是认为碱土金属(Mg、Ca、Sr、Ba)是溶解在Ba位点中的,稀土元素(R=Sc、Y、Gd、Dy、Ho、Er、Yb、Tb、Tm、Lu)是溶解在Ti位点中的。因此,随着稀土元素的添加量增加,碱土金属的数量将不可避免地增加。另外,当该组合物中的摩尔比在上述指定范围内时,高温负荷寿命(IR寿命)如同X8R特性一样最终被缩短。同时,当碱土金属据此而增加时,那么带来的一个问题是难以煅烧。因此,Zn的问题是易于蒸发。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能生产介电陶瓷组合物的方法,这种组合物最好是用作多层片式电容器的介电陶瓷组合物,其中能将诸如Ni、Ni合金等的基础金属用作内部电极,能控制除主组分之外的各种相的偏析,控制电介质的细微结构,使电容-温度特性符合X8R特性标准,介电损耗低,电容率和绝缘电阻高,并且高温加速的寿命特性极好。
为了实现上述目的,根据本发明,提供了一种生产介电陶瓷组合物的方法,所述组合物至少包括:
由钛酸钡组成的主组分;
用作助烧结剂的第二种次要组分;和
其它次要组分;所述方法包括下列步骤:
将主组分与至少部分除第二种次要组分之外的其它次要组分混合,制备一种预煅烧粉末;
煅烧所述的预煅烧粉末,制备一种煅烧粉末;和
将至少所述的第二种次要组分与所述的煅烧粉末混合,获得一种介电陶瓷组合物,其中次要组分与主组分之比为预定的摩尔比。
在本发明中,所述钛酸钡主组分优选具有用BamTiO2+m表示的组成,其中m为0.995≤m≤1.010,Ba和Ti的比例为0.995≤Ba/Ti≤1.010;和
所述第二种次要组分含有SiO2主组分和选自MO(注:M是至少一种选自Ba、Ca、Sr和Mg的元素)、Li2O和B2O3的至少一种物质。
在本发明中,更优选地,所述第二种次要组分用(Ba,Ca)xSiO2+x(注:x=0.7-1.2)表示。该第二种次要组分被认为是起助烧结剂的作用。
如果第二种次要组分具有用(Ba,Ca)xSiO2+x(注:x=0.7-1.2)表示的组成,那么第二种次要组分中Ba和Ca的比例可以是任意的取值或者仅含有两种中的一种。
在本发明中,优选在700-1100℃,更优选在800-1050℃的温度下煅烧上述预煅烧粉末。注意可反复煅烧多次。
使预煅烧粉末与至少第二种次要组分进行充分的混合,根据需要,可将主组分和部分其它的次要组分进一步地混合,使得最终获得的介电陶瓷组合物中的组成在下述范围内。
根据本发明的第一方面,优选地,
所述第二种次要组分含有SiO2主组分和选自MO(注:M是选自Ba、Ca、Sr和Mg的至少一种元素)、Li2O和B2O3的至少一种物质;
所述其它次要组分至少包括:
一种含有选自MgO、CaO、BaO、SrO和Cr2O3的至少一种第一种次要组分;
一种含有选自V2O5、MoO3和WO3的至少一种第三种次要组分;和
一种含有一种R1氧化物(注:Rl是选自Sc、Er、Tm、Yb和Lu的至少一种元素)的第四种次要组分;和
将所述煅烧粉末至少与所述的第二种次要组分混合,各次要组分相对于100摩尔所述主组分的比例是:
第一种次要组分:0.1-3摩尔,
第二种次要组分:2-10摩尔,
第三种次要组分:0.01-0.5摩尔,和
第四种次要组分:0.5-7摩尔(其中:第四种次要组分的摩尔数就是R1本身的比例)。
在本发明第一方面中,优选地,制备所述的预煅烧粉末,以使所述的预煅烧粉末中所含的各组分的摩尔比(Ba+第一种次要组分的金属元素)/(Ti+第四种次要组分的金属元素)小于1,或(Ba+第四种次要组分的金属元素)/(Ti+第一种次要组分的金属元素)大于1,并且进行煅烧。
在本发明的第二方面中,优选地,
所述第二种次要组分含有SiO2主组分和至少一种选自MO(注:M是选自Ba、Ca、Sr和Mg的元素)、Li2O和B2O3的至少一种物质;
所述其它次要组分至少包括:
一种含有选自MgO、CaO、BaO、SrO和Cr2O3的至少一种第一种次要组分;
一种含有选自V2O5、MoO3和WO3的至少一种第三种次要组分;和
一种含有一种R1氧化物(注:R1是至少一种选自Sc、Er、Tm、Yb和Lu的元素)的第四种次要组分;和
一种含有一种R2氧化物(注:R2是至少一种选自Y、Dy、Ho、Tb、Gd和Eu的元素)的第五种次要组分;和
将所述煅烧粉末至少与所述的第二种次要组分混合,各次要组分相对于100摩尔所述主组分的比例是:
第一种次要组分:0.1-3摩尔,
第二种次要组分:2-10摩尔,
第三种次要组分:0.01-0.5摩尔,和
第四种次要组分:0.5-7摩尔(其中:第四种次要组分的摩尔数就是R1本身的比例);和
第五种次要组分:2-9摩尔(其中:第五种次要组分的摩尔数就是R2本身的比例)。
在本发明第二方面中,优选地,制备所述的预煅烧粉末,以使所述的预煅烧粉末中所含的各组分的摩尔比(Ba+第一种次要组分的金属元素)/(Ti+第四种次要组分的金属元素+第五种次要组分的金属元素)小于1,或(Ba+第四种次要组分的金属元素+第五种次要组分的金属元素)/(Ti+第一种次要组分的金属元素)大于1,并且进行煅烧。
在本发明的第二方面中,优选情况是在制备预煅烧粉末时就使预煅烧粉末中含有第五种次要组分。另外,在制备预煅烧粉末时,理想情况是使预煅烧粉末中不含第四种次要组分。再者,在制备预煅烧粉末时,理想情况是预煅烧粉末中始终含有第一种次要组分。此外,所述预煅烧粉末中所含的第一种次要组分的摩尔数小于第四种次要组分和第五种次要组分的总摩尔数(注:第四种次要组分和第五种次要组分的摩尔数分别就是R1本身和R2本身的比例)。
根据本发明的第三方面,提供了一种生产介电陶瓷组合物的方法,所述组合物至少含有:
由钛酸钡构成的主组分;
作为助烧结剂的第二种次要组分;
含有CaZrO3或CaO+ZrO2的第六种次要组分;和
其它次要组分;所述方法包括下列步骤:
将所述的主组分与所述的第六种次要组分和至少部分除第二种次要组分之外的其它次要组分混合,制备一种预煅烧粉末;
煅烧所述的预煅烧粉末,制备一种煅烧粉末;和
将至少所述的第二种次要组分与所述的煅烧粉末混合,获得一种介电陶瓷组合物,其中次要组分与主组分之比为预定的摩尔比。
根据本发明的第四方面,优选地,
所述其它次要组分至少包括:
一种含有选自MgO、CaO、BaO、SrO和Cr2O3的至少一种第一种次要组分;
一种含有选自V2O5、MoO3和WO3的至少一种第三种次要组分;和
一种含有一种R1氧化物(注:R1是选自Sc、Er、Tm、Yb和Lu的至少一种元素)的第四种次要组分;和
将所述煅烧粉末至少与所述的第二种次要组分混合,各次要组分相对于100摩尔所述主组分的比例是:
第一种次要组分:0.1-3摩尔,
第二种次要组分:2-10摩尔,
第三种次要组分:0.01-0.5摩尔,和
第四种次要组分:0.5-7摩尔(其中:第四种次要组分的摩尔数就是R1本身的比例);和
第六种次要组分:>0-5摩尔(注:0未包括在内)。
在本发明第四方面中,优选地,制备所述的预煅烧粉末,以使所述的预煅烧粉末中所含的各组分的摩尔比(Ba+Ca+第一种次要组分的金属元素)/(Ti+Zr+R1)小于1,或(Ba+Ca+R1)/(Ti+Zr+第一种次要组分的金属元素)大于1,并且进行煅烧。
根据本发明的第五方面,优选地,
所述其它次要组分至少包括:
一种含有选自MgO、CaO、BaO、SrO和Cr2O3的至少一种第一种次要组分;
一种含有选自V2O5、MoO3和WO3的至少一种第三种次要组分;和
一种含有一种R1氧化物(注:R1是选自Sc、Er、Tm、Yb和Lu的至少一种元素)的第四种次要组分;和
一种含有一种R2氧化物(注:R2是选自Y、Dy、Ho、Tb、Gd和Eu的至少一种元素)的第五种次要组分;和
将所述煅烧粉末至少与所述的第二种次要组分混合,各次要组分相对于100摩尔所述主组分的比例是:
第一种次要组分:0.1-3摩尔,
第二种次要组分:2-10摩尔,
第三种次要组分:0.01-0.5摩尔,和
第四种次要组分:0.5-7摩尔(其中:第四种次要组分的摩尔数就是R1本身的比例);和
第五种次要组分:2-9摩尔(其中:第五种次要组分的摩尔数就是R2本身的比例);和
第六种次要组分:>0-5摩尔(注:0未包括在内)。
根据本发明第五方面中,优选地,制备所述的预煅烧粉末,以使所述的预煅烧粉末中所含的各组分的摩尔比(Ba+Ca+第一种次要组分的金属元素)/(Ti+Zr+R1+R2)小于1,或(Ba+Ca+R1+R2)/(Ti+Zr+第一种次要组分的金属元素)大于1,并且进行煅烧。
在本发明的第五方面中,优选情况是在制备预煅烧粉末时就使预煅烧粉末中始终含有第五种次要组分。另外,在制备预煅烧粉末时,理想情况是预煅烧粉末中始终含有第一种次要组分。更为理想的情况是在制备预煅烧粉末时在预煅烧粉末中始终含有第一种次要组分、第四种次要组分和第五种次要组分。此外,所述预煅烧粉末中所含的第一种次要组分的摩尔数小于第四种次要组分和第五种次要组分的总摩尔数(注:第四种次要组分和第五种次要组分的摩尔数分别就是R1本身和R2本身的比例)。
在介电陶瓷组合物的常规生产方法中,一旦将钛酸钡和添加剂混合,就生产了介电陶瓷组合物的混合粉末或介电料浆。但是,在该方法中,添加剂等(第一至第六种次要组分)的偏析,是在烧成后出现在介电陶瓷组合物中的,并且导致了组合物中各晶体之间的不均匀。由于偏析,导致电介质的电容率和绝缘电阻下降。
根据本发明,通过将主组分与至少一种除第二种次要组分之外的第一种次要组分、第三种次要组分、第四种次要组分、第五种次要组分和第六种次要组分混合并进行煅烧,抑制了组合物中各晶粒之间的不均匀性,从而可生产这样的一种介电陶瓷组合物,其中抑制了偏析相的沉积,控制了偏析相的尺寸,符合X8R特性标准,改善了绝缘电阻和比电容率,获得了优异的可靠性。这是由本发明人首次发现的。
另外,根据本发明,在向介电陶瓷组合物中添加两种或多种稀土元素(第四种次要组分和第五种次要组分)的情况下,通过在煅烧前就使粉末中已经含有第五种次要组分,可生产具有优异可靠性的介电陶瓷组合物,其中抑制了偏析相的沉积,控制了偏析相的尺寸,改善了CR积和可靠性,同时符合了X8R特性标准。这也是由本发明人首次发现的。
此外,根据本发明,通过使介电陶瓷组合物中含有第六种次要组分,会产生使居里温度移向高温侧的效果和使电容-温度特性平坦的效果。还有改善CR积和强度抗直流电绝缘击穿的效果。
如上所述,因为按本发明方法生产的电容器能符合EIA标准中X8R特性标准,所以这种电容器可在像机动车发动机室内的高温环境下使用。而且,按本发明方法生产的介电陶瓷组合物不含易于蒸发和扩散的元素,例如Pb、Bi和Zn,因此,可将它们在还原性气氛中进行烧制。此外,由于它们可使用诸如Ni和Ni合金类的基础金属作为内部电极,因此其生产成本较低。
另外,按本发明生产方法生产的介电陶瓷组合物在还原气氛下烧制时符合X8R特性标准,电容老化特性和在直流电场中应用时的绝缘电阻的损坏小并且可靠性也很好。因此,即便将多层电容器做的较薄时,人们期望按该方法有抑制高温区域内温度改变速率衰减的效果。
由于按本发明生产方法生产的介电陶瓷组合物不含像Pb、Bi等类的物质,因此,有可能提供一种在使用后经处理对环境负面影响小的产品。
在本发明的生产方法中,有可能提供一种组成均匀并且因添加剂偏析形成的不同相少的介电陶瓷组合物,借助于该方法可改善介电陶瓷组合物的电容率和绝缘电阻。此外,在本发明的生产方法中,由于能防止偶然出现的结构缺陷,因此有可能提供一种具有高可靠性的多层陶瓷电容器。
此外,由于不改变添加剂的组成就能抑制不同相的偏析,因此,可容易地生产电容-温度特性符合X8R特性标准的介电陶瓷组合物。
附图简述
下面根据附图中所示的实施方案详细说明本发明,其中:
图1是多层陶瓷电容器的剖面图;
图2是根据本发明实施方案在介电陶瓷组合物中第四种次要组分和第六种次要组分之间优选关系的曲线图;
图3是根据本发明实施方案生产图1所示电容器方法的流程图;
图4是用本发明实施例获得的介电陶瓷组合物的电容-温度特性曲线图;
图5是第六种次要组分含量和CR积之间的关系曲线图;
图6是本发明参比例获得的介电陶瓷组合物的电容-温度特性曲线图;
图7是按本发明实施例获得的介电陶瓷组合物的电容-温度特性和偏移特性曲线图;
图8是煅烧后添加剂在粉末中分散程度的曲线图;
图9是对比例101的介电陶瓷组合物在烧成前混合粉末的TEM观测图象的照片;
图10是参比例101的介电陶瓷组合物煅烧粉末的TEM观测图象的照片;
图11是实施例113的介电陶瓷组合物煅烧粉末的TEM观测图象的照片;
图12是实施例114的介电陶瓷组合物煅烧粉末的TEM观测图象的照片;
图13是实施例107的介电陶瓷组合物煅烧粉末的TEM观测图象的照片;
图14是实施例115的介电陶瓷组合物煅烧粉末的TEM观测图象的照片;
图15是实施例102的介电陶瓷组合物煅烧粉末的TEM观测图象的照片。
发明的最佳方案多层陶瓷电容器
在说明本发明介电陶瓷组合物的制法之前,先说明多层陶瓷电容器。
如图1所示,根据本发明的实施方案,多层陶瓷电容器1具有由介电层2和内部电极层3交替叠加构成的电容器装置体10。在电容器装置体10的两端形成了一对外部电极4,它们与交替地排列在装置体10内部的内部电极层3电连接。对电容器装置体10的形状没有特别的限制,但是,通常被制成平行六面体。另外,对尺寸也没有特殊的要求,可根据应用制成合适的尺寸大小。但是,它们通常具有约(0.6-5.6mm)×(0.3-5.0mm)×(0.3-1.9mm)的大小。
内部电极层3叠加设置,以使其端面交替地暴露在电容器装置体10的两个相对端的表面上。该对外部电极4形成在电容器装置体10的两端上并与交替排列的内部电极层3的露出端面连接,以便形成电容器电路。介电层2
介电层2含有按本发明方法生产的介电陶瓷组合物。
按本发明实施方案生产的介电陶瓷组合物是由一种至少包括下列组分的介电陶瓷组合物组成的:
含钛酸钡的主组分,
一种含有选自MgO、CaO、BaO、SrO和Cr2O3的至少一种第一种次要组分;
一种含有SiO2主组分和一种选自MO(注:M是选自Ba、Ca、Sr和Mg的至少一种元素)、Li2O和B2O3化合物的第二种次要组分;
一种含有选自V2O5、MoO3和WO3的至少一种第三种次要组分,
一种含有一种“R1”氧化物(注:“R1”是选自Sc、Er、Tm、Yb和Lu的至少一种元素)的第四种次要组分;和
一种包括CaZrO3或CaO+ZrO2任选组分的第六种次要组分。
上述各次要组分与钛酸钡主组分的比例相对于100摩尔钛酸钡为:
第一种次要组分:0.1-3摩尔,
第二种次要组分:2-10摩尔,
第三种次要组分:0.01-0.5摩尔,和
第四种次要组分:0.5-7摩尔,和
第六种次要组分:>0-5摩尔(注:0未包括在内),
优选地,
第一种次要组分:0.5-2.5摩尔,
第二和次要组分:2.0-5.0摩尔,
第三和次要组分:0.1-0.4摩尔,
第四种次要组分:0.5-5.0摩尔,和
第六种次要组分:0.5-3摩尔。
注意:上述第四种次要组分的比例不是R1氧化物的摩尔比,而是单独的R1的摩尔比。也就是说,如果采用Yb的氧化物作为第四种次要组分,那么第四种次要组分的比例为1摩尔并不是指Yb2O3的比例为1摩尔,而是指Yb的比例为1摩尔。
在该说明书中,构成主组分和次要组分的各种氧化物是用化学计量组成来表示的,但是氧化物的氧化价态也可偏离化学计量组成。但是,发现次要组分的上述比例是通过将构成次要组分的氧化物中所含的金属数量转变成上述化学计量组成的氧化物来计量的。此外,可以使用上述氧化物和它们的混合物和复合氧化物作为介电陶瓷组合物的粉末原料,但是,也可进行适当的选择、混合和采用各种在烧成后变成上述氧化物或复合氧化物的化合物,例如碳酸盐、草酸盐、硝酸盐、氢氧化物,并且可使用有机金属化合物。
对上述次要组分的含量进行限制的原因如下。
如果第一种次要组分(MgO、CaO、BaO、SrO和Cr2O3)的含量太低,那么电容-温度变化速率最后变得太大。另一方面,如果该含量太高,那么烧结性变差并且IR寿命有缩短的趋势。注意:第一种次要组分中氧化物的比例可以是任意的比例。
如果第二种次要组分的含量太低,那么电容-温度特性变差,而IR(绝缘电阻)下降。另一方面,如果该含量太高,IR寿命变得不够长,并出现电容率的急降。
第二种次要组分主要起助烧结剂的作用,但是,在制备更薄的介电层时,也具有改善起始绝缘电阻缺陷率的作用。
上述第二种次要组分优选用(Ba,Ca)xSiO2+x(注:x=0.7-1.2)表示。第一种次要组分也含有第二种次要组分[(Ba,Ca)xSiO2+x]中以更优选的状态存在的BaO和CaO,但是,复合氧化物(Ba,Ca)xSiO2+x具有的熔点低,致使它们与主组分之间具有良好的反应性。因此,在本发明中,最好也添加上述复合氧化物形式的BaO和/或CaO。(Ba,Ca)xSiO2+x中以更优选的状态存在的“x”优选为0.7-1.2,更优选0.8-1.1。如果“x”太低,即SiO2的含量太高,那么主组分BamTiO2+n将参与反应,介电特性最终将被削弱。另一方面,如果“x”太高,那么熔点将变高并且烧结性将变差,这不是优选的。注意:第二种次要组分中的Ba和Ca的比例是任意的比例。仅含Ba和Ca中一种的次要组分也是可行的。
