一种稳定型陶瓷介质材料及其制备方法

1.本发明一种稳定型陶瓷介质材料及其制备方法，属于陶瓷介质材料技术领域。


背景技术：

2.当前，电子产品正逐渐向小型化、大容量化、低成本化及高可靠性化的方向发展，这对其内部无源电子元件(例如电容器)的要求也日益增长，多层陶瓷电容器(multilayer ceramic capacitor，mlcc)，由于具有小尺寸、高性能、低成本、易于表面贴装等特点，广泛应用于通讯设备、计算机、汽车电子、智能设备以及航空航天、船舶、兵器等领域，正逐渐取代钽电容及铝电解电容成为市场主流。
3.mlcc的结构大致可分为三部分：内电极、介质陶瓷和端电极。其中，mlcc的核心部分由介电陶瓷薄层和金属电极层交叠而成，再利用端电极将交替而不相通的内电极按照并联的方式相接，构成多个电容器平行并联的形式，最终在端部刷上导电的外电极形成不可分割的独石结构。除了追求mlcc的小型化和大容量化，mlcc的温度稳定性也是人们关注的重点。
4.目前报道较多的mlcc稳定型陶瓷材料有两类，一类大多是由简单的氧化物或者钛酸盐构成，另一类大部分是具有钙钛矿结构的铁电材料，但这些陶瓷材料存在烧结温度高、介电常数低和损耗偏高等问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种稳定型陶瓷介质材料及其制备方法，该陶瓷介质材料温度稳定性高、烧结温度低、介电常数高，和介电损耗低。
6.本发明通过以下技术方案实现：
7.一种稳定型陶瓷介质材料，包括如下质量百分比的原料：玻璃粉5-20％、ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo 80-95％。
8.所述玻璃粉包括如下质量百分比的原料：li2co35-40％、k2o 5-30％、sb2o35-30％、mgco35-30％和sio25-30％。
9.一种稳定型陶瓷介质材料的制备方法，包括如下依次进行的步骤：
10.1)将原料baco3、zro2和tio2按通式ba(z
r0.15
ti
0.85
)o3的化学计量比称量配料，球磨后，过120-250孔/cm2分样筛，升温至900-1000℃，保温1-3小时，制得熔块a；
11.2)按照通式ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo将熔块a、ceo2和mgo进行配料，获得配料b；
12.3)将配料b进行球磨，过120-250孔/cm2分样筛，加入质量百分比为配料b 5-8％的黏合剂，造粒，压制成生坯，缓慢升温至800-850℃后保温1小时，冷却后制得素烧多孔陶瓷介质c；
13.4)按照质量百分比将li2co35-40％、k2o 5-30％、sb2o35-30％、mgco35-30％和sio25-30％熔融水冷，研磨过筛制得玻璃粉d；
14.5)在玻璃粉d中加入质量百分比为玻璃粉d 60-90％的蒸馏水，搅拌，调制成浆料，把浆料涂到介质c表面，缓慢升温至900-950℃后保温0.5小时，冷却后制得陶瓷介质。
15.所述步骤1)中球磨时间为4-7小时。
16.所述步骤1)中升温速率为5-8℃/min。
17.所述步骤3)中球磨时间为3-6小时。
18.所述步骤3)中升温速率为3-6℃/min。
19.所述步骤5)中升温速率为2-5℃/min。
20.所述黏合剂为聚乙烯醇或者石蜡中的一种。
21.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo系介质陶瓷具有适中的烧结温度，一般在1100℃左右，具有较高的介电常数。另外还具有可调的容量温度系数和较低的介电损耗，是一种性能优异的介质陶瓷材料。本发明选择ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo系统，采取熔融渗入法的制备方法，使其烧结温度低于1000℃而且系统结构稳定，不易发生相转变，从而达到稳定型且性能优良的目的。
附图说明
22.下面结合附图对本发明做进一步的说明。
23.图1为实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制备获得的陶瓷介质材料的温度系数tcc的测试结果图。由图可以看出：随着温度升高，温度系数整体上都呈现缓慢上升趋势，然后逐渐下降，但是温度系数都在
±
15％内，达到了较高的温度稳定性。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
