CN115482955A

CN115482955A - 一种导电氧化物-金属导电材料以及制备方法

Info

Publication number: CN115482955A
Application number: CN202211249425.7A
Authority: CN
Inventors: 邱文俊
Original assignee: Hangzhou Guangzhishen Technology Development Co ltd
Current assignee: Hangzhou Guangzhishen Technology Development Co ltd
Priority date: 2022-10-12
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2022-12-16

Abstract

本发明公开了一种导电氧化物‑金属导电材料，属于导电材料领域，包括如下组分：金属70‑90重量份数；导电氧化物粉末10‑30重量份，有机载体黏合剂1‑10重量份数；分散剂；溶剂；其中，导电氧化物粉末导电氧化物粉末包括ITO(In₂O₃‑SnO₂),ZnO‑Al,Cu‑ZnO,Mn‑ZnO,Y‑ZnO,Gd‑ZnO,Al‑Sc中的一种或多种混合。具有室温和高温85摄氏度时，测得陶瓷体的膨胀系数与导电复合体的膨胀系数是相同的，所以长期信赖性经过3000小時不会有问题。同时将导电氧化物取代玻璃粉，借由导电氧化物的膨胀系数来调整与金属导体所形成的金属复合浆的膨胀系数，与陶瓷材料相匹配，除了可以降低金属复合浆料的阻抗值外，同时可以增加高温时的信赖性。

Description

一种导电氧化物-金属导电材料以及制备方法

技术领域

本发明属于电阻材料领域，特别涉及一种导电氧化物-金属导电材料以及制备方法。

背景技术

随着现代电子工业、信息产业和高新技术的发展，对导电高分子复合材料的需求不断增加，导电高分子复合材料受到越来越广泛的关注。人们对导电高分子复合材料的研究主要集中在：在理论上对复合材料导电机理以及特殊效应机理进行研究；在实验上用不同方法研制新材料；材料应用方面的实验研究。由于导电高分子复合材料性能受到诸如基体材料、填充料、配合剂、加工方法、工艺条件等因素的影响，限制其的应用目前人们对导电高分子复合材料的实验研究主要是采用炭黑、金属粉末等作为导电填料，而超导粉末作为导电填料的研究相对较少。

现有被动元器件(MLCC、压敏电阻、热敏电阻、贴片电感)中的陶瓷介质层和金属导电层容易在运行的时相互分层，使得元件失效。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种导电氧化物-金属导电材料，本发明的第二个目的是提供一种具有上述导电氧化物-金属导电材料的陶瓷电子元件的制备方法。

本发明第一个方面提供一种导电氧化物-金属导电材料，包括如下组分：

金属粉末 70-90重量份数

导电氧化物粉末 10-30重量份数

有机载体黏合剂 1-10重量份数

其中，导电氧化物粉末包括ITO(In₂O₃-SnO₂),ZnO-Al,Cu-ZnO,Mn-ZnO,Y-ZnO,Gd-ZnO,Al-Sc中的一种或多种混合。Y指氧化钇，ZnO-Al是指氧化锌掺杂Al形成导电氧化物，其他同理。

优选的，所述导电氧化物粉末平均颗粒尺寸为50nm至300nm。

优选的，所述金属粉末包括Au、Ag、Cu、Sn、Ag/Pd、Pd、Al中的一种或多种混合。

优选的，所述金属粉末平均颗粒尺寸为50nm至3um。

优选的，所述金属粉末的粒径<100nm占20％，其余在100nm-3um之间的占80％。

优选的，所述有机载体黏合剂包括聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、聚醋酸乙烯酯、聚氧化乙烯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、松油醇中的一种或多种混合。

优选的，还包括溶剂，所述溶剂包括有机溶剂或水溶剂，所述有机溶剂为甲苯、酒精、醋酸丁酯、乙二醇单丁醚中的一种或几种混合。

优选的，还包括分散剂，所述分散剂包括羧酸型、长链脘基氨基酸型、聚丙烯酸型、聚甲基丙烯酸甲酯型等分散剂。

本发明第二个方面提供一种具有上述导电氧化物-金属导电材料的陶瓷电子元件的制备方法，包括如下步骤：

步骤S01：将导电浆料涂覆在多个陶瓷体上，形成介电层；

步骤S02：将多个具有介电层的陶瓷体叠放在一起，在800摄氏度以上的温度及氮气或真空环境下烧结1-4小时，得到多层陶瓷电子元件。

优选的，步骤S01中，所述导电浆料的制备方法如下：将70-90重量份数的金属粉末和10-30重量份数导电氧化物粉末混合，然后将混合粉末加入1-10重量份数的有机载体黏合剂，再加入含有分散剂的溶剂中，搅拌混合均匀后，得到导电浆料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的制备得到的陶瓷电子元件，室温下测得的电阻值为5*10^-4Ω·cm，在高温85摄氏度中使用，电阻值维持在4.9*10^-4Ω·cm，与室温相同，高温85摄氏度时，测得陶瓷体的膨胀系数与导电复合体的膨胀系数是相同的，所以长期依赖性经过3000小時不会有问题。