第三种次要组分(V2O5、MoO3和WO3)在居里温度或更高的温度下,起平缓电容-温度特性的作用,和延长IR寿命的作用。如果第三种次要组分的含量太低,那么这些作用变得不充分。另一方面,如果含量太高,IR明显下降。注意:第三种次要组分中氧化物的组合比可以是任意的。
第四种次要组分(Rl氧化物)表现出将居里温度移向高温侧的效果和平缓电容-温度特性的效果。如果第四种次要组分的含量太低,那么这些效果不明显,并且电容-温度特性最终将被削弱。另一方面,如果含量太高,烧结性倾向于变差。在第四种次要组分中,Yb氧化物是优选的,这是因为它能高效地改善特性并且成本低廉。
本发明的介电陶瓷组合物,视需要优选含有R2氧化物(注:R2是至少一种选自Y、Dy、Ho、Tb、Gd和Eu)作为第五种次要组分。第五种次要组分(R2氧化物)表现出改善IR和延长IR寿命的效果,并对电容-温度特性的负面影响小。但是,如果第五种次要组分的含量太高,那么烧结性倾向于变差。在第五种次要组分中,Y氧化物是优选的,这是因为它能高效地改善特性并且成本低廉。
第四种次要组分和第五种次要组分总量相对于100摩尔BaTiO3主组分的比例优选13摩尔或更少,更优选10摩尔或更少(注:第四种次要组分和第五种次要组分的比例是单独的R1和R2的摩尔比)。它们用于保持良好的烧结性。
本发明实施方案的介电陶瓷组合物,视需要含有CaZrO3或CaO+ZrO2作为第六种次要组分。在第六种次要组分中,Ca和Zr的摩尔比可以是任意的,但优选Ca/Zr=0.5-1.5,更优选Ca/Zr=0.8-1.5,特别优选Ca/Zr=0.9-1.1。
在这种情况下,如果第四种次要组分和第六种次要组分与100摩尔BaTiO3主组分的比例,分别用X坐标和Y坐标表示(注释:第四种次要组分的比例是单独的R1的摩尔比),那么它们优选落在由Y=5,Y=0,Y=(2/3)X-(7/3),X=0.5和X=5的直线围成的范围内的关系中(注:不包括Y=0的界线,即对应于包括边界的“a”部分,图2中的边界Y=0除外)。
进一步优选地,如果第四种次要组分和第六种次要组分与100摩尔BaTiO3主组分的比例,分别用X坐标和Y坐标表示(注释:第四种次要组分的比例是单独的R1的摩尔比),那么它们优选落在由Y=5,Y=0,Y=(2/3)X-(7/3),Y=-(1.5)X+9.5,X=1和X=5的直线围成的范围内的关系中(注:不包括Y=0的界线,即对应于包括边界的“b”部分,图2中的边界Y=0除外)。
第六种次要组分(CaZrO3或CaO+ZrO2)表现出使居里温度移向高温侧的效果,并且有平缓电容-温度特性的效果。另外,有改善CR积和直流电绝缘击穿强度的效果。注意:如果第六种次要组分的含量太高,那么IR的加速寿命大大缩短,电容-温度特性(X8R特性)最终被削弱。因此,第六种次要组分的含量相对于100摩尔的BaTiO3而言,优选为>0-5摩尔(注:0不包括在内),更优选为0.5-3摩尔。
对CaZrO3的添加剂形式没有特别的限制,诸如由Ca构成的CaO类的氧化物、CaCO3类的碳酸盐、有机化合物、CaZrO3等都是可使用的。
通过调整第四种次要组分(R1氧化物)和第六种次要组分(CaZrO3等)的含量,可使电容-温度特性(X8R特性)变得平坦,并且延长高温加速寿命和改善CR积。特别是,在上述数值范围内,可抑制不同相的偏析,并使结构一致。如果第四种次要组分和/或第五种次要组分的含量太高,那么作为针状体的烧绿石相易于沉积,当多层陶瓷电容器的介电层之间的厚度较薄时会观察到特性有劣化的倾向(CR积降低)。另一方面,如果第四种次要组分和/或第五种次要组分的含量太低,那么就有使电容-温度特性变得不符合要求的倾向。
此外,本发明介电陶瓷组合物可含有MnO作为第七种次要组分。第七种次要组分表现出促进烧结,改善IR特性和延长IR寿命的效果。为了获得明显的效果,第七种次要组分相对于100摩尔钛酸钡的比例优选为0.01摩尔或更高。注意:如果第七种次要组分的含量太高,那么对电容-温度特性有不良影响,因此,该比例优选为0.5摩尔或更低。
另外,本发明的介电陶瓷组合物除了上述氧化物外还可含有Al2O3。Al2O3对电容-温度特性不产生太大的副作用,并且表现出改善烧结性、IR特性和延长IR寿命的效果。但是,如果Al2O3的含量太高,那么烧结性将变差,IR特性降低,因此Al2O3的含量相对于100摩尔BaTiO3优选不超过1摩尔,更优选不超过整个介电陶瓷组合物的1摩尔。
注意:如果Sr、Zr和Sn中的至少一种元素代替构成钙钛矿结构的主组分中的Ba或Ti,那么居里温度移向低温侧,致使电容-温度特性在高于125℃时变差。因此,最好不使用含这些元素的BaTiO3[例如,(Ba,Sr)TiO3]作为主组分。但是,含有一定量的杂质不会带来特定的问题(低于整个介电陶瓷组合物的0.1摩尔%)。
对本发明介电陶瓷组合物的平均颗粒尺寸没有特别的限制,可以根据介电层等的厚度适当确定,例如在0.1-3.0微米的范围内。平均颗粒尺寸太小,电容-温度特性变差,介电层变薄并易于损坏。因此,当不得不制备平均颗粒尺寸小,特别是当平均颗粒尺寸为O.1-0.5微米时,本发明的介电陶瓷组合物是特别有效的。此外,如果平均颗粒尺寸太小,那么IR寿命被延长,整个时间内在DC电场下的电容改变进一步变小,正如上文从该观点出发的一样,平均颗粒尺寸最好较小。
本发明介电陶瓷组合物的居里温度(从铁电相转变成顺电相的相转变温度)可通过选择组成而改变,但是,为了符合X8R特性标准,优选在120℃或更高,特别优选在123℃或更高。注意:居里温度可通过DSC(差示扫描量热法)测量。
本发明介电陶瓷组合物包括的介电层的厚度一般为40微米/层或该值以下,特别是在30微米/层或该值以下。厚度的最低极限一般为约2微米。本发明的介电陶瓷组合物在改善多层陶瓷电容器的电容-温度特性方面是有效的,其中所述电容器的介电层是如此的薄。注意:介电层中叠加的层数一般为约2-300。
使用了本发明介电陶瓷组合物的多层陶瓷电容器适合于用作在80℃或更高温度,尤其是在125-150℃的环境中使用的设备中的电子装置。在该温度范围内,电容的温度特性符合EIA标准中的R特性标准,而且符合X8R特性标准。还能同时符合EIAJ标准中的B特性标准[在-25-85℃下电容的改变率在±10%之间(参考温度为20℃)]和EIA标准中的X7R特性标准(-55-125℃,ΔC=±15)。
在多层陶瓷电容器中,介电层通常是在至少0.02V/μm,尤其是至少0.2V/μm,特别是至少0.5V/μm至一般不高于5V/μm的AC电场和累计不高于5V/μm的DC电场下工作的,但是,即便在这样的电场下使用时,其电容的温度特性也是极其稳定的。内部电极层3
对内部电极层3中所含的导电材料没有特别的限制,但是,可使用基础金属,原因是构成介电层2的材料具有抗还原的能力。用作导电材料的基础金属优选为Ni或Ni合金。Ni合金优选选自Mn、Cr、Co和Al的至少一种元素与Ni的合金。合金中Ni的含量优选不高于95重量%。
注意:Ni或Ni合金可含有P并且其它各种痕量组分的数量不高于0.1重量%。
内部电极层的厚度可根据应用等适当确定,但是,一般为0.5-5微米,优选0.5-2.5微米。内部电极4
对内部电极4中所含的导电材料没有特别的限制,但是,在本发明中,可使用廉价的Ni、Cu或它们的合金。
外部电极的厚度可根据应用等适当确定,但是,一般为10-50微米。多层陶瓷电容器的制备方法
采用本发明介电陶瓷组合物制备方法生产的多层陶瓷电容器包括下列步骤:采用常规的利用料浆的印刷法或片压法制备生坯芯片,烧制生坯芯片,然后印刷或转印并烧结外部电极。下文将详细说明制备方法。
首先,制备介电料浆中包含的介电陶瓷组合物。在本发明中,在获得上述介电陶瓷组合物的粉末前,先进行煅烧。即将除第二种次要组分(例如(Ba,Ca)xSiO2+x)之外的所有组分中的至少一种组分,即主组分(例如BaTiO3),第一种次要组分(例如MgCO3),第三种次要组分(例如V2O5),第四种次要组分(例如Yb2O3),第五种次要组分(例如Y2O3)和第六种次要组分(例如CaZrO3)混合并干燥,制备一种预煅烧粉末。
然后煅烧预煅烧粉末。对煅烧条件没有特别的限制,但是,煅烧最好是在下列条件下进行:
温升速率:50-400℃/小时,尤其是100-300℃/小时
保温温度:700-1100℃,尤其是700-900℃
保温时间:0.5-6小时,尤其是1-3小时
气氛:在空气中或氮气中。
借助于氧化铝辊等手段粗粉碎煅烧粉末,然后至少加入第二种次要组分(例如(Ba,Ca)xSiO2+x),视需要,添加剩余的添加剂,获得具有上述最终组成的混合粉末。接着,根据需要用球磨机等装置混合经混合的粉末并干燥,以便获得具有本发明组成的介电陶瓷组合物。
接着,将介电陶瓷组合物的粉末制成制备介电层料浆用的涂料。介电层料浆可以是一种有机基涂料,是通过将介电陶瓷组合物的粉末和有机赋形剂混合获得的,也可以是一种水基涂料。
介电陶瓷组合物粉末可使用上述氧化物、它们的混合物和复合氧化物,除了这些物质外,可从各种化合物中进行适当地选择,只要这些化合物经烧制能生成上述氧化物或复合氧化物,例如碳酸盐、草酸盐、硝酸盐、氢氧化物、有机金属化合物等,也可使用它们的混合物。介电陶瓷组合物粉末中各化合物含量的确定应使得烧制后能获得上述介电陶瓷组合物的组成。
介电陶瓷组合物粉末的平均颗粒直径在制成料浆前的状态下一般为0.1-3微米。
有机赋形剂是由溶解在有机溶剂中的粘合剂组成的。对用作有机赋形剂的粘合剂没有特别的限制,但是,可从乙基纤维素、聚乙烯丁醛和其它普通的粘合剂中适当选择。另外,对所使用的有机溶剂也没有特别的限制,可根据印刷法、片压法或其它所用方法从萜品醇、丁基卡必醇、丙酮、甲苯和其它有机溶剂中适当选择。
另外,当采用水基涂料作为介电层料浆时,将水基赋形剂与介电层组分一起进行充分捏合,所述赋形剂是由溶解在水中的水基粘合剂或分散剂等组成的。对用作水基赋形剂的水基粘合剂没有特别的限制。例如可使用聚乙烯醇、纤维素、水溶性丙烯酸树脂等。
通过将导电材料与上述有机赋形剂一起进行捏合,制备内部电极层料浆,所述导电材料是由上述各种类型的导电金属和合金,或各种类型的氧化物、有机金属化合物、树脂酸盐等组成的,它们是在与所述赋形剂一起烧制后,变成上述导电材料的。
可按与上述内部电极层料浆相同的方法制备外部电极料浆。
对上述料浆中的有机赋形剂的含量没有特别的限制,可采用落在常规范围内的数量,例如,粘合剂的含量为1-5重量%,溶剂的含量为10-50重量%。此外,视需要而定,料浆可含有各种类型的选自分散剂、增塑剂、电介质、绝缘体等的添加剂。这些物质的总含量优选不超过10重量%。
当采用印刷法时,将介电层料浆和内部电极层料浆依次地印刷在PET或其它基板上。然后将它们切成预定的形状,从基板上剥离下料浆体,形成一块生坯芯片。
当采用片压法时,用介电层料浆形成生坯板,将内部电极层料浆印刷在该板的上部,然后进行叠加形成生坯芯片。
在烧制生坯芯片前,对其进行处理,除去粘合剂。除去粘合剂的处理可在普通条件下进行。如果将Ni或Ni合金或其它基础金属用作内部电极层的导电材料,那么处理优选在下列条件下进行:
温升速率:5-300℃/小时,尤其是10-100℃/小时
保温温度:180-400℃,尤其是200-300℃
保温时间:0.5-24小时,尤其是5-20小时
气氛:在空气中。
可根据内部电极层料浆中导电材料的类型,适当确定烧制生坯芯片时的气氛,但是,如果采用Ni或Ni合金或其它基础金属作为导电材料,那么烧制气氛中的氧分压优选在10-8-10-12大气压。如果氧分压低于该数值范围,那么内部电极层的导电材料的烧结变得异常,并且在某些情况下中部最终断裂。此外,如果氧分压高于上述数值范围,那么内部电极层易于被氧化。
在烧制时间内的保温温度优选是在1100-1400℃,更优选在1200-1360℃,特别优选在1200-1340℃。如果保温温度低于上述数值范围,那么不足以致密化,而高于上述数值范围,就会因内部电极层的异常烧结而使电极有断裂的倾向,电容-温度特性因内部电极层所含的材料的分散而劣化,并使介电陶瓷组合物发生还原。
烧制时的各种条件除了上述条件外,优选从下列范围内选择:
温升速率:50-500℃/小时,尤其是200-300℃/小时
保温时间:0.5-8小时,尤其是1-3小时
冷却速率:50-500℃/小时,尤其是200-300℃/小时
注意:烧成气氛最好是还原气氛。保护气体例如优选使用N2和H2的湿混气体。
当烧成是在还原气氛下进行时,优选对电容器装置体进行退火处理。退火过程是对介电层的再氧化过程。由于该过程大大延长了IR寿命,因此可靠性得到改善。
退火气氛下的氧分压为10-9或该值以上,优选10-6或该值以上,更优选10-5-10-4大气压。如果氧分压低于上述数值范围,难以进行介电层的再氧化,而高于上述数值范围时,内部电极层易于被氧化。
退火时的保温温度是在1100℃或更低,优选500-1100℃。如果保温温度低于上述数值范围,那么介电层的氧化变得不充分,IR有下降的趋势,IR寿命被缩短。另一方面,如果保温温度超过上述数值范围时,不仅内部电极层发生氧化和电容下降,而且内部电极层最终与介电材料发生反应,结果导致电容-温度特性有劣化的倾向,IR下降,IR寿命被缩短。注意:退火可包括单一的温升过程和温降过程。即保温时间也可以是零。在这种情况下,保温温度是最高温度的同义词。
退火时的各种条件除了上述条件外优选由下列范围确定:
保温时间:0-20小时,尤其是6-10小时
冷却速率:50-500℃/小时,尤其是100-300℃/小时
注意:优选使用湿N2作为保护气体。
在除去粘合剂,烧制和退火的过程中,例如可使用润湿剂湿润N2或混合气体。在这种情况下,水的温度优选在5-75℃。
除去粘合剂、烧成和退火过程可连续或间歇式进行。当采用连续方式进行时,优选在除去粘合剂后,未经冷却就改变气氛,然后使温度升至烧成用的保温温度,进行烧成,然后冷却芯片,在达到退火的保温温度时改变气氛,然后进行退火。另一种情况,当采用间歇式进行时,在烧成的同时,优选在N2或湿N2气氛下除去粘合剂的同时,使温度升至保温温度,然后改变气氛,再升温。优选将芯片冷却至退火的保温温度下,然后再将气氛变成N2或湿N2气氛,并继续冷却。另外,在退火时,可使N2气氛中的温度升至保温温度,然后改变温度或在湿N2气氛下进行整个退火过程。
采用诸如鼓式抛光或砂喷等工艺,对由此获得的电容器装置体进行端抛,然后用外部电极料浆印刷或转印,烧制成外部电极4。外部电极料浆的烧成条件例如优选在600-800℃下烧制1小时,或在N2和H2的湿混气体中烧制。另外,根据需要,可采用镀覆等技术在外部电极4的表面上形成一层覆盖层。
本发明的多层陶瓷电容器是以这样的方式在至少80℃,特别是125℃或更高并且不高于150℃的温度下生成的。在125℃或更高并且不高于150℃的温度下,电容-温度改变率同样符合了EIA标准中的R特性的要求。而且,电容-温度改变率即使在施加至少0.02V/μm,尤其是至少0.2V/μm,特别是0.5V/μm的交流电场和累积施加不高于5V/μm直流电场的情况下也是稳定的。
通过焊接等手段将由此获得的本发明多层陶瓷电容器安装到用于各类电子设备中的镀覆电路板上。
注意:本发明不受上述实施方案的限制,可以在本发明的范围内作各种改变。
例如,不仅将按本发明方法制备的介电陶瓷组合物用作多层陶瓷电容器,而且也用作由介电层形成的其它电子装置。
下面借助于进一步详细描述的实施例说明本发明,但是,本发明不受这些实施例的限制。
实施例1
按下列方法生成多层陶瓷电容器试样。
首先,制备下列料浆。
介电层料浆
先准备粒径在0.1-1微米范围内的主组分和次要组分的各种成分。将碳酸盐用作MgO和MnO的成分,并将氧化物用作其它成分。将(Ba0.6Ca0.4)SiO3用作第二种次要组分的成分。注意(Ba0.6Ca0.4)SiO3是通过球磨机湿混BaCO3、CaCO3和SiO216小时,干燥混合物,然后在1150℃的空气中烧成并进一步用球磨机粉磨100小时制成的。
首先,将BaTiO3主组分和MgCO3第一种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BamTiO2+m,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3,另外,在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为1.009。而检测(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比时,如表1所示为0.991。
接着,煅烧预煅烧粉末。
煅烧条件如下:
温升速率:300℃/小时
保温温度(表2中T1):1000℃
保温时间:2小时
气氛:空气
