高穩定?寬溫單片(或獨石)電容器用介質陶瓷材料

摘要：利用介質陶瓷材料制造的高穩定、寬溫單片(或獨石)電容器，廣泛應用于航空航天、軍事及民用通信及電子設備中。在對介質陶瓷材料組分理論、控制溫度工藝研究，以及BaTiO3-MgO3-Nb2O5系材料組分重組的分析的基礎上，通過改進研磨工藝，控制煅燒溫度等方法，研制出了工作溫度范圍寬、低損耗、介電常數ε可通過調整、性能穩定性電容器介質陶瓷材料。
關鍵詞：無鉛介質陶瓷材料；煅燒溫度；高穩定性；介電常數ε

無鉛(環保強制性要求，歐盟Rohs指令、WEEE指令)BaTiO3-MgO-Nb2O5系介質陶瓷材料，基本組成為82～95％摩爾比的碳酸鋇，MgO和Nb2O5按比例1：1，燒成溫度在1 300～1 400℃制作出市場急需的單片(或獨石電容器)。所得電容器產品環保·較低損耗值·相對低的溫度系數，介電常數系列化(如：300；500；1000；1500)。

1 需求背景
電子領域對陶瓷電容器的需求越來越廣泛，要求更是越來越高。目前市場急需一種介質陶瓷材料來制作高穩定，很寬溫度范圍的單片電容器(或獨石電容器)。該材料至少滿足下列條件：1)無“鉛”以符合歐盟ROHS·WEEE等強制性要求：2)無“鉍”以避免高溫下與內電極漿料中的“鈀”發生反應降低產品性能穩定性；3)低損耗tgδ≤100x10-4(國家標準≤250x10-4)；4)溫度特性△C／C≤±15；5)工作溫度范圍-55～145℃，一般材料制作的電容器工作溫度范圍為-25～+85℃。
要滿足上面的性能要求，必須擯棄傳統的有鉛系統(Ti—Sr—Pb—Bi)和無鉛系統(Ba—Ca—Zr—Su)兩種體系模式，另辟蹊徑，同時滿足其他性能參數。該類電容器除了能滿足高端的工業用途之外，勢必擴展到對材料穩定性和工作溫度范圍有較高要求的軍事領域。本介質陶瓷材料在華星公司內部已進入小批量生產階段。

2 試驗與結果
2．1 材料體系
本材料體系來源于對于復合鈣鈦礦結構鈦-鋇-鎂-鈮-鉭系列陶瓷材料體系的極端應用。在該體系陶瓷中，由于鈮和鉭具有相近的離子半徑。所以在各種鈮原子取代量之下該體系陶瓷都能形成良好的固溶體且都能維持有序化結構。當“鈮”完全取代“鉭”時，該體系BaTiO3-MgO3-Nb2O5就出現了很簡潔且非常有用的結果。圖1所示為該三元體系組份構成示意圖。

2．2 工藝方法
將BaTiO3(或BaCO3，TiO2)，MgO(或MgCO3)，Nb2O5按比例配料，混料，細磨(D50≤2U)烘干，1 100～1 150℃之間空氣中煅燒制備燒塊，再行破碎，精細磨至D50≤1．5 M，按5Wt％加入PVA溶液(5％濃度)噴霧造粒，按100～1 000 kg／cm2。壓力成型至φ12．7×1 mm，空氣中燒成，1 350*50℃，2．5 h，再將陶瓷基片雙面涂滿銀電極(銀漿含銀量>60％)850 ℃下燒銀半小時待測。