低介电常数温度稳定型多层电容器瓷介材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种低介电常数温度稳定型多层电容器瓷介材料及其制备方法，其原料组分及百分比含量为：[a wt％(xMO?ySiO2)+b wt％CaAlSiO+c wt％CT+d wt％CeO2]，其中：x＝0.9～2.2，y＝0.9～2.0，为(xMO?ySiO2)的摩尔百分比含量；a＝60～90，b＝0～7，C＝8～15，d＝0～0.2，a，b，c，d均是所加原料的质量百分比含量；M为Mg，Zn中的一种或者多种；CaAlSiO为Ca2Al2SiO7或CaAl2Si2O8；CT为CaTiO3或者TiO2。采用本发明的瓷介材料制成的温度稳定型多层陶瓷电容器生产工艺简单、制作成本低，具有低介电常数、低介电损耗、高温度稳定性且可调，适合更高频率的应用。
【专利说明】
低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及陶瓷电容器材料技术领域，特别是一种低介电常数溫度稳定型多层电 容器瓷介材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 无线通信技术作为一种便捷高效的信息传输技术正广泛运用在诸如手机、局域网 等领域。随着人们对传输速率的要求越来越高，无线通信采用的频段正在向高频、特高频发 展。作为该领域广泛运用的片式多层陶瓷电容器，除了具备小型化的特点之外，还必须具备 高频、近似零的溫度系数等特性。
[0003] 对于开发介电常数小于10、损耗小于3 Χ10-4与近零介电常数溫度系数的材料虽然 可见的研究较多，但由于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，内电极不烙化并具有良好的导电性。由于工艺、烧结溫度等条件的限制，可运用 于MLCC生产的较少。高频MLCC内电极选择较为单一，多为全钮电极，现有的高频陶瓷介质材 料，其所报道的烧结溫度均为135(TCW上，远高于钮电极的烙融溫度。如中国专利申请号为 200610050023.9公开的一种高频低介陶瓷介质材料，其材料表达式为xMgO · yZnO · zA1203，其中，5.0mol%《x《55.0mol%，5.0mol%《y《55.0mol%，45.0mol%《z《 55. Omol %，x+y+z = 100 %。该种材料的介电常数在7~9的范围内，频率特性和介电性能优 良，但是运种材料的烧结溫度为1500~1600°C，无法实现工业化运用。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种具有低介电常数、低损耗、高 电阻率和优良稳定性的低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料及其制备方法，采用该 瓷介材料制备的溫度稳定型多层陶瓷电容器生产工艺简单、制作成本低，具有低介电常数、 低介电损耗及高溫度稳定性。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] 低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料，其原料组分及百分比含量为：
[0007] [a wt% (xM0-ySi02)+b wt%化AlSiO+c wt%CT+d wt%Ce02]，
[000引 其中；
[0009] x = 0.9~2.2，y = 0.9~2.0，为(xM0-ySi02)的摩尔百分比含量；
[0010] a = 60~90，b = 0~7，C = 8~15，d = 0~0.2，a，b，c，d均是所加原料的质量百分比 含量；
[00川 1为1邑向中的一种或者多种；
[0012] CaAlSiO 为 CasAbSiO?或 CaAl2Si2〇8;
[0013] CT 为 CaTi〇3 或者 Ti〇2。
[0014] 一种低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法，包括W下步骤：
[0015] ①合成原料粉体；
[0016] ^]?〇-751〇2)粉体:将版)和51〇2按(0.9~2.2):(0.9~2.2)的摩尔比比例进行称量、 混合，并于去离子水中进行球磨，然后烘干、破碎、预烧后即得到(xM〇-ySi〇2)粉体；