用铝辊粉化经煅烧获得的物料,制得一种煅烧粉末,然后,如表2所示,向煅烧粉末中添加3.0摩尔的(Ba0.6Ca0.4)SiO3(在表2中是以BCG表示的),0.374摩尔MnCO3,0.1摩尔V2O5,2.1摩尔Yb2O3和2.0摩尔Y2O3,采用球磨机对其进行预混合16小时,然后进行干燥,获得一种具有最终组成的介电陶瓷组合物。
采用球磨机将100重量份按该方法获得的介电陶瓷组合物粉末,4.8重量份丙烯酸树脂,40重量份二氯甲烷,20重量份乙酸乙酯,6重量份溶剂油和4重量份丙酮混合,制成一种料浆。
内部电极层料浆
采用三辊捏练机捏练100重量份平均粒径为0.2-0.8微米的Ni颗粒,40重量份有机赋形剂(将8重量份乙基纤维素溶解在92重量份丁基卡必醇中获得的)和10重量份丁基卡必醇,制成一种料浆。
外部电极料浆
将100重量份平均粒径为0.5微米的Cu颗粒,35重量份有机赋形剂(将8重量份乙基纤维素树脂溶解在92重量份丁基卡必醇中获得的)和7重量份丁基卡必醇一起捏练,制成一种料浆。
制备生坯芯片
采用上述介电层料浆在PET膜上形成一块厚度为15微米的生坯片。在生坯片的表面上印刷内部电极料浆,然后使生坯片与15微米厚的PET膜剥离并从PET膜上取下生坯片。随后,将4层印刷有内部电极料浆的生坯片叠加在多个保护生坯片上(那些未在其上印刷内部电极层料浆的生坯片)并压制,获得一种生坯芯片。
烧制
首先将生坯芯片切成预定尺寸,然后在下列条件下进行处理,除去粘合剂,烧制,并退火,然后与外部电极一起形成结构如图1所示的多层陶瓷电容器。
除去粘合剂的处理条件
温升速率:15℃/分钟
保温温度:280℃
保温时间:8小时
气氛:空气
烧成条件
温升速率:200℃/小时
保温温度(表2中的T2):如表2所示的温度
保温时间:2小时
冷却速率:300℃/小时
保护气体:N2+H2湿混气体
氧分压:10-9大气压
退火条件
保温温度:900℃
保温时间:9小时
冷却速率:300℃/小时
保护气体:湿N2
氧分压:4×10-7大气压
注意:对于烧成和退火时保护气体的润湿,采用水温为35℃的润湿剂。
外部电极
外部电极是通过喷砂处理烧制体的端面进行抛光,然后将上述外部电极料浆转印到端面上并在N2+H2湿气氛中于800℃下烧制10分钟形成的。
由此制得的试样具有的尺寸为3.2mm×1.6mm×0.6mm,将4个介电层夹在内部电极层间,介电层的厚度为10微米。各内部电极层的厚度为1.5微米。
除了制备电容器试样外,还制备了圆盘形试样。这些圆盘形试样的组成与上述电容器的介电层相同并且是在相同的条件下烧成的。在试样的两面上涂覆直径为5mm的In-Ga电极。
按下列特性评估试样。
比电容率(∈r),介电损耗(tanD)
在25℃下,用LCR仪测量1kHz和1Vrms条件下的圆盘试样的电容和tanD。接着,根据电容,电极尺寸和试样的厚度计算比电容率。结果示于表3中。比电容率越高越好。而介电损耗越低越好。
绝缘电阻(ρ)
在25℃下测量多层芯片电容器试样的比绝缘电阻。采用绝缘电阻试验仪(由Advantest Corporation制的R8340A(50V-1分钟值))进行比绝缘电阻的测量。结果示于表3中。注意:表3中的CR积是电容率和绝缘电阻的乘积。绝缘电阻越高越好。
击穿电压(VB)
以100V/秒的温升速率,向具有4层的多层芯片电容器施加DC电压,测定击穿电压,并测量观察到漏电流为100mA时的电压。结果示于表3中。击穿电压越高越好。
在DC电场下的IR寿命(高温加速寿命)
在200℃下,在15V/微米的电场中,对多层芯片电容器试样进行加速试验。将绝缘电阻降至1MΩ以下时的时间定为寿命。结果示于表3中。寿命越长,电容器的耐用性越好。
电容器的温度特性
在-55-+160℃的温度范围内测量多层芯片电容器试样的电容,检验是否符合X8R特性标准。注意:采用LCR仪在1V的测量电压下测量特性。结果示于图4中。
实施例2
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分和Y2O3第五种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BamTiO2+m,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3和0.5摩尔Y2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.999。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.001,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、2.1摩尔Yb2O3和1.5摩尔Y2O3,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3和图4中。
实施例3
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分和Yb2O3第四种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BamTiO2+m,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3和0.5摩尔Yb2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.999。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.001,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔的(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、1.6摩尔Yb2O3和2.0摩尔Y2O3,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3和图4中。
实施例4
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、Yb2O3第四种次要组分和Y2O3第五种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BamTiO2+m,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3,0.5摩尔Yb2O3和0.5摩尔Y2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.989。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.011,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、1.6摩尔Yb2O3和1.5摩尔Y2O3,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3和图4中。
实施例5
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、V2O5第三种次要组分、Yb2O3第四种次要组分、Y2O3第五种次要组分和MnCO3其它次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BamTiO2+m,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3、0.37摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、0.5摩尔Yb2O3和0.5摩尔Y2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.989。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.011,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、1.6摩尔Yb2O3和1.5摩尔Y2O3,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3和图4中。
对比例1
如表1和表2所示,按与实施例1相同的方法制备圆柱状试样和电容器试样,只是未进行煅烧,向100摩尔BaTiO3主组分中添加了0.9摩尔MgCO3、0.374MnCO3、3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.1摩尔V2O5、2.1摩尔Yb2O3和2.0摩尔Y2O3,对获得的混合粉末进行烧制。按实施例1进行同样的试验。结果示于表3和图4中。注意:当检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为1.000。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.000,如表1所示。
实施例6-10
按与实施例1-5相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是将烧成温度(T2)定在1340℃,按实施例1-5进行相同的试验。结果示于表3中。
对比例2
按与对比例1相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是将烧成温度(T2)定在1340℃,按对比例1进行相同的试验。结果示于表3中。
实施例11
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分和Y2O3第五种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BamTiO2+m,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3和1.0摩尔Y2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.989。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.011,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、2.1摩尔Yb2O3和1.0摩尔Y2O3,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例12
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分和Yb2O3第四种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3和1.0摩尔Yb2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.989。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.011,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔的(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、1.1摩尔Yb2O3和2.0摩尔Y2O3,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例13
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、Yb2O3第四种次要组分和Y2O3第五种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3、1.0摩尔Yb2O3和1.0摩尔Y2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.970。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)摩尔比为1.031,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔的(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、1.1摩尔Yb2O3和1.0摩尔Y2O3,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例14
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、V2O5第三种次要组分、Yb2O3第四种次要组分、Y2O3第五种次要组分和MnCO3其它次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3、0.37摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、1.0摩尔Yb2O3和1.0摩尔Y2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.970。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.031,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、1.1摩尔Yb2O3和1.0摩尔Y2O3,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例15
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分和Y2O3第五种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3和2.0摩尔Y2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.970。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.031,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5和2.1摩尔Yb2O3,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例16
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分和Yb2O3第四种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3和2.1摩尔Yb2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.968。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.033,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5和2.0摩尔Y2O3,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例17
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、Yb2O3第四种次要组分和Y2O3第五种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3、2.1摩尔Yb2O3和2.0摩尔Y2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.932。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.073,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3和0.1摩尔V2O5,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例18
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、V2O5第三种次要组分、Yb2O3第四种次要组分、Y2O3第五种次要组分和MnCO3其它次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3、0.37摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、2.1摩尔Yb2O3和2.0摩尔Y2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为0.932。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为1.073,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