25.实施例1
26.一种稳定型陶瓷介质材料，包括如下质量百分比的原料：玻璃粉5％、ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo 95％，所述玻璃粉包括如下质量百分比的原料：li2co35％、k2o 30％、sb2o330％、mgco330％和sio25％。
27.其制备过程如下：
28.1)将原料baco3、zro2和tio2按通式ba(z
r0.15
ti
0.85
)o3的化学计量比称量，进行配料，在转速为400r/min的球磨机上球磨4小时，在3.3kw的普通烘箱中，100℃条件下干燥后，过120孔/cm2分样筛，以5℃/min的速率升温至900℃，并在900℃下保温1小时，得到熔块a。
29.2)将熔块a、ceo2和mgo按照通式ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo进行称量，获得配料b。
30.3)称取配料b 95g，在转速为400r/min的球磨机上球磨3小时，过120孔/cm2分样筛，加入质量百分比为配料b 5％的黏合剂，造粒，压制成生坯，以3℃/min的升温速率升温至800℃后保温1小时，冷却后制得素烧多孔陶瓷介质c。
31.4)称取li2co35g、k2o 30g、sb2o330g、mgco330g和sio25g，混合，熔融水冷，研磨，过筛制得玻璃粉d。
32.5)称取玻璃粉d 5g、蒸馏水3g，搅拌，调制成浆料，把浆料涂到介质c表面，以2℃/min的升温速率升温至900℃后保温0.5小时，冷却后制得陶瓷介质。
33.对本实施例制得的陶瓷介质进行介电性能的测试，测试频率为1khz，结果见表1和图1。
34.表1
[0035] 烧成温度(℃)保温时间(h)介电常数ε损耗tanδ实施例19000.5100000.01
[0036]
实施例2
[0037]
一种稳定型陶瓷介质材料，包括如下质量百分比的原料：玻璃粉20％、ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo 80％，所述玻璃粉包括如下质量百分比的原料：li2co340％、k2o 5％、sb2o35％、mgco320％和sio230％。
[0038]
其制备过程如下：
[0039]
1)将原料baco3、zro2和tio2按通式ba(z
r0.15
ti
0.85
)o3的化学计量比称量，进行配料，在转速为400r/min的球磨机上球磨5小时，在3.3kw的普通烘箱中，100℃条件下干燥后，过200孔/cm2分样筛，以6℃/min的速率升温至950℃，并在950℃下保温2小时，得到熔块a。
[0040]
2)将熔块a、ceo2和mgo按照通式ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo进行称量，获得配料b。
[0041]
3)称取配料b 80g，在转速为400r/min的球磨机上球磨4小时，过200孔/cm2分样筛，加入质量百分比为配料b 6％的黏合剂，造粒，压制成生坯，以4℃/min的升温速率升温至810℃后保温1小时，冷却后制得素烧多孔陶瓷介质c。
[0042]
4)称取li2co340g、k2o 5g、sb2o35g、mgco320g和sio230g，混合，熔融水冷，研磨，过筛制得玻璃粉d。
[0043]
5)称取玻璃粉d 20g、蒸馏水18g，搅拌，调制成浆料，把浆料涂到介质c表面，以3℃/min的升温速率升温至910℃后保温0.5小时，冷却后制得陶瓷介质。
[0044]
对本实施例制得的陶瓷介质进行介电性能的测试，测试频率为1khz，结果见表2和图1。
[0045]
表2
[0046] 烧成温度(℃)保温时间(h)介电常数ε损耗tanδ实施例29100.5100200.011
[0047]
实施例3
[0048]
一种稳定型陶瓷介质材料，包括如下质量百分比的原料：玻璃粉10％、ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo 90％，所述玻璃粉包括如下质量百分比的原料：li2co330％、k2o 20％、sb2o320％、mgco35％和sio225％。
[0049]
其制备过程如下：
[0050]
1)将原料baco3、zro2和tio2按通式ba(z
r0.15
ti
0.85