[0017] CaAlSiO 粉体：将 CaC〇3、Al2〇3 和 Si〇2 按化学式 Ca2A!2Si〇7 或 CaA!2Si2〇8 的摩尔比比 例进行称量、混合，并于去离子水中进行球磨，然后烘干、破碎、预烧后得到CaAlSiO粉体；
[0018] 化Ti化粉体:将化C〇3和Ti化按化学式化Ti化的摩尔比比例进行称量、混合，并于去 离子水中进行球磨，然后经烘干、破碎、预烧后得到化Ti化粉体；
[0019] ②按照瓷介材料配方[a wt% (xM0-ySi02)+b wt%CaAlSiO+c wt%CT+d wt% 〔602]，其中：又=0.9~2.2,7 = 0.9~2.0，为(又]\?)-781〇2)的摩尔百分比含量;日=60~90,6 = 0~7，C = 8~15，d = 0~0.2，a，b，c，d均是所加原料的质量百分比含量;M为Mg，Zn中的一种 或者多种；CaAlSiO为CasAbSiO?或CaAl2Si2〇8;CT为CaTi〇3或者Ti〇2;向步骤①所得的（xMO- ySi〇2)粉体中加入CaAlSi0、CT和Ce〇2进行配料，然后球磨、烘干，制成瓷粉粉体；
[0020] ③将步骤②所得的瓷粉粉体过筛，然后加入质量百分比为10~16%的石蜡或PVA 进行造粒；
[0021] ④将造粒的粉末在5~15MPa压强下压制成直径10~15mm、厚度1.2mm~1.8mm的生 巧；
[0022] ⑤将步骤④所得的生巧进行烧结，烧结溫度1200~1350°C，保溫1~化，即制得低 介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料。
[0023] 进一步地，所述瓷粉粉体平均粒径为3.0 ± 1. Own。
[0024] 进一步地，所述1邑0、化0、化11〇3、412〇3、51〇2、11〇2和〔6〇2的纯度均大于99%。
[00巧]进一步地，所述的预烧工艺是W5~15°C/min的升溫速度升至1100~1200°C，并保 溫1~10小时。
[00%]进一步地，所述球磨工艺采用氧化错球作为球磨介质。
[0027] 进一步地，所述步骤②中（xM〇-ySi〇2)粉体与辅料CaAlSi0、CT和Ce化按照比例混合 后加入去离子水溶剂中，混合球磨4~8小时，然后烘干、破碎得到瓷粉粉体。
[0028] 进一步地，所述步骤④中所述生巧为直径15mm、厚度1.5mm的圆片。
[0029] 由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0030] 本发明的低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料原料价格低廉，具有低介电 常数、低损耗、高电阻率和优良的稳定性;采用该瓷介材料制成的溫度稳定型多层陶瓷电容 器，其生产工艺简单、制作成本低，具有低介电常数、低介电损耗、高溫度稳定性且可调，适 合更高频率的应用，有极高的工业应用价值。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明四个实施例所得样品的电容溫度系数图谱。
【具体实施方式】
[0032] W下通过【具体实施方式】对本发明作进一步的描述。
[0033] 参照图1，本发明的低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料，其原料组分及百 分比含量为：
[0034] [a wt% (xM0-ySi02)+b wt%化AlSiO+c wt%CT+d wt%Ce02]，
[0035] 其中；
[0036] x = 0.9~2.2，y = 0.9~2.0，为(xM0-ySi02)的摩尔百分比含量；
[0037] a = 60~90，b = 0~7，C = 8~15，d = 0~0.2，a，b，c，d均是所加原料的质量百分比 含量；
[003引 Μ为Mg，化中的一种或者多种；
[0039] CaAlSiO 为 CasAbSiO?或 CaAl2Si2〇8;
[0040] CT 为 CaTi〇3 或者 Ti〇2。
[0041 ]实施例一
[0042] 本发明的一种低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法，包括W下 步骤：
