本文介绍了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&epSILon;可通过调整、性能稳定性电容器介质陶瓷材料。
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。
2．3 测试方法
测试条件：25 ℃，1 kHz
测试参数：&epSILon;(14．4dC／φ2，其中C为满银容量，d为厚度，φ为直径．单位cm，PF)
1)介质损耗tgδ(×10-4)
2)温度特性△C／Cx100％=Ct-C0／C0x100％
其中，C0为25℃时容量，CT为-55～+145℃之间的容量值。
2．4 测试数据(结果)
表一罗列了该材料不同配伍下的工艺条件(主要体现烧成温度)由此材料制作的电容器的主要性能参数。
注：1)△C／C最大值指在-55～+145℃之间容量相对于25℃时变化率最大值；
2)如若按独石电容器制作方法，通过二次配料(瓷粉和乙基纤维素等)·流延制膜(膜厚约0．5 mm)·内电极印刷(银钯电极浆料)·85℃，280 kg／m2等静压(11层)·650+50℃排胶·1350+20℃烧成2．5 h，冷却再制端电极，待测。以此方法制作的独石电容器其特性参数与表一圆板式电容器性能一致。
3 研制成果与改进方向
1)该体系介质材料无铅、无铋，既符合环保要求又具备很好的稳定性(避免了制作电容器时与电极浆料中的钯发生反应)很好地满足了高端客户的要求。
2)工作温度范围宽，-55～+145℃几乎是普遍材料-25+85℃的两倍，具有非常好的应用价值。
3)tgδ≤100x10-4属低损耗系列，击穿电压≥>9 kV／mm，均优于常规介质组份性能；
4)介电常数ε可通过调整MgO，Nb2O3总二摩尔比(各自1：1)使之很易达到系列化要求，如300；500；1 000；1 500；这无论是对于瓷粉材料还是对电容器的批量生产与管理都具有重要的使用价值，便于大规模生产。
5)该系列瓷粉所做瓷基体成瓷温度范围较宽，很方便批量烧成，不需精确控温，这是该体系材料又一大优势。
6)通过微量掺杂继续改善温度特性使之温度范围拓宽至-55～+185℃同时使△C／C≤±10％之内；
7)通过改变MgO·Nb2O5的比例和主辅料的比例进一步完善介电常数的系列扩充，达100，200，300，500，1 000，1 500，2 000之目标，更好地方便批量系列化生产和使用。
4 结束语
无铅、无铋的介质陶瓷材料用于制作高稳定，宽温度范围的单片电容器(或独石电容器)，是目前电子陶瓷器件研究应用重点。通过理论分析和多年器件研制，经过介质陶瓷材料配比改进、工艺试验及批生产等工作，研制成功适用于高精尖电子设备使用的无铅、无铋、工作温度范围宽、损耗低、介电常数ε可控、可批量生产的材料组分和工艺方法。对我国无铅、无铋的介质陶瓷材料研究及生产具有一定的指导意义。
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