一种玻璃陶瓷材料及其制备方法和应用

1.本发明涉及电容器技术领域，具体涉及一种玻璃陶瓷材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来，5g通信技术快速发展，实现电子设备的小型化和高容量成为必然趋势，而开发具有高储能密度、低损耗的电容器是关键之一。传统的陶瓷电容器的介电常数大(》1000)，但介电损耗也大，而传统的玻璃电容器的介电损耗小，但介电常数也小(《10)。所以，现有的陶瓷电容器和玻璃电容器均无法满足日益增长的需求，需要开发新的电容器材料。
3.cn 109942195 a公开了一种具有高介电常数低介电损耗的玻璃陶瓷，通过加入pbo获得了介电常数大(400～1200)、低介电损耗(0.0007～0.0042)的玻璃陶瓷，但由于pb的毒性和污染性较强，不符合绿色环保发展理念。
4.cn 109704584 a公开了一种含srnb6o
16
相钛酸盐与铌酸盐复合的低介电损耗的玻璃陶瓷，通过加入ceo2促进了析晶过程，进而获得了介电常数大(38～42)、介电损耗低(0.25～1.23)的玻璃陶瓷，但由于玻璃陶瓷中碱土金属氧化物和碱金属氧化物的含量过低，导致成型温度很高(》1400℃)，能耗大，且介电损耗最小也有0.25，仍然太大，无法满足日益增长的需求。
5.因此，开发一种介电常数大、介电损耗小的玻璃陶瓷材料具有十分重要的意义。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种玻璃陶瓷材料及其制备方法和应用。
7.本发明所采取的技术方案是：
8.一种玻璃陶瓷材料，其包括以下质量百分比的组分：
9.tio2：3.0％～6.5％；
10.sio2：0％～10.3％；
11.al2o3：0％～2.0％；
12.b2o3：2.9％～38.8％；
13.baco3：6.3％～13.0％；
14.sro：0.8％～1.7％；
15.bi2o3：38.2％～78.7％；
16.cs2o：0％～3.6％。
17.优选的，一种玻璃陶瓷材料，其包括以下质量百分比的组分：
18.tio2：3.0％～3.6％；
19.sio2：0％～8.0％；
20.al2o3：0％～1.0％；
21.b2o3：2.9％～12.0％；
22.baco3：6.3％～7.0％；
23.sro：0.8％～1.0％；
24.bi2o3：70.0％～78.5％；
25.cs2o：0％～3.6％。
26.上述玻璃陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
27.1)将各原料按比例混合后进行研磨，再进行熔炼，得到玻璃液；
28.2)将玻璃液注入模具，进行冷却析晶，再进行退火，即得玻璃陶瓷材料。
29.优选的，步骤1)中的原料经过研磨后粒径小于180μm。
30.优选的，步骤1)所述熔炼在1000℃～1350℃下进行。
31.优选的，步骤1)所述熔炼的时间为20min～80min。
32.优选的，步骤2)所述冷却析晶在500℃～600℃下进行。
33.优选的，步骤2)所述冷却析晶的时间为30min～90min。
34.优选的，步骤2)所述退火在300℃～400℃下进行。
35.优选的，步骤2)所述退火的时间为3h～5h。
36.一种电容器，其组成包括上述玻璃陶瓷材料。
37.一种电子设备，其组成包括上述电容器。
38.本发明的有益效果是：本发明的玻璃陶瓷材料在10khz～10mhz的频率下的介电常数大(》25)、介电损耗小(《0.004)，且其烧结温度和析晶温度低，成本低，无铅无污染，有利于电容器的产业化和小型化。
具体实施方式
39.下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
40.实施例1：
41.一种玻璃陶瓷材料，其原料组成如下表所示：
42.表1一种玻璃陶瓷材料的原料组成表
43.原料质量百分比(％)tio23.3sio20al2o30b2o311.6baco36.6sro0.8bi2o377.7cs2o0
44.上述玻璃陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
45.1)将各原料按比例混合后进行研磨，研磨至原料的粒径小于180μm(可以通过80目筛网)，再将原料装入氧化铝坩埚后加入马弗炉，1350℃保温25min，得到玻璃液；
46.2)将玻璃液注入预热好的模具，550℃保温1h，再转入退火炉350℃退火4h，即得玻璃陶瓷材料。
47.性能测试：
b2o32.9baco36.7sro0.9bi2o378.5cs2o0
65.上述玻璃陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
66.1)将各原料按比例混合后进行研磨，研磨至原料的粒径小于180μm(可以通过80目筛网)，再将原料装入氧化铝坩埚后加入马弗炉，1350℃保温30min，得到玻璃液；
67.2)将玻璃液注入预热好的模具，550℃保温1h，再转入退火炉350℃退火4h，即得玻璃陶瓷材料。