[0043] ①将MgO和Si化按2:1的摩尔比比例进行称量、混合均匀，并于去离子水中进行球 磨，然后烘干、破碎，在1150°c下预烧保溫3小时，得到Mg2Si〇4粉体;将CaC〇3、Al2〇3和Si〇2按 化学式化2AbSi化的摩尔比比例进行称量、混合均匀，并于去离子水中进行球磨，然后烘干、 破碎，在1100°C下预烧保溫2小时，得到化2Al2Si〇7粉体；
[0044] ②按照瓷介材料配方[a wt% (xM0-ySi02)+b wt%CaAlSiO+c wt%CT+d wt% Ce02]，将粉体Mg2Si〇4、Ca2A!2Si〇7、Ti〇2和Ce〇2按照80.28:6.35:13.36:0.01 的质量比例混合 后加入去离子水溶剂中，混合球磨6小时，烘干、破碎得到瓷粉粉体，所述瓷粉粉体平均粒径 为 3.0±1.0μπι;
[0045] ③将所得的瓷粉粉体过40目筛，加入用蒸馈水配制的15wt%浓度的石蜡粘结剂进 行造粒；
[0046] ④将造粒的粉末在5~15MPa的压强下压制成直径15mm、厚度1.5mm的圆片生巧；
[0047] ⑤将所得的生巧进行烧结，烧结溫度1200~1300°C，W3°C/min的升溫速率升溫至 烧结溫度1200~1300°C，烧结时间化，即制得低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料。
[0048] 将上述制得的低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料经过表面抛光及两侧 烧制银电极制成电容器，并测量其介电性能。
[0049] 所获得的样品介电性能参数见表1:
[(K)加 ]表1
[0化1 ]
[0化2] 实施例二
[0053]本发明的一种低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法，包括W下 步骤：
[0054] ①将Mg0、Zn0和Si化按1.7:0.3 :1的摩尔比比例进行称量、混合均匀，并于去离子 水中进行球磨，然后烘干、破碎，在1120°C下预烧保溫3小时，得到Mgi.7Zno.3Si化粉体；将 CaO)3和Ti化按1:1的摩尔比比例进行称量、混合均匀，并于去离子水中进行球磨，然后经烘 干、破碎，在1200°C下预烧保溫2小时，得到化Ti化粉体；
[0055]②按照瓷介材料配方[a wt% (xM0-ySi02)+b wt%CaAlSiO+c wt%CT+d wt% Ce化]，将粉体Mgi. 7化0.3Si化、CaTi〇3和Ce化按照90.83:9.15:0.02的质量比例混合后加入去 离子水溶剂中，混合球磨8小时，烘干、破碎得到瓷粉粉体，所述瓷粉粉体平均粒径为3.0 ± 1.0皿；
[0056]③将所得的瓷粉粉体过40目筛，加入用蒸馈水配制的15wt%浓度的石蜡粘结剂进 行造粒；
[0化7] ④将造粒的粉末在5~15MPa的压强下压制成直径15mm、厚度1.5mm的圆片生巧； [005引⑤将所得的生巧进行烧结，烧结溫度1210~1270°C，W3°C/min的升溫速率升溫至 烧结溫度1210~1270°C，烧结时间化，即制得低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料。
[0059] 将上述制得的低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料经过表面抛光及两侧 烧制银电极制成电容器，并测量其介电性能。
[0060] 所获得的样品介电性能参数见表2:
[0061] 表 2
[0062]
[00创实施例S
[0064] 本发明的一种低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法，包括W下 步骤：
[0065] ①将MgO和Si化按2:1的摩尔比比例进行称量、混合均匀，并于去离子水中进行球 磨，然后烘干、破碎，在1150°c下预烧保溫2小时，得到Mg2Si〇4粉体;将CaC〇3、Al2〇3和Si〇2按 化学式化2AbSi化的摩尔比比例进行称量、混合均匀，并于去离子水中进行球磨，然后烘干、 破碎，在1100 °C下预烧保溫2小时，得到化2A12S i化粉体;将化C〇3和T i化按1:1的摩尔比比例 进行称量、混合均匀，并于去离子水中进行球磨，然后经烘干、破碎，在1200°C下预烧保溫2 小时，得到化Ti化粉体；