)o3的化学计量比称量，进行配料，在转速为400r/min的球磨机上球磨6小时，在3.3kw的普通烘箱中，100℃条件下干燥后，过250孔/cm2分样筛，以7℃/min的速率升温至1000℃，并在1000℃下保温3小时，得到熔块a。
[0051]
2)将熔块a、ceo2和mgo按照通式ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo进行称量，获得
配料b。
[0052]
3)称取配料b 90g，在转速为400r/min的球磨机上球磨5小时，过250孔/cm2分样筛，加入质量百分比为配料b 7％的黏合剂，造粒，压制成生坯，以5℃/min的升温速率升温至820℃后保温1小时，冷却后制得素烧多孔陶瓷介质c。
[0053]
4)称取li2co330g、k2o 20g、sb2o320g、mgco35g和sio225g，混合，熔融水冷，研磨，过筛制得玻璃粉d。
[0054]
5)称取玻璃粉d 10g、蒸馏水7g，搅拌，调制成浆料，把浆料涂到介质c表面，以4℃/min的升温速率升温至920℃后保温0.5小时，冷却后制得陶瓷介质。
[0055]
对本实施例制得的陶瓷介质进行介电性能的测试，测试频率为1khz，结果见表3和图1。
[0056]
表3
[0057] 烧成温度(℃)保温时间(h)介电常数ε损耗tanδ实施例39200.5100300.012
[0058]
实施例4
[0059]
一种稳定型陶瓷介质材料，包括如下质量百分比的原料：玻璃粉15％、ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo 85％，所述玻璃粉包括如下质量百分比的原料：li2co320％、k2o 25％、sb2o320％、mgco310％和sio225％。
[0060]
其制备过程如下：
[0061]
1)将原料baco3、zro2和tio2按通式ba(z
r0.15
ti
0.85
)o3的化学计量比称量，进行配料，在转速为400r/min的球磨机上球磨7小时，在3.3kw的普通烘箱中，100℃条件下干燥后，过250孔/cm2分样筛，以8℃/min的速率升温至1000℃，并在1000℃下保温3小时，得到熔块a。
[0062]
2)将熔块a、ceo2和mgo按照通式ba(z
r0.15
ti
0.85
)o
3-0.3ceo
2-0.1mgo进行称量，获得配料b。
[0063]
3)称取配料b 85g，在转速为400r/min的球磨机上球磨6小时，过250孔/cm2分样筛，加入质量百分比为配料b 8％的黏合剂，造粒，压制成生坯，以6℃/min的升温速率升温至850℃后保温1小时，冷却后制得素烧多孔陶瓷介质c。
[0064]
4)称取li2co320g、k2o25g、sb2o320g、mgco310g和sio225g，混合，熔融水冷，研磨，过筛制得玻璃粉d。
[0065]
5)称取玻璃粉d 15g、蒸馏水12g，搅拌，调制成浆料，把浆料涂到介质c表面，以5℃/min的升温速率升温至950℃后保温0.5小时，冷却后制得陶瓷介质。
[0066]
对本实施例制得的陶瓷介质进行介电性能的测试，测试频率为1khz，结果见表4和图1。
[0067]
表4
[0068] 烧成温度(℃)保温时间(h)介电常数ε损耗tanδ实施例49500.5100050.011
[0069]
实施例1-4中介电性能的测试，使用的测试方法和检测设备如下：
[0070]
a、介电常数ε和损耗tanδ的测试
[0071]
采用hewlett packard 4278a电容测试仪，测试电容器的电容量c和介电损耗tanδ
(测试频率为1khz)，并通过下面的公式计算介电常数ε：
[0072][0073]
式中：c-样片的电容量，单位pf；d-样片的厚度，单位cm；d-样片烧结后的直径，单位cm。
[0074]
b、温度系数tcc的测试(-55℃～150℃)
[0075]
利用6425型waykerr电桥、gz-espec mc-710f高低温箱及hm27002型电容器c-t/v特性专用测试仪测量样品的电容量随温度的变化情况，从而求出电容器的电容温度系数(测试频率为1khz)，计算公式如下：
[0076][0077]
式中：基准温度选择25℃，c0为温度25℃的容量，c1为温度t1的容量。
[0078]
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
[0079]
本发明不会限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽范围。