[發明專利]一種陶瓷介電材料、陶瓷電容器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210135996.1
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114573336A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 付振曉;張蕾;曹秀華;黃雄;王朋飛;于淑會;劉偉峰;孫蓉
• 申請（專利權）人: 廣東風華高新科技股份有限公司;深圳先進電子材料國際創新研究院
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/626;C04B35/63;C04B41/88;H01G4/12
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種陶瓷介電材料、陶瓷電容器及其制備方法，屬于材料技術領域；本發明的陶瓷介電材料包括以下摩爾質量百分數的組分：鈦酸鋇94.0?98.0％、玻璃相1.2?2.5％、抗還原劑0.5?1.0％、堿金屬化合物0.5?1.5％、稀土元素的氧化物0.5?3.0％；所述稀土元素的氧化物包括Dy₂O₃、Y₂O₃和Tm₂O₃，得到的陶瓷介電材料具有穩定電容特性、高介電常數和高溫度穩定性且更容易疊層；本發明的陶瓷電容器是以陶瓷介電材料為原料燒結而成，得到的陶瓷電容器符合X5R標準，且在常溫段內能很好的穩定溫度造成的電容值劇烈變化的影響；同時本發明提供的陶瓷介電材料和陶瓷電容器的制備方法簡單、操作簡便，不含有毒有害物質，制備得到的陶瓷電容器致密度高、晶粒小、缺陷少，適合實際生產應用。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，尤其涉及一種陶瓷介電材料、陶瓷電容器及其制備方法。

背景技術

鈦酸鋇(BaTiO₃)是片式多層陶瓷電容器(MLCC)中Ⅱ類電容器的基體材料，具有較高的介電常數。近年來，移動電子設備的小型化使得MLCC逐漸向小型化、大容量的方向發展。對鈦酸鋇基陶瓷材料的各種性質提出了更高要求。下列公式為MLCC電容計算方法，其中C為電容，N為介質層數，ε₀為真空介電常數，ε_r為材料介電常數，S為電極面積，d為介質層厚。

由于特定規格MLCC尺寸固定，一般不通過改變電極面積來增大電容，因而若要得到大容量的鈦酸鋇基MLCC，一般從以下幾個方面來實現：1、增大鈦酸鋇基陶瓷材料的介電常數，一般通過改變摻雜體系或增大晶粒尺寸來實現；2、增加疊層數量，即介質層數N，即等同于減小介質層厚度d。

由于特定規格MLCC尺寸的限制，同時，每一介質層至少需要五顆晶粒的厚度來保證基體材料的穩定性，所以在超薄層MLCC器件制作過程中，增大晶粒尺寸和減小介質層厚度相悖。另外，在介質層厚度一定的情況下增大晶粒尺寸會導致晶界數量減少，可能會導致可靠性的降低，但減少晶粒尺寸，又難以形成穩定的芯-殼結構，難以達到X5R的規格。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足之處而提供一種具有穩定電容特性和高可靠性且更易疊層的陶瓷介電材料、陶瓷電容器及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種陶瓷介電材料，所述陶瓷介電材料包括以下摩爾質量百分數的組分：鈦酸鋇94.0-98.0％、玻璃相1.2-2.5％、抗還原劑0.5-1.0％、堿金屬化合物0.5-1.5％、稀土元素的氧化物0.5-3.0％；所述稀土元素的氧化物包括Dy₂O₃、Y₂O₃和Tm₂O₃。

本發明提供的陶瓷介電材料選擇稀土元素的氧化物做摻雜劑，對鈦酸鋇進行改性，并添加玻璃相、抗還原劑、堿金屬化合物來細化顆粒，從而制備得到具有穩定電容特性和高可靠性且更易疊層的陶瓷介電材料；本發明選用Y、Dy、Tm的的氧化物形式作為主體材料鈦酸鋇的摻雜元素，能夠降低居里溫度、增加介電常數，并且加入的稀土元素的氧化物會影響鈦酸鋇晶粒的形成，形成“芯-殼”結構，從而降低居里溫度時的峰值，也可以顯著降低容溫變化率。

作為本發明所述陶瓷介電材料的優選實施方式，以陶瓷介電材料的總摩爾計，所述Dy₂O₃占0.3-1.2％，所述Y₂O₃占0.2-1.0％，所述Tm₂O₃占0.2-0.7％。