2、本发明制备的金属导电复合浆可以用于被动元件的贴片式压敏电阻、热敏电阻、多层陶瓷电容、多层电感、晶片电阻的内层电极及端部电极的使用。并且导電氧化物可以提供的多层陶瓷电子元件的内部电极的膨胀系数為2x10^-6至5x10^-6之間，可以降低陶瓷片材与内部电极之间的应力，可以减少内部电极与陶瓷片材因膨胀系数不同而导致内部电极脱离不连续现象。此外，由于介电层的陶瓷组分和内部电极的组分不会相互间发生反应，可以改进耐电压特效和介电特性。

3、本发明通过採用导电氧化物粉末来调整金属导电复合浆的膨胀系数，使得陶瓷介质层和金属导电层可以相互匹配，两层的膨胀系数差异不大，不会让元件运作时，金属层和陶瓷层分离，也不会因分离使得元件失效，同时增加来导电性，尤其是MLCC，可以使介电损耗的值降低，相比于玻璃粉，导电氧化物的加入能够大大减小阻抗值，进而使得介电损耗的值降低，增加产品信赖性。

附图说明

图1是本发明陶瓷电子元件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

导电浆的制备

将Ag进行处理，处理后的Ag粉末平均颗粒尺寸为50nm至3um，其中<100nm占20％，其余在100nm至3um间占比80％。

将ITO(In₂O₃-SnO₂)进行处理，处理后导电氧化物粉末平均颗粒尺寸在50nm至300nm之间。

取80wt％Ag粉末与20wt％ITO(In₂O₃-SnO₂)导电氧化物粉末混合均匀。再加入5-10wt％(相当于固体的金属及导电氧化物)的粘合剂聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，搅拌均匀后，再加入含有1-10wt％BYK101分散剂的甲苯、醋酸丁酯混合溶剂中，搅拌混合均匀后，得到导电浆料。

将导电浆采用一定的方法附着在陶瓷体上，形成介电层。然后在800摄氏度以上的温度及真空环境下烧结2小时。

最后得到的陶瓷电子元件如图1所示。

室温下测得的一般市售的金属复合导电氧化物层电阻值为8*10^-4Ω·cm，本发明的金属复合导电氧化物层电阻值仅只有5*10^-4Ω·cm，在高温85摄氏度中使用，电阻值依然维持在4.9*10^-4Ω·cm，与室温相同，高温85摄氏度时，测得陶瓷体的膨胀系数与导电复合体的膨胀系数是相同的，所以长期信赖性经过3000小時不会有问题。

实施例2

将镍(Ni)粉进行处理，处理后的Ni粉末平均颗粒尺寸为50nm至3um，其中<50nm占20％，其余在50nm至3um间占比80％。

将ZnO-Al进行处理，处理后导电氧化物粉末平均颗粒尺寸在50nm至300nm之间。(ZnO-Al是指氧化锌掺杂Al形成导电氧化物)

取80wt％Ni粉末与20wt％ZnO-Al导电氧化物粉末混合均匀。再加入5-10wt％(相当于固体的金属及导电氧化物)的粘合剂乙基纤维素，再加入含有1-10wt％BYK2050分散剂的二乙二醇单丁醚、松油醇混合溶剂中，搅拌混合均匀后，得到导电浆料。

将导电浆采用一定的方法附着在陶瓷体上，形成介电层。然后在800摄氏度温度及每分钟1-20L流量下的氮气环境下烧结2小时。

室温下测得的一般市售的金属复合导电氧化物层电阻值为8*10^-4Ω·cm，本发明的金属复合导电氧化物层电阻值仅只有5.5*10^-4Ω·cm，在高温85摄氏度中使用，电阻值依然维持在5.3*10^-4Ω·cm，与室温相同，高温85摄氏度时，测得陶瓷体的膨胀系数与导电复合体的膨胀系数是相同的，所以长期信赖性经过3000小時不会有问题。