参比例1
按与实施例18相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是煅烧温度(T1)定在600℃,按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例19
按与实施例18相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是煅烧温度(T1)定在700℃,按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例20
按与实施例18相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是煅烧温度(T1)定在800℃,按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例21
按与实施例18相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是煅烧温度(T1)定在900℃,按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例22
按与实施例18相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是煅烧温度(T1)定在1100℃,按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
参比例2
按与实施例18相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是煅烧温度(T1)定在1200℃,按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
参比例3
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、V2O5第三种次要组分、Yb2O3第四种次要组分和MnCO3其它次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含3.5摩尔MgCO3、0.37摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5和1.0摩尔Yb2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为1.015。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为0.986,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3,并将其在1280℃下烧制,按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
参比例4
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、V2O5第三种次要组分、Yb2O3第四种次要组分和MnCO3其它次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含3.0摩尔MgCO3、0.37摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5和0.5摩尔Yb2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为1.020。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为0.981,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3,按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
参比例5
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、V2O5第三种次要组分、Yb2O3第四种次要组分、Y2O3第五种次要组分和MnCO3其它次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表1所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含3.0摩尔MgCO3、0.37摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、0.5摩尔Yb2O3和0.5摩尔Y2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比时,如表1所示为1.010。发现(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)的摩尔比为0.990,如表1所示。
接着,按与实施例1相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表2所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3,按实施例1进行同样的试验。结果示于表3中。
实施例23
按与实施例21相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是加入了3.0摩尔的Li2O-BaO-SiO2的混合粉末(摩尔比为2∶4∶4)作为第二种次要组分,代替了3.0摩尔的BCG,并且进行与实施例21同样的试验。结果示于表4中。
对比例3
按与对比例1相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是加入了3.0摩尔的Li2O-BaO-SiO2的混合粉末(摩尔比为2∶4∶4)作为第二种次要组分,代替了3.0摩尔的BCG,并且进行与对比例1同样的试验。结果示于表4中。
实施例24
按与实施例21相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是加入了3.0摩尔的B2O3-BaO-SiO2的混合粉末(摩尔比为1∶4.5∶4.5)作为第二种次要组分,代替了3.0摩尔的BCG,并且进行与实施例21同样的试验。结果示于表4中。
对比例4
按与对比例1相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是加入了3.0摩尔的B2O3-BaO-SiO2的混合粉末(摩尔比为1∶4.5∶4.5)作为第二种次要组分,代替了3.0摩尔的BCG,并且进行与对比例1同样的试验。结果示于表4中。
实施例25
按与实施例21相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是加入了3.0摩尔的Li2O-BaO-SiO2的混合粉未(摩尔比为4∶2∶4)作为第二种次要组分,代替了3.0摩尔的BCG,并且进行与实施例21同样的试验。结果示于表4中。
对比例5
按与对比例1相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是加入了3.0摩尔的Li2O-BaO-SiO2的混合粉末(摩尔比为4∶2∶4)作为第二种次要组分,代替了3.0摩尔的BCG,并且进行与对比例1同样的试验。结果示于表4中。
评估1
如图4所示,试验证实:本发明实施例1-5的所有试样符合X8R特性标准。另外,如表1所示,通过将实施例1-5与对比例1进行对比,证实:本发明方法改善了击穿电压特性并延长了IR寿命。
另外,通过将实施例1-5与11-18进行对比,证实了在煅烧时通过添加一定量的稀土元素(Y或Yb等)添加剂,改善了绝缘电阻、击穿电压特性和延长了IR加速寿命。
而且,通过将实施例12与实施例11、13和14进行对比,证实了主要在煅烧时通过使用Y2O3第五种次要组分改善了CR积、击穿电压特性和IR寿命特性。
通过将实施例19-22与参比例1和2进行对比,证实了当煅烧温度为700-1100℃时,改善了击穿电压特性和IR寿命特性。
通过将实施例5与参比例3-5进行对比,证实了当预煅烧粉末中所含各种组分的(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)的摩尔比小于1和(Ti+Yb+Y)/(Ba+Mg+Ca+Sr)的摩尔比大于1时,主要延长了IR寿命。
通过将实施例5与参比例3-5进行对比,证实了当预煅烧粉末中所含第一种次要组分的摩尔数小于第四种和第五种次要组分的总摩尔数时(注意:第四种和第五种次要组分的摩尔数分别是单个R1和单个R2的比率),主要延长了IR寿命。
从图4和表1-4所示结果来看,发现本发明实施方案的试样符合X8R特性标准,具有足够高的比电容率和绝缘电阻,以及介电损耗方面没有特别的问题。值得注意的是,本发明实施例的试样除了符合X8R特性标准外,还符合EIAJ标准中规定的X7R特性标准和EIA标准中的X7R特性标准。
另外,从表4所示结果看,证实:在采用除BCG作为主组分外含氧化硅的助烧结剂作为第二种次要组分的情况下,可以达到本发明的效果。
实施例101
如表5和6所示,按与实施例1相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是其项目如下所示,并且按实施例1进行同样的试验。结果示于表7中。
在该实施例101中,除了实施例1所示的组成外,制备了作为第六种组分的CaZrO3(在下文中也称为CZ)。采用球磨机湿混CaCO3和ZrO3,湿混时间为16小时,然后干燥混合物并在1150℃的空气中进行烧制,再用球磨机湿混24小时。
如表6所示,将1摩尔的CZ与3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3(表中称为BCG)、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、1.0摩尔Yb2O3和2.0摩尔Y2O3一起加入到预煅烧粉末中。
按与实施例1相同的方式,将BaTiO3主组分与MgCO3第一种次要组分混合并干燥混合物来制备预煅烧粉末。如表5所示,相对于100摩尔BaTiO3(在表中称为BT),预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3。在检测预煅烧粉末中的具体组分时,预煅烧粉末中的(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)为1.009,(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)为0.991,如表5所示。
另外,煅烧保温温度(表6中的T1)为900℃,这与实施例1中的温度(1000℃)不同。
本发明实施例101中烧成时的保温温度(表6中的T2)与实施例1(1320℃)中的温度不同,表6中所示的为1300℃。
另外,在本发明实施例101中,在DC电场下进行IR寿命(高温加速寿命)试验,并且在18V/μm(这与实施例1(15V/μm)中的不同)的电场下进行加速试验。
除了上面提到的外,按与实施例1相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,并按实施例1进行同样的试验。结果示于表7中.
实施例102
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分和CaZrO3第六种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表5所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3和1.0摩尔CaZrO3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比时,该比值为1.009,(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)的摩尔比为0.991,如表5所示。
接着,按与实施例101相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表6所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、1.0摩尔Yb2O3和2.0摩尔Y2O3,并按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
实施例103
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、Y2O3第五种次要组分和CaZrO3第六种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表5所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3、2.0摩尔Y2O3和1.0摩尔CaZrO3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比时,该比值为0.989,(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)的摩尔比为1.011,如表5所示。
接着,按与实施例101相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表6所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5和1.0摩尔Yb2O3,并按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
实施例104
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、Yb2O3第四种次要组分和CaZrO3第六种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表5所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3、1.0摩尔Yb2O3和1.0摩尔CaZrO3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比时,该比值为0.989,(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)的摩尔比为1.011,如表5所示。
接着,按与实施例101相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表6所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5和2.0摩尔Y2O3,并按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
实施例105
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、Yb2O3第四种次要组分、Y2O3第五种次要组分和CaZrO3第六种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表5所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3、1.0摩尔Yb2O3、2.0摩尔Y2O3和1.0摩尔CaZrO3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比时, 该比值为0.952,(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)的摩尔比为1.051,如表5所示。
接着,按与实施例101相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表6所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3和0.1摩尔V2O5,并按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