68.性能测试：
69.将玻璃陶瓷材料切割后打磨抛平，再对表面进行清洁，再用导电银浆制备银电极，烘干，再放置在氧化铝承烧板上并放入电炉，350℃保温30min，再采用agilent4294a精密阻抗分析仪进行测试。
70.经测试，本实施例的玻璃陶瓷材料在10khz～10mhz的频率下的介电常数为36.0，介电损耗小于0.007。
71.实施例4：
72.一种玻璃陶瓷材料，其原料组成如下表所示：
73.表4一种玻璃陶瓷材料的原料组成表
74.原料质量百分比(％)tio23.3sio20al2o30.8b2o311baco36.6sro0.9bi2o377.4cs2o0
75.上述玻璃陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
76.1)将各原料按比例混合后进行研磨，研磨至原料的粒径小于180μm(可以通过80目筛网)，再将原料装入氧化铝坩埚后加入马弗炉，1350℃保温60min，得到玻璃液；
77.2)将玻璃液注入预热好的模具，550℃保温2h，再转入退火炉350℃退火4h，即得玻璃陶瓷材料。
78.性能测试：
79.将玻璃陶瓷材料切割后打磨抛平，再对表面进行清洁，再用导电银浆制备银电极，烘干，再放置在氧化铝承烧板上并放入电炉，350℃保温30min，再采用agilent4294a精密阻抗分析仪进行测试。
80.经测试，本实施例的玻璃陶瓷材料在10khz～10mhz的频率下的介电常数为56.0，介电损耗小于0.007。
81.实施例5：
82.一种玻璃陶瓷材料，其原料组成如下表所示：
83.表5一种玻璃陶瓷材料的原料组成表
84.原料质量百分比(％)tio23.3sio20al2o30.9b2o311baco36.7sro0.9bi2o376cs2o1.2
85.上述玻璃陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
86.1)将各原料按比例混合后进行研磨，研磨至原料的粒径小于180μm(可以通过80目筛网)，再将原料装入氧化铝坩埚后加入马弗炉，1350℃保温60min，得到玻璃液；
87.2)将玻璃液注入预热好的模具，550℃保温2h，再转入退火炉350℃退火4h，即得玻璃陶瓷材料。
88.性能测试：
89.将玻璃陶瓷材料切割后打磨抛平，再对表面进行清洁，再用导电银浆制备银电极，烘干，再放置在氧化铝承烧板上并放入电炉，350℃保温30min，再采用agilent4294a精密阻抗分析仪进行测试。
90.经测试，本实施例的玻璃陶瓷材料在10khz～10mhz的频率下的介电常数为36.6，介电损耗小于0.005。
91.实施例6：
92.一种玻璃陶瓷材料，其原料组成如下表所示：
93.表6一种玻璃陶瓷材料的原料组成表
[0094][0095]
[0096]
上述玻璃陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
[0097]
1)将各原料按比例混合后进行研磨，研磨至原料的粒径小于180μm(可以通过80目筛网)，再将原料装入氧化铝坩埚后加入马弗炉，1350℃保温60min，得到玻璃液；
[0098]
2)将玻璃液注入预热好的模具，550℃保温2h，再转入退火炉350℃退火4h，即得玻璃陶瓷材料。
[0099]
性能测试：
[0100]
将玻璃陶瓷材料切割后打磨抛平，再对表面进行清洁，再用导电银浆制备银电极，烘干，再放置在氧化铝承烧板上并放入电炉，350℃保温30min，再采用agilent4294a精密阻抗分析仪进行测试。
[0101]
经测试，本实施例的玻璃陶瓷材料在10khz～10mhz的频率下的介电常数为49.5，介电损耗小于0.007。
[0102]
实施例7：
[0103]
一种玻璃陶瓷材料，其原料组成如下表所示：
[0104]
表7一种玻璃陶瓷材料的原料组成表
[0105][0106][0107]
上述玻璃陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
[0108]
1)将各原料按比例混合后进行研磨，研磨至原料的粒径小于180μm(可以通过80目筛网)，再将原料装入氧化铝坩埚后加入马弗炉，1350℃保温60min，得到玻璃液；
[0109]
2)将玻璃液注入预热好的模具，550℃保温2h，再转入退火炉350℃退火4h，即得玻璃陶瓷材料。
[0110]
性能测试：
[0111]
将玻璃陶瓷材料切割后打磨抛平，再对表面进行清洁，再用导电银浆制备银电极，烘干，再放置在氧化铝承烧板上并放入电炉，350℃保温30min，再采用agilent4294a精密阻抗分析仪进行测试。
[0112]
经测试，本实施例的玻璃陶瓷材料在10khz～10mhz的频率下的介电常数为67.0，介电损耗小于0.007。
[0113]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的
限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。