[0066] ②按照瓷介材料配方[a wt% (xM0-ySi02)+b wt%CaAlSiO+c wt%CT+d wt% Ce02]，将粉体Mg2Si〇4、Ca2Al2Si〇7、CaTi〇3按照86.64:3.84:9.52的质量比例混合后加入去 离子水溶剂中，混合球磨6小时，烘干、破碎得到瓷粉粉体，所述瓷粉粉体平均粒径为3.0 ± 1.0皿；
[0067]③将所得的瓷粉粉体过40目筛，加入用蒸馈水配制的15wt%浓度的石蜡粘结剂进 行造粒；
[006引④将造粒的粉末在5~15M化的压强下压制成直径15mm、厚度1.5mm的圆片生巧；
[0069] ⑤将所得的生巧进行烧结，烧结溫度1250~1320°C，W3°C/min的升溫速率升溫至 烧结溫度1250~1320°C，烧结时间化，即制得低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料。
[0070] 将上述制得的低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料经过表面抛光及两侧 烧制银电极制成电容器，并测量其介电性能。
[0071 ]所获得的样品介电性能参数见表3:
[0072] 表 3
[0073]
[0074] 实施例四
[0075] 本发明的一种低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法，包括W下 步骤：
[0076] ①将MgO和Si化按1.5:1的摩尔比比例进行称量、混合均匀，并于去离子水中进行 球磨，然后烘干、破碎，在1150°C下预烧保溫2小时，得到Mgi.5Si〇3.5粉体;将CaC〇3、Al2〇3和 Si化按化学式CaAbSi2〇8的摩尔比比例进行称量、混合均匀，并于去离子水中进行球磨，然 后烘干、破碎，在1 l〇〇°C下预烧保溫2小时，得到CaAl2Si2〇8粉体;将CaCO沸Ti〇2按1:1的摩尔 比比例进行称量、混合均匀，并于去离子水中进行球磨，然后经烘干、破碎，在1200°C下预烧 保溫2小时，得到化TiO3粉体；
[0077] ②按照瓷介材料配方[a wt% (xM0-ySi02)+b wt%CaAlSiO+c wt%CT+d wt% Ce02]，将粉体 1邑1.551〇3.5、〔曰412512〇8、化11〇3和〔6〇2按照86.60:3.89:9.51:0.15的质量比例 混合后加入去离子水溶剂中，混合球磨8小时，烘干、破碎得到瓷粉粉体，所述瓷粉粉体平均 粒径为 3.0±1 .Ομηι;
[0078] ③将所得的瓷粉粉体过40目筛，加入用蒸馈水配制的15wt%浓度的石蜡粘结剂进 行造粒；
[0079 ]④将造粒的粉末在5~15MPa的压强下压制成直径15mm、厚度1.5mm的圆片生巧；
[0080] ⑤将所得的生巧进行烧结，烧结溫度1220~1300°C，W3°C/min的升溫速率升溫至 烧结溫度1220~1300°C，烧结时间化，即制得低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料。
[0081] 将上述制得的低介电常数溫度稳定型多层电容器瓷介材料经过表面抛光及两侧 烧制银电极制成电容器，并测量其介电性能。
[0082] 所获得的样品介电性能参数见表4:
[0083] 表 4
[0084]
[00化]上述四个实施例中，所述1旨0、211〇、化1'1〇3、412〇3、51〇2、1'1〇2和〔6〇2的纯度均大于 99%，所述球磨工艺采用氧化错球作为球磨介质。
[0086] 上述四个实施例中，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。
[0087] 上述仅为本发明的四个【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。
【主权项】