实施例106
将BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、V2O5第三种次要组分、Yb2O3第四种次要组分、Y2O3第五种次要组分、CaZrO3第六种次要组分和MnCO3第七种次要组分混合并干燥混合物,制备预煅烧粉末。如表5所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、1.0摩尔Yb2O3、2.0摩尔Y2O3和1.0摩尔CaZrO3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比时,该比值为0.952,(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)的摩尔比为1.051,如表5所示。
接着,按与实施例101相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表6所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3,并按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
实施例107
仅混合BaTiO3主组分并进行干燥制备预煅烧粉末。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比时,该比值为1.000,(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)的摩尔比为1.000,如表5所示。
接着,按与实施例101相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表6所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.9摩尔MgCO3、0.374摩尔MnCO3和0.1摩尔V2O5、1.0摩尔Yb2O3、2.0摩尔Y2O3和1.0摩尔CaZrO3并按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
另外,在该实施例中,图8示出了煅烧粉末中添加剂(Yb、Y、Mg和Ca)的分散度。另外,图13中示出了该实施例中煅烧粉末的TEM观测图象。
注意:如图8所示,表明分散度的C.V值(%)说明了该值越低,分散度越好。C.V.值是通过下列方式获得的:绘制在EPMA分析中X射线计数值的柱状图,获得了标准偏差σ和其平均值x并按C.V=σ/x进行计算。采用由JEOL股份有限公司生产的编号为JEM-3010的产品制取TEM观测图象。注意:TEM观测用的试样是通过将粉末试样分散在乙醇中,然后滴在微网栅上,并干燥获得的。
对比例101
如表5和6所示,按与实施例101相同的方式制备柱状试样和电容器试样,只是不进行煅烧,采用含下列组分的混合粉末进行烧制,其中向100摩尔的BaTiO3主组分中添加了0.9摩尔MgCO3、0.374摩尔MnCO3、3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.1摩尔V2O5、1.0摩尔Yb2O3、2.0摩尔Y2O3和1.0摩尔CaZrO3。按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。注意:检测到的组合物中具体组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比为1.000,和(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)的摩尔比为1.000,如表5所示。
另外,图8示出了在对比例101中烧制前混合粉末中添加剂(Yb、Y、Mg和Ca)的分散程度。图9还示出了在对比例101中进行烧制前混合粉末的TEM观测图象。
对比例102
通过混合BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分和(Ba0.6Ca0.4)SiO3第二种次要组分并干燥混合物制备预煅烧粉末(不含CZ)。如表5所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含0.9摩尔MgCO3和3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比时,该比值为1.009,(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)的摩尔比为0.991,如表5所示。
接着,按与实施例101相同的方式煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表6所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5、1.0摩尔Yb2O3和2.0摩尔Y2O3(不含CZ),按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
实施例108
如表5和6所示,按与上述实施例104相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是在制备涂料时添加CZ,按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
实施例109
如表5和6所示,按与上述实施例103相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是在制备涂料时添加CZ,按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
实施例110
如表5和6所示,按与上述实施例105相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是在制备涂料时添加CZ,按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
实施例111
如表5和6所示,按与上述实施例106相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是在制备涂料时添加CZ,按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
实施例112
如表5和6所示,按与实施例101相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是用CZ代替MgCO3第一种次要组分添加到预煅烧粉末中,按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
参比例101
按与上述实施例106相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是将煅烧温度(T1)定在600℃,按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
另外,图8示出了参比例的煅烧混合粉末中添加剂(Yb、Y、Mg和Ca)的分散程度。图10还示出了参比例101的煅烧粉末的TEM观测图象。
实施例113
按与上述实施例106相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是将煅烧温度(T1)定在700℃,按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
另外,图8示出了该实施例的煅烧混合粉末中添加剂(Yb、Y、Mg和Ca)的分散程度。图11还示出了该实施例的煅烧粉末的TEM观测图象。
实施例114
按与上述实施例106相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是将煅烧温度(T1)定在800℃,按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
另外,图8示出了该实施例的煅烧混合粉末中添加剂(Yb、Y、Mg和Ca)的分散程度。图12还示出了该实施例的煅烧粉末的TEM观测图象。
实施例115
按与上述实施例106相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是将煅烧温度(T1)定在1000℃,按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
另外,图8示出了该实施例的煅烧混合粉末中添加剂(Yb、Y、Mg和Ca)的分散程度。图14还示出了该实施例的煅烧粉末的TEM观测图象。
实施例116
按与上述实施例106相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是将煅烧温度(T1)定在1100℃,按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
另外,图8示出了该实施例的煅烧混合粉末中添加剂(Yb、Y、Mg和Ca)的分散程度。图15还示出了该实施例的煅烧粉末的TEM观测图象。
参比例102
按与上述实施例106相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是将煅烧温度(T1)定在1200℃,按实施例101进行同样的试验。结果示于表7中。
实施例117
通过混合BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、V2O5第三种次要组分、Yb2O3第四种次要组分和MnCO3第七种次要组分并干燥混合物制备预煅烧粉末。如表5所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含3.5摩尔MgCO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5和1.0摩尔Yb2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比时,该比值为1.015,(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)的摩尔比为0.986,如表5所示。
接着,按与实施例101相同的方式在1000℃下煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表6所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3和1.0摩尔CaZrO3并在1320℃下进行烧制,按实施例101进行同样的试验。结果示于表5中。
实施例118
通过混合BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、V2O5第三种次要组分、Yb2O3第四种次要组分和MnCO3第七种次要组分并干燥混合物制备预煅烧粉末。如表5所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含3.0摩尔MgCO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5和0.5摩尔Yb2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比时,该比值为1.020,(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)的摩尔比为0.981,如表5所示。
接着,按与上述实施例101相同的方式在1000℃下煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表6所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3和1.0摩尔CaZrO3并在1320℃下进行烧制,按实施例101进行同样的试验。结果示于表5中。
实施例119
通过混合BaTiO3主组分、MgCO3第一种次要组分、V2O5第三种次要组分、Yb2O3第四种次要组分、Y2O3第五种次要组分和MnCO3第七种次要组分并干燥混合物制备预煅烧粉末。如表5所示,相对于100摩尔BaTiO3,预煅烧粉末含3.0摩尔MgCO3、0.374摩尔MnCO3、0.1摩尔V2O5和0.5摩尔Yb2O3和0.5摩尔Y2O3。在检测预煅烧粉末中的具体组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比时,该比值为1.010,(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)的摩尔比为0.990,如表5所示。
接着,按与上述实施例101相同的方式在1000℃下煅烧预煅烧粉末,制备圆柱状试样和电容器试样,只是如表6所示,向煅烧粉末中添加了3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3和1.0摩尔CaZrO3并在1320℃下进行烧制,按实施例101进行同样的试验。结果示于表5中。
参比例103
按与实施例101相同的方式制备多个具有介电层的电容器试样,介电层由含有不同数量CaZrO3的介电陶瓷组合物构成,只是相对于100摩尔BaTiO3主组分,使用了1.0摩尔MgCO3第一种次要组分、3.0摩尔(Ba0.6Ca0.4)SiO3第二种次要组分、0.1摩尔V2O5第三种次要组分、2.13摩尔Yb2O3第四种次要组分、2.O摩尔Y2O3第五种次要组分、0-6.0摩尔CaZrO3第六种次要组分和MnCO3第七种次要组分并且未进行煅烧。按与实施例101相同的方式获得由此获得的试样的CR积。图5示出了CaZrO3的含量和CR积之间的关系。如图5所示,证实了CZ的含量范围优选在>0-5摩尔之间(注:0未包括在内)。
参比例104
按与参比例103相同的方式制备多个具有介电层的电容器试样,介电层由含有范围在0.5-5.0摩尔之间的不同数量CaZrO3的介电陶瓷组合物构成,测量在-55-160℃温度范围内的电容,以检测其是否符合X8R特性标准。如图6所示,证实了当CZ的数量在0.5-5.0摩尔范围内时,符合X8R特性标准。注意:图6还说明了符合X8R特性标准的整个范围(block range)。
实施例120
按与上述实施例14相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是添加了3.0摩尔Li2O-BaO-SiO2的混合粉末(摩尔比为2∶4∶4)作为第二种次要组分,而不是添加3.0摩尔的BCG,按实施例14进行同样的试验。结果示于表8中。
对比例103
按与上述对比例101相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是添加了3.0摩尔Li2O-BaO-SiO2的混合粉末(摩尔比为4∶2∶4)作为第二种次要组分,而不是添加3.0摩尔的BCG,按对比例101进行同样的试验。结果示于表8中。
实施例121
按与上述实施例114相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是添加了3.0摩尔B2O3-BaO-SiO2的混合粉末(摩尔比为1∶4.5∶4.5)作为第二种次要组分,而不是添加3.0摩尔的BCG,按实施例114进行同样的试验。结果示于表8中。
对比例104
按与上述对比例101相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是添加了3.0摩尔B2O3-BaO-SiO2的混合粉末(摩尔比为1∶4.5∶4.5)作为第二种次要组分,而不是添加3.0摩尔的BCG,按对比例101进行同样的试验。结果示于表8中。
实施例122
按与上述实施例114的相同方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是添加了3.0摩尔Li2O-BaO-SiO2的混合粉末(摩尔比为4∶2∶4)作为第二种次要组分,而不是添加3.0摩尔的BCG,按实施例114进行同样的试验。结果示于表8中。
对比例105
按与上述对比例101相同的方式制备圆柱状试样和电容器试样,只是添加了3.0摩尔Li2O-BaO-SiO2的混合粉末(摩尔比为4∶2∶4)作为第二种次要组分,而不是添加3.0摩尔的BCG,按对比例101进行同样的试验。结果示于表8中。
评估2
