铅系低温烧结弛豫铁电陶瓷瓷料组成及制备工艺

摘要

本发明涉及一种铅系低温烧结弛豫铁电陶瓷X7R电容器瓷料的组成及制备工艺，属铁电陶瓷及其制造领域。该瓷料是以ZnO、MnO2、Nb2O5、AiO2、Fe2O3、Al2O3、CeO2等掺杂改性的低温烧结钨镁锆钛酸铅弛豫铁电陶瓷。其制备工艺为将普通化工原料三氧化钨、四氧化三铅、碱式碳酸镁、二氧化钛、氧化锌、氧化锰、五氧化铌、二氧化硅、氧化铁、氧化铅等按一配比混合磨细后，过60～80目筛。经700°～850℃预烧，并保温1—2小时，粉碎后磨细过120目或200筛，即可获得所需瓷料。

说明书

本发明涉及一种铅系低温烧结弛豫铁电陶瓷X7R电容器资料的组成及制备工艺，属铁电陶瓷及其制造领域。

多层（独石）电容器（Multilayer Ceramic Capacitor简称MLC）具有高比容、高可靠，频率特性好等优点，随着电子设备及元器件向着微型，混合集成等方向发展的需要，特别是集成电路（IC）和表面组装技术（SMT）的发展对MLC的数量与质量要求与日俱增，X7R型MLC是MLC中较大的一类，约占MLC总用量的40%。长期以来以BaTiO₃为基本瓷料组成，其烧成温度为1300℃左右，必须采用贵金属钯作为内电极。近几年来尽管人们在提高介电常数和降低烧结温度方面做了一些研究，但是由于体系自身的特点，要进一步向着高性能/价格比发展，有一定的困难。

近年来迅速发展起来的铅系复合钙钛矿型弛豫铁电体具有高的介电常数，较好的偏压特性和较低烧成温度等优良特性，被认为是下一代MLC的主流介质材料。目前已经研制出一系列符合Z5U，Y5V规格要求的此类组成介质材料的MLC，但对X7R型MLC由于对容温变化要求极为严格，所谓X7R标准的MLC即在-55℃→+125℃的范围，要求电容随温度的变化率△C/C≤±15%，由于弛豫铁电体在居里温度范围内具有高的介电常数故容温变化率一般比较大，因此研制用弛豫铁电体为基料，符合X7R容温变化要求，在世界上乃是一个崭新的课题。Yukio Sakabe，Goro Nishioka等采用Pb（Mg 1/2 W 1/2）O₃-Pb（Ti₁-xZr_x）O₃-ZnO体系的报导，在适当组成下介电常数最大可达5500，但仅符合y5p标准，M.Yonezawa，M.Miyauchi等也采用PMW-PZT体系参加适量的Pb（Mn>3制备低烧X7R的MLC，但采用了高纯超细的原材料，即PbO，WO₃的纯度为99.9%以上，MgO，TiO₂，ZrO₂的纯度达99.5%，粉料细度≤0.2-0.45um。

本发明的目的是研究用普通化工原料，制备铅系弛豫铁电陶瓷及其烧成温度为900℃-1000℃，在-55℃→    →125℃范围内电容温度变化率符合X7R标准的材料组成及工艺，降低烧结温度，降低成本，减少贵金属用量。由于采用一般纯度和细度的原材料，因此更便于批量生产和推广，另外添加物的选择方面也具有特色。

本发明的内容是：一种以ZnO，MnO₂，Nb₂O₅，SiO₂，Fe₂O₃，Al₂O₃，CeO₂等掺杂改性的低温烧结钨镁锆钛酸铅弛豫铁电陶瓷（简称PMW-PZ-PT），其基料组成为：

Pb（Mg_xW_yZr_zTi_w）O_s+a₁mol%>2mol%MnO₂+a₃mol%Nb₂O₅+a₄mol%>2+a₅mol%>2O₃+a₆mol%CeO₂+a₇mol%>2CO₃

其中    0.20≤x≤0.30    0.20≤y≤0.30

0.02≤z≤0.20    0.20≤w≤0.46

x+y+z+w＝1

0≤a₁≤10>2≤2

0≤a₃≤2>4≤1.5

0≤a₅≤3>6≤1

0≤a₇≤2

这种以Zn，Mn，Nb，Si等掺杂改性的钨镁锆钛酸铅X7R电容器陶瓷的制造工艺是用普通化工原料工业（纯化学纯或分析纯）四氧化三铅（Pb₃O₄），三氧化钨（WO₃），碱式碳酸镁（Mg（OH）₂·4MgCO₃·6H₂O），二氧化锆（ZnO₂），二氧化钛（TiO₂），氧化锌（ZnO），氧化锰（MnO₂），五氧化铌（Nb₂O₅），二氧化硅（SiO₂），氧化铁（Fe₂O₃），氧化铈（CeO₂），氧化铝（Al₂O₃）等按上述化学式配料，混合，过60-80目筛，经700°～850℃予烧并保温1-2小时，粉碎后磨细过120目或200目筛，即可获得所需原料。

将这种瓷粉经干压成型（压力大约为100MPa）成园片在坩埚中密闭盖烧，烧成温度为900℃-1000℃保温2-4小时，也可在930℃-1000℃内获得良好的性能。烧成后的瓷片，经被银烧银电极放置48小时后测试其介电常数ε，介质损耗值tanδ，并用高低温箱及LRC电桥测出-55℃～+125℃的ε-T曲线，即可计算出△C/C变化率数值，本发明取得了预期结果。

本发明主要通过选择适当的烧成温度，采用合适的Zr/Ti比，以及适量的ZnO，其他添加物，组成合理匹配来实现的，钨镁酸铅在39℃以下是反铁电体，在室温时是具正交畸变结构的复合钙钛矿，PbZrO₃是居里温度为230℃的反铁电体，它可以将含PbTiO₃量较低的PMW-PT组分的居里温度移至室温附近以满足X7R要求。

下面是本发明的实施例

Pb（Mg_xW_yZr_zTi_w）O₃+a₁mol%>2mol%>2+a₃mol%>2O₅+a₄mol%>2+a₅mol%>2O₃+a₆mol%>2+a₇mol%Li₂CO₃

                配方1性能

        配方2性能

        配方3性能

            配方4性能

        配方5性能