[发明专利]一种温度稳定型异质叠层电介质陶瓷电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的以钛酸锶钡为主要成分的叠层电介质陶瓷电容器，特别是一种温度稳定型异质叠层电介质陶瓷电容器及其制备方法，本发明满足X7R温度稳定的要求，其叠层电介质陶瓷电容器的介电常数可通过异质层的厚度比调节。

背景技术

近年来，随着含铅陶瓷污染问题的突出，绿色环保型陶瓷钛酸锶钡系列陶瓷因具有高介电常数和低介电损耗而变得倍受关注，而且伴随近年来电子技术的发展，叠层陶瓷电容器的宽温度范围高稳定化要求也正在发展变化，由此提出了X7R（以25^oC电容为基础，温度在-55℃到+125℃时其容量变化率不超过15%）陶瓷电容器温度稳定性要求。

然而现在的叠层陶瓷电容器多为内置电极的电介质叠层以扩大容量，这样有可能导致内电极层和介质层分离或形成缺陷。同时满足X7R条件的叠层陶瓷电容器其介质层的介电常数一般很少通过层间厚度比来控制。通过理论推导和实验结果证实，叠层电介质陶瓷电容器的介电常数满足：

串联型：                                                 

并联型：   

其中，d_i和ε_i分别为第i层厚度和介电常数. d和ε为总的厚度及介电常数。

对于异质叠层陶瓷共烧，目前最大的难度是异质成分烧结特性的不匹配，导致共烧后陶瓷体分层，翘曲等问题。

发明内容

本发明提出一种异质介质材料多层直接叠加而形成，中间无内电极，温度稳定性满足X7R要求，绝缘性好的叠层电介质陶瓷电容器及其制备方法，通过调节异质介质层厚度比可控制电容器介电常数的大小。

本发明应用不同的掺杂物和掺杂量可以调节钛酸锶钡陶瓷介电常数大小和介电损耗大小，在钛酸锶钡中采用不同钡锶比调节居里温度的变化，这种变化基本呈线性关系，为此以确保三种异质钛酸锶钡陶瓷的居里温度在-20^oC、30^oC、100^oC左右。

本发明是这样实现的。它是以钛酸锶钡为主体材料，其通式为Ba_xSr_1-xTiO₃，加入改性掺杂物和助烧物质，按配比不同分成A、B、C三种不同的主体介质。按AC、ABC、ACA、CAC、ACBCA等组合方式叠层，在保证各层厚度足够小的情况下可以累积叠层或混叠。然后压制烧结剪切被电极，实现制备串联和并联两种X7R异质叠层电介质陶瓷电容器。

A 层主体Ba_x1Sr_1-x1TiO₃中0.85≤X1≤1.00， 对应居里温度为-30^oC～0 ^oC，用掺杂物控制其介电常数在6000～12000；A层掺杂物为La、Nb、Y、Ta、Ce、Zr、Tm、Sm、Dy、Er、Ho、Eu、Tb、Yb等元素的氧化物的一种或多种，总掺杂量为0.1%～3.0%； 

B 层主体Ba_x2Sr_1-x2TiO₃中0.70≤X2＜0.80，对应B层居里温度为10 ^oC～40^oC，用掺杂物控制其介电常数在4000～7000；B层掺杂元素为La、Nb、Y、Ta、Ce、Zr、Tm、Sm、Mn、Fe、Al、Zn、Co、Ni等元素的氧化物的一种或多种，总掺杂量为0.1%～3.0%。

C层主体Ba_x3Sr_1-x3TiO₃中0.50≤X3≤0.65，对应C层居里温度为85 ^oC～120^oC，用掺杂物控制介电常数在1000～5000；C层掺杂物为Mn、Fe、Al、Zn、Co、Ni等元素的氧化物的一种或多种，总掺杂量为0.1%～3.0%；

三层主体材料掺杂浓度差应满足：0.10≤X2-X1≤0.30，0.10≤X3-X2≤0.25，0.20＜X3-X1≤0.50。

为了降低介质体的烧结温度和提高异质层间的致密度，在A、B、C种材料的配体粉体中加入少量的助烧物质SiO₂、Li₂O、B₂O₃，可单一掺入，也可混合掺入，总掺杂量为0.10%～10.0%。