一种低烧低介高Q高稳定电容器用微波瓷料的制作方法

一种低烧低介高q高稳定电容器用微波瓷料
技术领域
1.本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种低烧低介高q高稳定电容器用微波瓷料。


背景技术：

2.陶瓷电容器是电子设备中大量使用的电子元器件之一，被广泛用在阻断直流、存贮电荷、滤波、耦合、调谐回路等电子电路中。多层瓷介电容器(multi-layer ceramic capacitors,mlcc)是片式无源元器件的一种，具有体积小、比容高、介电损耗低、价格便宜等优势，所以其使用的范围越来越广。
3.传统的多层瓷介电容器电极材料为纯钯或钯银合金电极，银钯电极材料成本占整个电容器成本的70％以上，随着电容器制造技术的快速发展，高频化、大功率化、小型化与贱金属化成为必然趋势，所以电容器用内电极材料从贵金属银钯材料逐渐转变为贱金属电极材料如镍、铜等。
4.镍与铜电极材料二者价格相差不大但铜电极具有更好的导电性。电容器制造需电极材料与陶瓷材料共烧匹配，镍与铜电极电容器二者均需在还原气氛中烧结，通常镍电极烧结温度在1200～1300℃、而铜电极电容器烧结温度不高于1050℃。铜电极电容器产品因电极价格低廉但电导率与银相近，更能满足微波电容器高频高q需求，符合现代通信技术发展趋势。如何提供一种低烧低介高q高稳定电容器用、降温烧结及与铜电极共烧匹配的微波瓷料是亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种低烧低介高q高稳定电容器用微波瓷料，该微波瓷料包括：主料、助烧剂和改性添加剂。
6.主料为ca
0.9-y-z
sr
0.1
mgymnz(zr
0.96
ti
0.02
hf
0.02
)mo
1+2m
，其中，0.05≤y≤0.10、0.02≤z≤0.08、0.95≤m≤1.05；助烧剂包括：bao、b2o3、sio2和cuo；改性添加剂包括：y2o3、dy2o3、sc2o3、al2o3、camgsi2o6和bazro3。
7.作为本发明进一步地改进，该微波瓷料包括以下重量份的组分：主料100重量份、助烧剂9.0～12.0重量份、y2o30.5～3.0重量份、dy2o31.0～2.0重量份、sc2o30～1.0重量份、al2o31.0～5.0重量份、camgsi2o64.0～6.0重量份和bazro31.0～2.0重量份。
8.作为本发明进一步地改进，助烧剂粒度控制在d
50
≤0.8μm、d
90
≤2.0μm。
9.作为本发明进一步地改进，bao、sio2和cuo的粒度均控制在d
50
≤0.3μm；bao由ba的碳酸盐、氧化物或氢氧化物制得；sio2由si的氧化物或氢氧化物制得；cuo由cu的碳酸盐、氧化物或氢氧化物制得。
10.作为本发明进一步地改进，该微波瓷料可经过如下制备方法制得：
11.步骤一、将主料、助烧剂和改性添加剂放入装有球磨介质的球磨罐中；
12.步骤二、加入水，然后进行球磨、烘干、研磨并过筛；将过筛后的混合物材料加入溶
解有聚乙烯醇缩丁醛酯的无水乙醇溶液中进行造粒；
13.步骤三、将造粒后的陶瓷坯体压制成圆片，在空气炉中排胶，然后在气氛烧结炉中烧结致密化。
14.作为本发明进一步地改进，步骤一中以重量份计：主料100重量份、助烧剂9.0～12.0重量份、y2o30.5～3.0重量份、dy2o31.0～2.0重量份、sc2o30～1.0重量份、al2o31.0～5.0重量份、camgsi2o64.0～6.0重量份和bazro31.0～2.0重量份。
15.作为本发明进一步地改进，球磨介质为氧化锆球。
16.作为本发明进一步地改进，步骤一中主料由caco3、srco3、mg(oh)2、mnco3、tio2、zro2及hfo2按比例球磨混合均匀后，进行烘干、过筛后在1100℃～1200℃煅烧2～5小时后制得。
17.作为本发明进一步地改进，步骤一中助烧剂由bao、b2o3、sio2和cuo按比例混合后，在坩埚上于1100℃～1200℃熔融冷淬，球磨，过筛制得。
18.作为本发明进一步地改进，步骤二中聚乙烯醇缩丁醛酯在无水乙醇溶液的质量百分比为10wt％。
19.作为本发明进一步地改进，步骤三中将造粒后的陶瓷坯体压制成圆片，在空气炉中400℃排胶6小时，然后在气氛烧结炉中980℃
