高稳定・宽温单片(或独石)电容器用介质陶瓷材料

摘要：利用介质陶瓷材料制造的高稳定、宽温单片(或独石)电容器，广泛应用于航空航天、军事及民用通信及电子设备中。在对介质陶瓷材料组分理论、控制温度工艺研究，以及BaTiO3-MgO3-Nb2O5系材料组分重组的分析的基础上，通过改进研磨工艺，控制煅烧温度等方法，研制出了工作温度范围宽、低损耗、介电常数ε可通过调整、性能稳定性电容器介质陶瓷材料。
关键词：无铅介质陶瓷材料；煅烧温度；高稳定性；介电常数ε

无铅(环保强制性要求，欧盟Rohs指令、WEEE指令)BaTiO3-MgO-Nb2O5系介质陶瓷材料，基本组成为82～95％摩尔比的碳酸钡，MgO和Nb2O5按比例1：1，烧成温度在1 300～1 400℃制作出市场急需的单片(或独石电容器)。所得电容器产品环保·较低损耗值·相对低的温度系数，介电常数系列化(如：300；500；1000；1500)。

1 需求背景
电子领域对陶瓷电容器的需求越来越广泛，要求更是越来越高。目前市场急需一种介质陶瓷材料来制作高稳定，很宽温度范围的单片电容器(或独石电容器)。该材料至少满足下列条件：1)无“铅”以符合欧盟ROHS·WEEE等强制性要求：2)无“铋”以避免高温下与内电极浆料中的“钯”发生反应降低产品性能稳定性；3)低损耗tgδ≤100x10-4(国家标准≤250x10-4)；4)温度特性△C／C≤±15；5)工作温度范围-55～145℃，一般材料制作的电容器工作温度范围为-25～+85℃。
要满足上面的性能要求，必须摈弃传统的有铅系统(Ti—Sr—Pb—Bi)和无铅系统(Ba—Ca—Zr—Su)两种体系模式，另辟蹊径，同时满足其他性能参数。该类电容器除了能满足高端的工业用途之外，势必扩展到对材料稳定性和工作温度范围有较高要求的军事领域。本介质陶瓷材料在华星公司内部已进入小批量生产阶段。

2 试验与结果
2．1 材料体系
本材料体系来源于对于复合钙钛矿结构钛-钡-镁-铌-钽系列陶瓷材料体系的极端应用。在该体系陶瓷中，由于铌和钽具有相近的离子半径。所以在各种铌原子取代量之下该体系陶瓷都能形成良好的固溶体且都能维持有序化结构。当“铌”完全取代“钽”时，该体系BaTiO3-MgO3-Nb2O5就出现了很简洁且非常有用的结果。图1所示为该三元体系组份构成示意图。

2．2 工艺方法
将BaTiO3(或BaCO3，TiO2)，MgO(或MgCO3)，Nb2O5按比例配料，混料，细磨(D50≤2U)烘干，1 100～1 150℃之间空气中煅烧制备烧块，再行破碎，精细磨至D50≤1．5 M，按5Wt％加入PVA溶液(5％浓度)喷雾造粒，按100～1 000 kg／cm2。压力成型至φ12．7×1 mm，空气中烧成，1 350*50℃，2．5 h，再将陶瓷基片双面涂满银电极(银浆含银量>60％)850 ℃下烧银半小时待测。