CN105272192B

CN105272192B - 一种低介电常数ag特性多层瓷介电容器瓷料及其制备方法

Info

Publication number: CN105272192B
Application number: CN201510621636.2A
Authority: CN
Inventors: 陈永虹; 林志盛; 宋运雄; 黄祥贤; 谢显斌; 吴金剑; 许金飘
Original assignee: FUJIAN TORCH ELECTRON TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: FUJIAN TORCH ELECTRON TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-10-31
Anticipated expiration: 2035-09-25
Also published as: CN105272192A

Abstract

一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料及其制备方法，该瓷料的原料组分为：100重量份的(xCaCO₃‑ySiO₂)；0‑9重量份的Al₂O₃；0‑5重量份的CaTiO₃；0‑5重量份的MgO；0‑0.3重量份的RE₂O₃，在(xCaCO₃‑ySiO₂)中CaCO₃和SiO₂的摩尔比为x:y，其中：x＝0.8‑1.2，y＝0.8‑1.6，原料组份中包括Al₂O₃、CaTiO₃、MgO和RE₂O₃中的至少一种；RE为Y、Ce或者Nd；采用该种瓷料制成的电容器制作成本低，具有低介电常数，低的介电损耗、高温度稳定性，适合微波通信等高频率的应用。

Description

一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料及其制备方法

技术领域

本发明属于多层陶瓷电容器材料技术领域，特别涉及一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器的瓷料。

背景技术

随着微波通信技术及可穿戴通信技术的发展，对电子设备元器件的要求越来越高。多层陶瓷电容器(以下简称MLCC)作为一种应用广泛的电子元器件，现有的技术将朝着微型化，高频化方向发展。

MLCC作为重要电子元件与大规模集成电路一直保持高水平发展速度。对于开发介电常数小于9、损耗小于3×10^-4与近零介电常数温度系数的材料较少，如中国专利申请号为201310384657.8公开的一种主要成分为YBO₃微波介质陶瓷材料，该材料的介电常数在10-13的范围内，频率特性和介电性能优良，但是这种材料含有B，其烧结温度低，且混合预烧过程中有挥发相产生，不易进行高频MLCC产品制备。

现有多层陶瓷电容器要求材料与内电极共烧，且不与内电极发生化学反应，内电极不熔化并具有良好的导电性。这限制了电极材料的选择性。现有的多层电容器生产中，通常采用高熔点的贵金属如Pt、Au、Pd等做内电极，不但生产成本好，而且制作程序复杂。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提供一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料及其制备方法，该瓷料具有低介电常数、低损耗、高电阻率，同时采用该瓷料的电容器的具有优良的稳定性、制备工艺简单。

本发明通过如下技术方案来实现：

一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料，其原料组分为：

100重量份的(xCaCO₃-ySiO₂)；

0-9重量份的Al₂O₃；

0-5重量份的CaTiO₃；

0-5重量份的MgO；

0-0.3重量份的RE₂O₃；

其中：x＝0.8-1.2，y＝0.8-1.6，在(xCaCO₃-ySiO₂)中CaCO₃和SiO₂的摩尔比为x:y；

原料组份中包括Al₂O₃、CaTiO₃、MgO和RE₂O₃中的至少一种；

RE为Y、Ce或者Nd。

进一步的，所述的Al₂O₃、CaTiO₃，MgO和RE₂O₃的晶粒尺寸均在4μm以下。

进一步的，所述CaCO₃、SiO₂，Al₂O₃、CaTiO₃，MgO和RE₂O₃纯度均大于99％。

一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，合成(xCaCO₃-ySiO₂)粉体，将CaCO₃和SiO₂按CaCO₃：SiO₂＝x：y的摩尔比例进行称量、混合，并于去离子水中进行球磨，然后烘干、干燥、预烧后制得CaSiO₃粉体；

步骤2，在CaSiO₃粉体中加入Al₂O₃、CaTiO₃，MgO和RE₂O₃中的至少一种进行配料，制成原料粉体；

步骤3，将所得的原料粉体过80目筛，造粒，造粒后在5-10MPa压强下压制成生坯；

步骤4，将所得的生坯，再经3-5小时升温至1150-1350℃保温1-8小时，制得低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料；