1. 低介电常数温度稳定型多层电容器瓷介材料，其特征在于：其原料组分及百分比含 量为： [a wt% (xM〇-ySi〇2)+b wt%CaAlSiO+c wt%CT+d wt%Ce〇2], 其中： 叉=0.9~2.2,7 = 0.9~2.0，为&]\?)13102)的摩尔百分比含量； & = 60~90 4 = 0~7,0 = 8~15，(1 = 0~0.2,3，13，(3，(1均是所加原料的质量百分比含量； M为Mg，Zn中的一种或者多种； CaAlSiO 为 Ca2Al2Si〇7 或 CaAl2Si2〇8; CT 为 CaTi03 或者 Ti02。2. -种低介电常数温度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法，其特征在于:包括以 下步骤： ① 合成原料粉体； (叉]?〇13丨02)粉体:将冊和3丨02按（0.9~2.2) :(0.9~2.2)的摩尔比比例进行称量、混 合，并于去离子水中进行球磨，然后烘干、破碎、预烧后即得到(xM0-ySi02)粉体； CaAlSiO粉体:将CaC03、Al2〇3和Si02按化学式Ca 2Al2Si〇7或CaAl2Si2〇8的摩尔比比例进行 称量、混合，并于去离子水中进行球磨，然后烘干、破碎、预烧后得到CaAlSiO粉体； CaTi03粉体:将CaC03和Ti02按化学式CaTi03的摩尔比比例进行称量、混合，并于去离子 水中进行球磨，然后经烘干、破碎、预烧后得到CaTi03粉体； ② 按照瓷介材料配方[a wt%(xM〇-ySi〇2)+b wt%CaAlSiO+c wt%CT+d wt%Ce〇2]，其 中：x = 0.9~2.2，y = 0.9~2.0,为（xM〇-ySi〇2)的摩尔百分比含量;a = 60~90，b = 0~7，C =8~15，d = 0~0.2，a，b，c，d均是所加原料的质量百分比含量;Μ为Mg，Zn中的一种或者多 种；CaAlSiO为Ca2Al 2Si〇7或CaAl2Si2〇8; CT为CaTi03或者Ti02;向步骤①所得的（xM〇-ySi〇2) 粉体中加入CaAlSiO、CT和Ce0 2进行配料，然后球磨、烘干，制成瓷粉粉体； ③ 将步骤②所得的瓷粉粉体过筛，然后加入质量百分比为10~16%的石蜡或PVA进行 造粒； ④ 将造粒的粉末在5~15MPa压强下压制成直径10~15_、厚度1.2mm~1.8mm的生还； ⑤ 将步骤④所得的生坯进行烧结，烧结温度1200~1350Γ，保温1~8h，即制得低介电 常数温度稳定型多层电容器瓷介材料。3. 如权利要求2所述的低介电常数温度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法，其特 征在于:所述瓷粉粉体平均粒径为3.0 ± 1. Ομπι。4. 如权利要求2所述的低介电常数温度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法，其特 征在于：所述180、211〇、〇311〇3^12〇3、3丨〇2、11〇2和〇6〇2的纯度均大于99%。5. 如权利要求2所述的一种低介电常数温度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法， 其特征在于:所述的预烧工艺是以5~15°C/min的升温速度升至1100~1200°C，并保温1~ 10小时。6. 如权利要求2所述的一种低介电常数温度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法， 其特征在于:所述球磨工艺采用氧化错球作为球磨介质。7. 如权利要求2所述的一种低介电常数温度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法， 其特征在于:所述步骤②中（xM0-ySi0 2)粉体与辅料CaAlSiO、CT和Ce02按照比例混合后加入 去离子水溶剂中，混合球磨4~8小时，然后烘干、破碎得到瓷粉粉体。8.如权利要求2所述的一种低介电常数温度稳定型多层电容器瓷介材料的制备方法， 其特征在于:所述步骤④中所述生还为直径15mm、厚度1.5mm的圆片。
【文档编号】C04B35/622GK106083019SQ201610382162
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月1日 公开号201610382162.5, CN 106083019 A, CN 106083019A, CN 201610382162, CN-A-106083019, CN106083019 A, CN106083019A, CN201610382162, CN201610382162.5
【发明人】陈永虹, 谢显斌, 林志盛, 黄详贤, 吴金剑, 张子山, 蔡劲军
【申请人】福建火炬电子科技股份有限公司