如表5-7所示,将本发明的实施例101-107与对比例101进行对比,表明:电容率、介电损耗、CR积等明显不同,但是,由图7证实了,与对比例相比,实施例中的偏压特性(DC偏压特性(根据电容率施加的DC电压))和TC偏压特性(在施加DC电压时的电容-温度特性)得到明显改善。注意:在图7中,位于上侧带黑点的曲线表明了普通的温度特性,位于下侧带白点的曲线表明了施加5V/μm DC电场的状态下的温度特性。
特别参见实施例103-106、108-111、113-116,证实了与其它实施例相比,当预煅烧粉末中的组分(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)的摩尔比小于1或(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)大于1时,主要延长了IR寿命。
另外,将实施例101与实施例107相比,证实了在制备预煅烧粉末时,当预煅烧粉末中含有MgCO3第一种次要组分时,改善了CR积。
而且,将实施例103-106与其它实施例相比,证实了当预煅烧粉末中含有的MgCO3第一种次要组分的摩尔数,低于Yb2O3第四种次要组分和Y2O3第五种次要组分的总摩尔数时,IR寿命得到延长。
将实施例102与对比例102进行对比,证实了当根据本发明方法制备的介电陶瓷组合物中含有CaZrO3第六种次要组分时,可增大CR积。这在图5所示的参比例103中也是明显的。
将实施例113-116与参比例101和102进行对比,证实了煅烧温度最好设置在700-1100℃。
参照图8,证明Ca的分散度因煅烧温度的上升而得到明显的改善。另外,参照图9-15,证实了当煅烧温度在900℃或900℃以上时,添加剂的烧结和颗粒生长开始发生突变。此外,参照图9-15,发现添加剂组分因煅烧而沉积在钛酸钡的表面上,这证明实现了添加剂的假涂覆。
从图6和图7的结果来看,证实了本发明实施例中的试样符合X8R特性标准。
将实施例103-106与实施例101、102和107进行对比,证实了在煅烧时若含有稀土元素(Y或Yb等)时,IR寿命特性得到改善。还证实在煅烧时若主要采用Y2O3第五种次要组分,而不采用Yb2O3第四种次要组分时,IR寿命特性得到改善。
从图5、图6和表5-7的结果来看,证明了实施例试样符合X8R特性标准,具有足够高的比电容率和绝缘电阻,具有优异的IR寿命特性和小的介电损耗。注意:这些实施例试样还符合上述EIAJ标准中的B特性标准和EIA标准中的X7R特性标准。
此外,从表8的结果来看,证实了当采用主组分为氧化硅而不是BCG的助烧结剂作为第二种次要组分时也能达到本发明的效果。
如上所述,根据本发明,能生产高可靠性的介电陶瓷组合物,可将这种组合物用作多层芯片电容器等的介电陶瓷组合物,其中可将基础金属例如Ni、Ni合金用作内部电极,可抑制除主组分外不同相的分离,控制电介质的精细构型,使电容-温度特性符合X8R特性标准,介电损耗、CR积和IR寿命得到改善。
表注:
Ex:实施例
Comp.Ex:对比例
Ref.Ex:参考例表1
煅烧时组成   摩尔比(Ba+Mg+Ca+Sr)/(Ti+Yb+Y)    摩尔比(Ba+Yb+Y)/(Ti+Mg+Ca+Sr)
    BT     MgCO3    MnCO3   BCG    V2O5    Yb2O3     Y2O3
    Ex.1  BT+Mg     100     0.9    0.000    0.0     0.0     0.0     0.0     1.009     0.991
    Ex.2  BT+Mg+Y     100     0.9    0.000    0.0     0.0     0.0     0.5     0.999     1.001
    Ex.3  BT+Mg+Yb     100     0.9    0.000    0.0     0.0     0.5     0.0     0.999     1.001
    Ex.4  BT+Mg+Yb+Y     100     0.9    0.000    0.0     0.0     0.5     0.5     0.989     1.011
    Ex.5  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     0.9    0.374    0.0     0.1     0.5     0.5     0.989     1.011
    Comp.Ex.1  未煅烧     0     0.0    0.000    0.0     0.0     0.0     0.0     1.000     1.000
    Ex.6  BT+Mg     100     0.9    0.000    0.0     0.0     0.0     0.0     1.009     0.991
    Ex.7  BT+Mg+Y     100     0.9    0.000    0.0     0.0     0.0     0 5     0.999     1.001
    Ex.8  BT+Mg+Yb     100     0.9    0.000    0.0     0.0     0.5     0.0     0.999     1.001
    Ex.9  BT+Mg+Yb+Y     100     0.9    0.000    0.0     0.0     0.5     0.5     0.989     1.001
    Ex.10  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     0.9    0.374    0.0     0.1     0.5     0.5     0.989     1.001
    Comp.Ex.2  未煅烧     0     0 0    0.000    0.0     0.0     0.0     0.0     1.000     1.000
    Ex.11  BT+Mg+Y     100     0.9    0.000    0.0     0.0     0.0     1.0     0.989     1.011
    Ex.12  BT+Mg+Yb     100     0.9    0.000    0.0     0.0     1.0     0.0     0.989     1.011
    Ex.13  BT+Mg+Yb+Y     100     0.9    0.000    0.0     0.0     1.0     1.0     0.970     1.031
    Ex.14  BT+Mg+Yb+Y+Mn+Y     100     0.9    0.374    0.0     0.1     1.0     1.0     0.970     1.031
    Ex.15  BT+Mg+Y     100     0.9    0.000    0.0     0.0     0.0     2.0     0.970     1.031
    Ex.16  BT+Mg+Yb     100     0.9    0.000    0.0     0.0     2.1     0.0     0.968     1.033
    Ex.17  BT+Mg+Yb+Y     100     0.9    0.000    0.0     0.0     2.1     2.0     0.932     1.073
    Ex.18  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     0.9    0.374    0.0     0.1     2.1     2.0     0.932     1.073
    Ref.Ex.1  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     0.9    0.374    0.0     0.1     2.1     2.0     0.932     1.073
    Ex.19  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     0.9    0.374    0.0     0.1     2.1     2.0     0.932     1.073
    Ex.20  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     0.9    0.374    0.0     0.1     2.1     2.0     0.932     1.073
    Ex.21  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     0.9    0.374    0.0     0.1     2.1     2.0     0.932     1.073
    Ex.22  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     0.9    0.374    0.0     0.1     2.1     2.0     0.932     1.073
    Ref.Ex.2  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     0.9    0.374    0.0     0.1     2.1     2.0     0.932     1.073
    Ref.Ex.3  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     3.5    0.374    0.0     0.1     1.0     0.0     1.015     0.986
    Ref.Ex.4  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     3.0    0.374    0.0     0.1     0.5     0.0     1.020     0.981
    Ref.Ex.5  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V     100     3.0    0.374    0.0     0.1     0.5     0.5     1.010     0.990
表2
     T1 在涂覆时额外添加的组分的组成   T2
    BT    MgCO3      MnCO3     BCG     V2O5    Yb2O3     Y2O3
    Ex.1     1000     0     0.0     0.374     3.0     0.1     2.1     2.0  1320
    Ex.2     0     0.0     0.374     3.0     0.1     2.1     1.5
    Ex.3     0     0.0     0.374     3.0     0.1     1.6     2.0
    Ex.4     0     0.0     0.374     3.0     0.1     1.6     1.5
    Ex.5     0     0.0     0.000     3.0     0.0     1.6     1.5
    Comp.Ex.1     100     1.0     0.374     3.0     0.1     2.1     2.0
    Ex.6     1000     0     0.0     0.374     3.0     0.1     2.1     2.0  1340
    Ex.7     0     0.0     0.374     3.0     0.1     2.1     1.5
    Ex.8     0     0.0     0.374     3.0     0.1     1.6     2.0
    Ex.9     0     0.0     0.374     3.0     0.1     1.6     1.5
    Ex.10     0     0.0     0.000     3.0     0.0     1.6     1.5
    Comp.Ex.2     100     1.0     0.374     3.0     0.1     2.1     2.0
    Ex.11     1000     0     0.0     0.374     3.0     0.1     2.1     1.0  1320
    Ex.12     0     0.0     0.374     3.0     0.1     1.1     2.0
    Ex.13     0     0.0     0.374     3.0     0.1     1.1     1.0
    Ex.14     0     0.0     0.000     3.0     0.0     1.1     1.0
    Ex.15     1000     0     0.0     0.374     3.0     0.1     2.1     0.0  1320
    Ex.16     0     0.0     0.374     3.0     0.1     0.0     2.0
    Ex.17     0     0.0     0.374     3.0     0.1     0.0     0.0
    Ex.18     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0
    Ref.Ex.1     600     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0  1320
    Ex.19     700     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0
    Ex.20     800     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0
    Ex.21     900     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0
    Ex.22     1100     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0
    Ref.Ex.2     1200     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0
    Ref.Ex.3     1000     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0  1280
    Ref.Ex.4     1000     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0  1320
    Ref.Ex.5     1000     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0  1320
表3
    εr(1kHz)[ ]    tanD(1kHz)[%]    ρ[Ω·cm]     CR积[MΩμF]      VB[V]     IR寿命200℃-15V/μm
    Ex.1     1859     0.52   3.3E+12     550     1082     18.5
    Ex.2     1994     0.48   4.2E+12     737     1221     66.6
    Ex.3     1953     0.57   2.4E+12     416     993     55.3
    Ex.4     1919     0.50   3.4E+12     570     1215     97.0