实施例3

将Ag/Pd粉进行处理，处理后的Ag/Pd粉末平均颗粒尺寸为50nm至3um，其中<50nm占20％，其余在50nm至3um间占比80％。

将Gd-ZnO(即Gd掺杂ZnO)进行处理，处理后导电氧化物粉末平均颗粒尺寸在50nm至300nm之间。

取80wt％Ag/Pd粉末与20wt％Gd-ZnO导电氧化物粉末混合均匀。再加入5-10wt％(相当于固体的金属及导电氧化物)的粘合剂聚醋酸乙烯酯及再加入1-10wt％BYK163分散剂的醋酸丁酯、乙二醇单丁醚混合溶剂中，搅拌混合均匀后，得到导电浆料。

最后得到的陶瓷电子元件如图1所示。

室温下测得的一般市售的金属复合导电氧化物层电阻值为7.5*10^-4Ω·cm，，本发明的金属复合导电氧化物层电阻值仅只有5.3*10^-4Ω·cm，在高温85摄氏度中使用，电阻值依然维持在5.2*10^-4Ω·cm，与室温相同，高温85摄氏度时，测得陶瓷体的膨胀系数与导电复合体的膨胀系数是相同的，所以长期信赖性经过3000小時不会有问题。

电阻值的测量方法如下：

方阻，其中方阻是指一个正方形的待测样品边到边之间的电阻，只与样品电阻率和厚度有关。

计算公式为：R＝ρ/d，ρ是物质的电阻率，d为样品厚度。

通常采用四探针法进行测量，关系式R＝V/I·F(D/S)·F(W/S)·Fsp，I是外端两根探针流过的电流值，V是内侧探针间的电压值，F(D/S)，F(W/S)和Fsp是仪器的修正因子。测试时仪器两端探针间加上一定的电流，通过获取内端两根探针间的电势差从而得到材料的方阻值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种导电氧化物-金属导电材料，其特征在于，一种导电氧化物-金属导电材料，包括如下组分：

金属粉末 70-90重量份数

导电氧化物粉末 10-30重量份数

有机载体黏合剂 1-10重量份数

其中，导电氧化物粉末包括ITO(In₂O₃-SnO₂),ZnO-Al,Cu-ZnO,Mn-ZnO,Y-ZnO,Gd-ZnO,Al-Sc中的一种或多种混合。

2.根据权利要求1所述的一种导电氧化物-金属导电材料，其特征在于，所述导电氧化物粉末平均颗粒尺寸为50nm至300nm。

3.根据权利要求1所述的一种导电氧化物-金属导电材料，其特征在于，所述金属粉末包括Au、Ag、Cu、Sn、Ag/Pd、Pd、Al中的一种或多种混合。

4.根据权利要求1所述的一种导电氧化物-金属导电材料，其特征在于，所述金属粉末平均颗粒尺寸为50nm至3um。

5.根据权利要求1所述的一种导电氧化物-金属导电材料，其特征在于，所述金属粉末的粒径<100nm占20％，其余在100nm至3um之间的占80％。

6.根据权利要求1所述的一种导电氧化物-金属导电材料，其特征在于，所述有机载体黏合剂包括聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、聚醋酸乙烯酯、聚氧化乙烯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、松油醇中的一种或多种混合。

7.根据权利要求1所述的一种导电氧化物-金属导电材料，其特征在于，还包括溶剂，所述溶剂包括有机溶液或水溶液，所述有机溶液为甲苯、酒精、醋酸丁酯、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、松油醇中的一种或几种混合。

8.根据权利要求1所述的一种导电氧化物-金属导电材料，其特征在于，还包括分散剂，所述分散剂包括羧酸型、长链脘基氨基酸型、聚丙烯酸型、聚甲基丙烯酸甲酯型等分散剂。

9.一种具有如权利要求1-8任意一项所述的导电氧化物-金属导电材料的陶瓷电子元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S01：将所述导电氧化物-金属导电材料涂覆在多个陶瓷体上，形成介电层；

10.根据权利要求9所述的一种制备方法，其特征在于，步骤S01中，所述导电浆料的制备方法如下：将70-90重量份数的金属粉末和10-30重量份数导电氧化物粉末混合，然后将混合粉末加入1-10重量份数的有机载体黏合剂，再加入含有分散剂的溶剂中，搅拌混合均匀后，得到导电浆料。