根据权利要求4所述的一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的预烧是以5-15℃/min的升温速度升至1100-1200℃，保温1-10小时。

进一步的，所述步骤2中原料混合后加入去离子水，混合球磨20-30小时，烘干、粉碎得到原料粉体。

进一步的，采用氧化锆球作为球磨介质。

进一步的，所述步骤3加入质量百分比为8-15％的石蜡或PVA进行造粒。

进一步的，所述步骤3中所述生坯为直径10-15mm、厚度1.2-1.8mm的圆片。

由上述对本发明描述可知，本发明用于AG特性多层瓷介电容器的瓷料原料价格低廉，具有低介电常数、低损耗、高电阻率和优良的稳定性；采用该种瓷料制成的用于AG特性多层陶瓷电容器，以CaSiO₃为主料，生产工艺简单、制作成本低，具有低介电常数，低的介电损耗、高温度稳定性且可调，适合更高频率的应用，有极高的工业应用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为低介电常数AG特性多层瓷介电容器的制备工艺流程图。

具体实施方式

参照附图所示，以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

本发明提供了一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料，其原料组分为：

100重量份的(xCaCO₃-ySiO₂)；

0-9重量份的Al₂O₃；

0-5重量份的CaTiO₃；

0-5重量份的MgO；

0-0.3重量份的RE₂O₃；

其中：x＝0.8-1.2，y＝0.8-1.6，在(xCaCO₃-ySiO₂)中CaCO₃和SiO₂的摩尔比为x:y，

原料组份中包括Al₂O₃、CaTiO₃、MgO和RE₂O₃中的至少一种，

RE为Y、Ce或者Nd。其中，Al₂O₃、CaTiO₃、MgO和RE₂O₃的晶粒尺寸均在4μm以下；

CaCO₃、Al₂O₃、CaTiO₃、MgO和RE₂O₃纯度均大于99％。

实施例1：

低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法为：

先将CaCO₃和SiO₂按照1:1的摩尔比混合均匀，在1150℃下预烧保温2小时得到CaSiO₃粉体；

将CaSiO₃粉体、Al₂O₃和CeO₂按照1：0.09：0.001的质量比例混合后加入去离子水，混合球磨24小时，烘干得到原料粉体；

将所得的原料粉体过80目筛，加入用蒸馏水配制的15wt％浓度的石蜡粘结剂造粒；

将造粒的粉末在8MPa的压力下压成直径15mm、厚度1.5mm的圆片；

然后在烧结额温度1100-1300℃，烧结时间为2小时，升温速度为3℃/min；

烧成的陶瓷圆片经过表面抛光，烧银，测量其介电性能。

所获得的样品介电性能参数见表1：

实施例2：

低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法为：

先将CaCO₃和SiO₂按照1:1的摩尔比比例混合均匀，在1150℃下预烧保温2小时得到CaSiO₃粉体；

将CaSiO₃粉体、Al₂O₃、CaTiO₃和CeO₂按照1：0.03：0.025：0.015:0.001的质量比例混合后加入去离子水，混合球磨24小时，烘干得到原料粉体；

将所得的原料粉体过40目筛，加入用蒸馏水配制的15wt％浓度的石蜡粘结剂造粒；

将造粒的粉末在8MPa的压力下压成直径15mm、厚度1.5mm的圆片；

烧成的陶瓷圆片经过表面抛光，烧银，测量其介电性能。

所获得的样品介电性能参数见表2：

实施例3：

低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法为：

将CaSiO₃粉体、Al₂O₃、CaTiO₃、MgO、Nd₂O₃按照1：0.06：0.03：0.015:0.001的质量比例混合后加入去离子水，混合球磨24小时，烘干得到原料粉体；