    Ex.5     2022     0.50   3.6E+12     653     858     107.2
    Comp.Ex.1     1944     0.48   3.4E+12     583     797     53.1
    Ex.6     1753     0.47   3.6E+12     598     861     30.0
    Ex.7     2068     0.48   4.7E+12     867     768     45.2
    Ex.8     1956     0.46   3.3E+12     569     807     38.7
    Ex.9     1954     0.54   4.2E+12     724     820     73.6
    Ex.10     2029     0.50   5.2E+12     938     774     68.4
    Comp.Ex.2     2062     0.49   5.0E+12     916     615     34.8
    Ex.11     2051     0.50   5.2E+12     944     1201     65.0
    Ex.12     1944     0.51   3.4E+12     585     1005     63.4
    Ex.13     1922     0.50   3.6E+12     612     1215     123.0
    Ex.14     2061     0.49   5.2E+12     948     1205     122.4
    Ex.15     2071     0.50   5.2E+12     953     1309     78.8
    Ex.16     1956     0.51   2.3E+12     398     1008     66.3
    Ex.17     1943     0.51   3.6E+12     619     1221     158.3
    Ex.18     2080     0.40   5.1E+12     939     1229     168.3
    Ref.Ex.1     1998     0.52   5.1E+12     902     799     58.9
    Ex.19     2009     0.50   5.1E+12     907     1101     122.2
    Ex.20     2007     0.40   5.1E+12     906     1206     155.4
    Ex.21     2020     0.41   5.1E+12     912     1212     171.6
    Ex.22     2098     0.55   6.2E+12     1151     929     62.2
    Ref.Ex.2     2201     0.61   6.0E+12     1169     869     21.2
    Ref.Ex.3     2073     0.76   2.1E+13     3853     950     4.3
    Ref.Ex.4     2218     0.50   1.8E+13     3533     1012     10.1
    Ref.Ex.5     2068     0.52   2.1E+13     3843     1182     20.5
表4
第2种次要组分 摩尔 煅烧是/否 T2      εr(1kHz)[ ]     tanD(1kHz)[%]        ρ[Ω·cm]    CR积[MΩμF]      VB[V]     IR寿命200℃-15V/μm
    Ex.23     *1  3.0     1260     2015     0.49     4.1E+12     731     1044     176.5
    Comp.Ex.3     *1  3.0     1260     2007     0.51     3.3E+12     586     788     48.2
    Ex.24     *2  3.0     1260     2031     0.53     3.9E+12     701     1014     150.6
    Comp.Ex.4     *2  3.0     1260     2015     0.52     3.6E+12     642     775     40.7
    Ex.25     *3  3.0     1240     2006     0.61     4.1E+12     728     1055     166.4
    Comp.Ex.5     *3  3.0     1240     1985     0.60     3.2E+12     562     793     51.4
    Ex.21     BCG  3.0     1320     2020     0.41     5.1E+12     912     1212     171.6
*1:Li2O-BaO-SiO2(2∶4∶4)*2:B2O3-BaO-SiO2(1∶4.5∶4.5)*3:Li2O-BaO-SiO2(4∶2∶4)表5
煅烧时组成      摩尔比(Ba+Mg+Ca)/(Ti+Zr+Yb+Y)     摩尔比(Ba+Ca+Yb+Y)/(Ti+Mg+Zr)
  BT   MgCO3    MnCO3   BCG    V2O5    Yb2O3     Y2O3     CZ
    Ex.101  BT+Mg   100    0.9    0.000   0.0     0.0     0.0     0.0     0.0     1.009     0.991
    Ex.102  BT+Mg+CZ   100    0.9    0.000   0.0     0.0     0.0     0.0     1.0     1.009     0.991
    Ex.103  BT+Mg+Y+CZ   100    0.9    0.000   0.0     0.0     0.0     1.0     1.0     0.989     1.011
    Ex.104  BT+Mg+Yb+CZ   100    0.9    0.000   0.0     0.0     1.0     0.0     1.0     0.989     1.011
    Ex.105  BT+Mg+Yb+Y+CZ   100    0.9    0.000   0.0     0.0     1.0     2.0     1.0     0.952     1.051
    Ex.106  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V+CZ   100    0.9    0.374   0.0     0.1     1.0     2.0     1.0     0.952     1.051
    Ex.107  仅含BT的煅烧   100    0.0    0.000   0.0     0.0     0.0     0.0     0.0     1.000     1.000
    Comp.Ex.101  仅含BT的煅烧   0    0.0    0.000   0.0     0.0     0.0     0.0     0.0     1.000     1.000
    Comp.Ex.102  BT+Mg+BCG   100    0.9    0.000   3.0     0.0     0.0     0.0     0.0     1.009     0.991
    Ex.108  BT+Mg+Yb   100    0.9    0.000   0.0     0.0     1.0     0.0     0.0     0.989     1.011
    Ex.109  BT+Mg+Y   100    0.9    0.000   0.0     0.0     0.0     2.0     0.0     0.970     1.031
    Ex.110  BT+Mg+Yb+Y   100    0.9    0.000   0.0     0.0     1.0     2.0     0.0     0.952     1.051
    Ex.111  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V   100    0.9    0.374   0.0     0.1     1.0     2.0     0.0     0.952     1.051
    Ex.112  BT+CZ   100    0.0    0.000   0.0     0.0     0.0     0.0     1.0     1.000     1.000
    Ref.Ex.101  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V+CZ   100    0.9    0.374   0.0     0.1     1.0     2.0     0.0     0.952     1.051
    Ex.113  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V+CZ   100    0.9    0.374   0.0     0.1     1.0     2.0     0.0     0.952     1.051
    Ex.114  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V+CZ   100    0.9    0.374   0.0     0.1     1.0     2.0     0.0     0.952     1.051
    Ex.115  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V+CZ   100    0.9    0.374   0.0     0.1     1.0     2.0     0.0     0.952     1.051
    Ex.116  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V+CZ   100    0.9    0.374   0.0     0.1     1.0     2.0     0.0     0.952     1.051
    Ref.Ex.102  BT+Mg+Yb+Y+Mn+V+CZ   100    0.9    0.374   0.0     0.1     1.0     2.0     0.0     0.952     1.051
    Ex.117  BT+Mg+Yb+Mn+V   100    3.5    0.374   0.0     0.1     1.0     0.0     0.0     1.015     0.986
    Ex.118  BT+Mg+Yb+Mn+V   100    3.0    0.374   0.0     0.1     0.5     0.0     0.0     1.020     0.981
    Ex.119  BT+MR+Yb+Y+Mn+V   100    3.0    0.374   0.0     0.1     0.5     0.5     0.0     1.010     0.990
表6
  T1   在涂覆时额外添加的组分的组成   T2
    BT     MgCO3     MnCO3     BCG    V2O5    Yb2O3     Y2O3     CZ
    Ex.101   900     0     0.0     0.374     3.0     0.1     1.0     2.0     1.0   1300
    Ex.102   900     0     0.0     0.374     3.0     0.1     1.0     2.0     0.0   1300
    Ex.103   900     0     0.0     0.374     3.0     0.1     1.0     0.0     0.0   1300
Ex.104 900 0 0.0 0.374 3.0 0.1 0.0 2.0 0.0 1300
    Ex.105   900     0     0.0     0.374     3.0     0.1     0.0     0.0     0.0   1300
    Ex.106   900     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0     0.0   1300
    Ex.107   900     0     0.9     0.374     3.0     0.1     1.0     2.0     1.0   1300
    Comp.Ex.101   No     100     0.9     0.374     3.0     0.1     1.0     2.0     1.0   1300
    Comp.Ex.102   900     0     0.0     0.374     0.0     0.1     1.0     2.0     1.0   1300
    Ex.108   900     0     0.0     0.374     3.0     0.1     0.0     2.0     1.0   1300
    Ex.109   900     0     0.0     0.374     3.0     0.1     1.0     0.0     1.0   1300
    Ex.110   900     0     0.0     0.374     3.0     0.1     0.0     0.0     1.0   1300
    Ex.111   900     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0     1.0   1300
    Ex.112   900     0     0.9     0.374     3.0     0.1     1.0     2.0     0.0   1300
    Ref.Ex.101   600     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0     1.0   1300
    Ex.113   700     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0     1.0   1300
    Ex.114   800     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0     1.0   1300
    Ex.115   1000     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0     1.0   1300
    Ex.116   1100     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0     1.0   1300
    Ref.Ex.102   1200     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0     1 0   1300
    Ex.117   1000     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0     1.0   1320
    Ex.118   1000     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0     1.0   1320