将所得的原料粉体过80目筛，加入用蒸馏水配制的5wt％浓度的聚乙烯醇(PVA)粘结剂造粒；

将造粒的粉末在8MPa的压力下压成直径15mm、厚度1.5mm的圆片；

烧成的陶瓷圆片经过表面抛光，烧银，测量其介电性能。

所获得的样品介电性能参数见表3：

实施例4：

低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法为：

先将CaCO₃和SiO₂按照1:1.4的摩尔比比例混合均匀，在1150℃下预烧保温2小时得到CaSiO₃粉体；

将CaSiO₃粉体和Al₂O₃按照1：0.03的质量比例混合后加入去离子水中，混合球磨24小时，烘干得到原料粉体；

将所得的原料粉体过80目筛，加入用蒸馏水配制的5wt％浓度的聚乙烯醇(PVA)粘结剂造粒；将造粒的粉末在8MPa的压力下压成直径15mm、厚度1.5mm的圆片；

然后在烧结额温度1100-1300℃，烧结时间为2小时，升温速度为3℃/min。烧成的陶瓷圆片经过表面抛光，烧银，测量其介电性能。

所获得的样品介电性能参数见表4：

上述实施例1-4中所有样品均采用固相法制备，烧结得到的部分样品用于性能测试；

由于样品烧结后为规则的圆柱状，可以用游标卡尺进行陶瓷样品的直径和厚度的测量，从而计算出陶瓷样品的体积，进一步根据陶瓷的质量，可以计算出陶瓷块体的密度，一般而言，每一个组分都存在一个烧结最致密的温度，在所有实验中，通过改变陶瓷的烧结温度来获得最佳密度点，以下的实验中各种分析评价采用的样品均是在烧结最佳密度得温度下获得。

对成品陶瓷片分别利用阿基米德排水法测量其体积密度；采用X射线衍射技术进行物相分析；采用SEM观察其表面和断面的形貌、成分和晶体取向等特征；使用同惠公司生产的TH2818和智能温控仪组成的测试系统测试样品的介电常数和损耗温度谱，测试温度范围为-55-125℃，升温速度为2℃/min，测试频率1MHz，根据以下公式进行介电常数ε_r的计算：

式中，C_p为测试的电容，h为样品厚度；

采用美国Radiant公司的Precision Workstation测试陶瓷样品常温下的电滞回线和电阻率，美国Trek公司的Model 609A高压电源施加外电压，电阻率测试采用上述电学性能测试设备中的漏电流测试方法，在100V直流电压下进行。

上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims

1.一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料，其原料组分为：

100重量份的(xCaCO₃-ySiO₂)；

0-9重量份的Al₂O₃；

0-5重量份的CaTiO₃；

0-5重量份的MgO；

0.1-0.3重量份的RE₂O₃；

RE为Ce或者Nd。

2.根据权利要求1所述的一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料，其特征在于：所述Al₂O₃的晶粒尺寸在4μm以下。

3.根据权利要求1所述的一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料，其特征在于：所述CaCO₃、SiO₂、Al₂O₃的纯度均大于99％。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，合成(1CaCO₃-1.4SiO₂)粉体，将CaCO₃和SiO₂按CaCO₃：SiO₂＝1：1.4的摩尔比例进行称量、混合，并于去离子水中进行球磨，然后烘干、干燥、预烧后制得CaSiO₃粉体；

步骤2，在CaSiO₃粉体中按配方比例加入Al₂O₃、CaTiO₃、MgO、RE₂O₃进行配料，制成原料粉体；

5.根据权利要求4所述的一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的预烧是以5-15℃/min的升温速度升至1100-1200℃，保温1-10小时。

6.根据权利要求4所述的一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中原料混合后加入去离子水，混合球磨20-30小时，烘干、粉碎得到原料粉体。

7.根据权利要求4所述的一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法，其特征在于：采用氧化锆球作为球磨介质。

8.根据权利要求4所述的一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法，其特征在于：所述步骤3加入质量百分比为8-15％的石蜡或PVA进行造粒。

9.根据权利要求4所述的一种低介电常数AG特性多层瓷介电容器瓷料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中所述生坯为直径10-15mm、厚度1.2-1.8mm的圆片。