    Ex.119   1000     0     0.0     0.000     3.0     0.0     0.0     0.0     1.0   1320
表7
     εr(1kHz)[ ]     tanD(1kHz)[%]      ρ[Ω·cm]    CR积[MΩμF]      VB[V]     IR寿命200℃-18V/μm
    Ex.101     1923     0.63    4.2E+12     715     1218     39.0
    Ex.102     1955     0.66    3.7E+12     640     1008     78.2
    Ex.103     1973     0.61    3.7E+12     646     1101     198.1
    Ex.104     1911     0.63    3.2E+12     541     1095     180.6
    Ex.105     1993     0.63    2.9E+12     512     1190     240.1
    Ex.106     1917     0.67    3.8E+12     645     1011     364.7
    Ex.107     2034     0.76    3.2E+12     576     1055     73.3
    Comp.Ex.101     1915     0.69    3.9E+12     661     1088     91.5
    Comp.Ex.102     1859     0.52    3.3E+12     543     1082     18.5
    Ex.108     1918     0.63    3.35+12     560     1019     139.5
    Ex.109     1923     0.62    3.7E+12     630     1100     187.0
    Ex.110     1995     0.65    3.7E+12     653     1227     257.8
    Ex.111     1908     0.65    3.5E+12     591     1088     390.7
    Ex.112     2020     1.20    3.2E+12     572     1043     71.1
    Ref.Ex.101     1920     0.63    3.3E+12     561     824     97.2
    Ex.113     1865     0.66    3.6E+12     594     996     275.5
    Ex.114     1872     0.59    3.5E+12     580     1095     400.3
    Ex.115     1915     0.61    3.5E+12     593     1100     310.6
    Ex.116     1987     0.73    3.4E+12     598     915     121.2
    Ref.Ex.102     2089     0.72    3.7E+12     684     766     60.0
    Ex.117     2134     0.96    1.3E+13     246     1060     3.3
    Ex.118     2288     0.55    1.2E+13     243     1102     8.1
    Ex.119     2008     0.65    1.1E+13     195     1173     10.5
表8
第2种次要组分 摩尔 煅烧是/否 T2     εr(1kHz)[ ]      tanD(1kHz)[%]        ρ[Ω·cm]     CR积[MΩμF]       VB[V]    IR寿命200℃-18V/μm
    Ex.120     *1  3.0     1270     1777     0.55     3.3E+12     519     1078.9     395.6
    Comp.Ex.103     *1  3.0     1270     1774     0.57     3.4E+12     534     1055.4     70.5
    Ex.121     *2  3.0     1240     1780     0.59     3.2E+12     504     989.2     270.1
    Comp.Ex.104     *2  3.0     1240     1773     0.62     3.4E+12     533     945.5     56.4
    Ex.122     *3  3.0     1200     1775     0.57     3.4E+12     534     1025.0     402.1
    Comp.Ex.105     *3  3.0     1200     1770     0.56     3.4E+12     532     1150.0     98.8
    Ex.114     BCG  3.0     1300     1872     0.59     3.5E+12     522     1095.0     400.3
*1:Li2O-BaO-SiO2(2∶4∶4)*2:B2O3-BaO-SiO2(1∶4.5∶4.5)*3:Li2O-BaO-SiO2(4∶2∶4)

Claims (20)

1.一种介电陶瓷组合物的制备方法,所述组合物至少包括:
由钛酸钡组成的主组分;
作为助烧结剂的第二种次要组分;和
其它次要组分;所述方法包括下列步骤:
将所述主组分与除第二种次要组分之外的至少部分其它次要组分混合,制备一种预煅烧粉末;
煅烧所述的预煅烧粉末,制备一种煅烧粉末;和
至少将所述的第二种次要组分混合到所述的煅烧粉末中,获得一种次要组分与主组分的比例达到预定摩尔比的介电陶瓷组合物,其中:
所述的钛酸钡主组分具有用BamTiO2+m表示的组成,其中m为0.995≤m≤1.010,Ba和Ti的比例为0.995≤Ba/Ti≤1.010;和
所述第二种次要组分含有SiO2主组分和选自MO(M是选自Ba、Ca、Sr和Mg的至少一种元素)、Li2O和B2O3的至少一种物质;
所述的其它次要组分至少含有:
一种含有选自MgO、CaO、BaO、SrO和Cr2O3的至少一种第一种次要组分;
一种含有选自V2O5、MoO3和WO3的至少一种第三种次要组分;和
一种含有一种R1氧化物(R1是至少一种选自Sc、Er、Tm、Yb和Lu的元素)的第四种次要组分;和
将所述煅烧粉末与至少所述的第二种次要组分混合,各次要组分相对于100摩尔所述主组分的比例是:
第一种次要组分:0.1-3摩尔,
第二种次要组分:2-10摩尔,
第三种次要组分:0.01-0.5摩尔,和
第四种次要组分:0.5-7摩尔,其中:第四种次要组分的摩尔数就是R1本身的比例。
2.根据权利要求1的介电陶瓷组合物的制备方法,其中制备所述的预煅烧粉末,以使所述的预煅烧粉末中所含的各组分的摩尔比(Ba+第一种次要组分的金属元素)/(Ti+第四种次要组分的金属元素)小于1,或(Ba+第四种次要组分的金属元素)/(Ti+第一种次要组分的金属元素)大于1,并且进行煅烧。
3.根据权利要求1的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:
所述第二种次要组分含有SiO2主组分和选自MO(M是至少一种选自Ba、Ca、Sr和Mg的元素)、Li2O和B2O3的至少一种物质;
所述其它次要组分至少含有:
一种含有选自MgO、CaO、BaO、SrO和Cr2O3的至少一种第一种次要组分;
一种含有选自V2O5、MoO3和WO3的至少一种第三种次要组分;和
一种含有一种R1氧化物(R1是至少一种选自Sc、Er、Tm、Yb和Lu的元素)的第四种次要组分;和
一种含有一种R2氧化物(R2是至少一种选自Y、Dy、Ho、Tb、Gd和Eu的元素)的第五种次要组分;和
将所述煅烧粉末与至少所述的第二种次要组分混合,各次要组分相对于100摩尔所述主组分的比例是:
第一种次要组分:0.1-3摩尔,
第二种次要组分:2-10摩尔,
第三种次要组分:0.01-0.5摩尔,和
第四种次要组分:0.5-7摩尔(其中:第四种次要组分的摩尔数就是R1本身的比例);和
第五种次要组分:2-9摩尔(其中:第五种次要组分的摩尔数就是R2本身的比例)。
4.根据权利要求3的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:制备所述的预煅烧粉末,以使所述的预煅烧粉末中所含的各组分的摩尔比(Ba+第一种次要组分的金属元素)/(Ti+第四种次要组分的金属元素+第五种次要组分的金属元素)小于1,或(Ba+第四种次要组分的金属元素+第五种次要组分的金属元素)/(Ti+第一种次要组分的金属元素)大于1,并且进行煅烧。
5.根据权利要求3的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:将所述主组分和除第二种次要组分之外的至少一种所述第一种次要组分、第三种次要组分、第四种次要组分和第五种次要组分混合,并且在制备预煅烧粉末时,预煅烧粉末中总是含有第五种次要组分。
6.根据权利要求3的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:在制备不含第二种次要组分的预煅烧粉末时,预煅烧粉末中不含有第四种次要组分。
7.根据权利要求3的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:将所述主组分和除第二种次要组分之外的至少一种所述第一种次要组分、第三种次要组分、第四种次要组分和第五种次要组分混合,并且在制备预煅烧粉末时,预煅烧粉末中总是含有第一种次要组分。
8.根据权利要求7的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:所述预煅烧粉末中所含的第一种次要组分的摩尔数小于第四种次要组分和第五种次要组分的总摩尔数(注意:第四种次要组分和第五种次要组分的摩尔数分别是R1本身和R2本身的比例)。
9.根据权利要求1的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:所述的预煅烧粉末是在700-1100℃的温度下煅烧的。
10.根据权利要求1的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:所述的煅烧分多次进行。
11.一种介电陶瓷组合物的制备方法,所述组合物至少包括:
由钛酸钡组成的主组分;
作为助烧结剂的第二种次要组分;
含CaZrO3或CaO+ZrO2的第六种次要组分;和
其它次要组分;所述方法包括下列步骤:
将所述主组分、所述第六种次要组分与除第二种次要组分之外的至少部分其它次要组分混合,制备一种预煅烧粉末;
煅烧所述的预煅烧粉末,制备一种煅烧粉末;和
将至少所述的第二种次要组分混合到所述的煅烧粉末中,获得一种次要组分与主组分的比例达到预定摩尔比的介电陶瓷组合物,其中:
所述的钛酸钡主组分具有用BamTiO2+m表示的组成,其中m为0.995≤m≤1.010,Ba和Ti的比例为0.995≤Ba/Ti≤1.010;和
所述第二种次要组分含有SiO2主组分和选自MO(M是至少一种选自Ba、Ca、Sr和Mg的元素)、Li2O和B2O3的至少一种物质;
所述的其它次要组分至少含有:
一种含有选自MgO、CaO、BaO、SrO和Cr2O3的至少一种第一种次要组分;
一种含有选自V2O5、MoO3和WO3的至少一种第三种次要组分;和
一种含有一种R1氧化物(R1是至少一种选自Sc、Er、Tm、Yb和Lu的元素)的第四种次要组分;和
将所述煅烧粉末与至少所述的第二种次要组分混合,各次要组分相对于100摩尔所述主组分的比例是:
第一种次要组分:0.1-3摩尔,
第二种次要组分:2-10摩尔,
第三种次要组分:0.01-0.5摩尔,和
第四种次要组分:0.5-7摩尔(其中:第四种次要组分的摩尔数就是R1本身的比例);和
第六种次要组分:>0-5摩尔(注意:0未包括在内)。
12.根据权利要求11的介电陶瓷组合物的制备方法,其中制备所述的预煅烧粉末,以使所述的预煅烧粉末中所含的各组分的摩尔比(Ba+Ca+第一种次要组分的金属元素)/(Ti+Zr+Rl)小于1,或(Ba+Ca+Rl)/(Ti+Zr+第一种次要组分的金属元素)大于1,并且进行煅烧。
13.根据权利要求11的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:
所述的钛酸钡主组分具有用BamTiO2+m表示的组成,其中m为0.995≤m≤1.010,Ba和Ti的比例为0.995≤Ba/Ti≤1.010;和
所述第二种次要组分含有SiO2主组分和选自MO(M是至少一种选自Ba、Ca、Sr和Mg的元素)、Li2O和B2O3的至少一种物质;
所述其它次要组分至少含有:
一种含有至少一种选自MgO、CaO、BaO、SrO和Cr2O3的第一种次要组分;
一种含有选自V2O5、MoO3和WO3的至少一种第三种次要组分;和
一种含有一种R1氧化物(R1是至少一种选自Sc、Er、Tm、Yb和Lu的元素)的第四种次要组分;和
一种含有一种R2氧化物(R2是至少一种选自Y、Dy、Ho、Tb、Gd和Eu的元素)的第五种次要组分;和
将所述煅烧粉末与至少所述的第二种次要组分混合,各次要组分相对于100摩尔所述主组分的比例是:
第一种次要组分:0.1-3摩尔,
第二种次要组分:2-10摩尔,
第三种次要组分:0.01-0.5摩尔,
第四种次要组分:0.5-7摩尔(其中:第四种次要组分的摩尔数就是R1本身的比例);
第五种次要组分:2-9摩尔(其中:第五种次要组分的摩尔数就是R2本身的比例);和
第六种次要组分:0-5摩尔(注意:0未包括在内)。
14.根据权利要求13的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:制备所述的预煅烧粉末,以使所述的预煅烧粉末中所含的各组分的摩尔比(Ba+Ca+第一种次要组分的金属元素)/(Ti+Zr+R1+R2)小于1,或(Ba+Ca+R1+R2)/(Ti+Zr+第一种次要组分的金属元素)大于1,并且进行煅烧。
15.根据权利要求13的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:将所述主组分和除第二种次要组分之外的至少一种所述第一种次要组分、第三种次要组分、第四种次要组分、第五种次要组分和第六种次要组分混合,并且在制备预煅烧粉末时,预煅烧粉末中总是含有第五种次要组分。
16.根据权利要求13的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:将所述主组分和除第二种次要组分之外的至少一种所述第一种次要组分、第三种次要组分、第四种次要组分、第五种次要组分和第六种次要组分混合,并且在制备预煅烧粉末时,预煅烧粉末中总是含有第一种次要组分。
17.根据权利要求13的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:将所述主组分和除第二种次要组分之外的至少一种所述第一种次要组分、第三种次要组分、第四种次要组分、第五种次要组分和第六种次要组分混合,并且在制备预煅烧粉末时,预煅烧粉末中总是含有第一种次要组分、第四种次要组分和第五种次要组分。
18.根据权利要求17的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:所述预煅烧粉末中所含的第一种次要组分的摩尔数小于第四种次要组分和第五种次要组分的总摩尔数(注意:第四种次要组分和第五种次要组分的摩尔数分别是R1本身和R2本身的比例)。
19.根据权利要求11的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:所述的预煅烧粉末是在700-1100℃的温度下煅烧的。
20.根据权利要求11的介电陶瓷组合物的制备方法,其中:所述的煅烧分多次进行。
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