±
30℃烧结致密化。
20.本发明还提供一种上述微波瓷料在制备多层瓷介电容器中的应用，上述微波瓷料能够用于制备铜电极多层瓷介电容器，制得的电容器具有低烧、低介、高q、高稳定和窄温度系数的特性。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
22.1、本发明的微波瓷料选择的主料具有稳定的钙钛矿相结构、易于批量生产；其中的mg、mn和hf固溶进入钙钛矿晶格中，有效阻滞因mn的加入而zr以第二相析出，同时避免游离mgo降低材料体系寿命。
23.2、本发明所选择camgsi2o6和al2o3具有介电常数低(7～9)、容量温度系数正(+105ppm/℃)及低损耗等优点，bazro3具有介电常数高(32～35)、容量温度系数负(-330ppm/℃)，这些材料不仅与钙钛矿结构主料具有很好的相容性，且其比例调节可以有效地调节介电常数及容量温度系数。
24.3、本发明所选择助烧剂，不仅具有有效降温烧结作用，还因其具有低介电常数，在此基础上添加改性剂，尤其稀土元素y、dy、sc的配合加入可提高材料体系的抗还原性、细化晶粒，从而得到的介质材料实现良好的微波性能且在-55℃～125℃范围内保持c0g温度特性。
25.4、本发明的微波瓷料能够在还原气氛中烧结，可用于制备低烧、低介、高q、高稳定和窄温度系数铜电极多层瓷介电容器。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
27.本发明提供一种低烧低介高q高稳定电容器用微波瓷料，该微波瓷料由主料、助烧剂、改性添加剂组成。主料为ca
0.9-y-z
sr
0.1
mgymnz(zr
0.96
ti
0.02
hf
0.02
)mo
1+2m
(0.05≤y≤0.10、0.02≤z≤0.08、0.95≤m≤1.05)；助烧剂包括：bao、b2o3、sio2和cuo；改性添加剂包括：y2o3、dy2o3、sc2o3、al2o3、camgsi2o6和bazro3。该微波瓷料包括以下重量份的组分：主料100重量份、助烧剂9.0～12.0重量份、y2o30.5～3.0重量份、dy2o31.0～2.0重量份、sc2o30～1.0重量份、al2o31.0～5.0重量份、camgsi2o64.0～6.0重量份和bazro31.0～2.0重量份。
28.主料ca
0.9-y-z
sr
0.1
mgymnz(zr
0.96
ti
0.02
hf
0.02
)mo
1+2m
按照化学计量比(0.05≤y≤0.10、0.02≤z≤0.08、0.95≤m≤1.05)称量原材料caco3、srco3、mg(oh)2、mnco3、tio2、zro2及hfo2，加入去离子水和研磨介质后进行球磨，再进行烘干、过筛，然后在1100℃～1200℃煅烧2～5小时后制得。下面列举几种ca
0.9-y-z
sr
0.1
mgymnz(zr
0.96
ti
0.02
hf
0.02
)mo
1+2m
主料，其中，0.05≤y≤0.10、0.02≤z≤0.08、0.95≤m≤1.05。主料zl1中对应y、z、m值分别为0.1、0.08、0.95；主料zl2中对应y、z、m值分别为0.08、0.05、1.0；主料zl3中对应y、z、m值分别为0.05、0.02、1.05；其他配比也可以满足要求，在此不一一阐述。
29.助烧剂bbsc由bao、b2o3、sio2和cuo按比例混合后，于1100℃～1200℃熔融冷淬再加工，助烧剂粒度控制在d
50
≤0.8μm、d
90
≤2.0μm。其中，bao、sio2和cuo采用亚微米级(d
50
≤0.3μm)碳酸盐、氧化物或者氢氧化物粉末。具体的，助烧剂bbsc按照33.45wt％～40.35wt％的bao、20.50wt％～21.51wt％的b2o3、25.0wt％～41.67wt％的sio2和4.38wt％～13.15wt％的cuo按比例秤取，混合后过40目筛，采用铂金坩埚进行熔融冷淬、二次球磨至一定粒度后装袋备用。下面列举几种bbsc助烧剂成分及熔融温度，助烧剂gf1为40.35wt％的bao、21.51wt％的b2o3、25.0wt％的sio2和13.15wt％的cuo，选择熔融温度1200℃；助烧剂gf2为33.45wt％的bao、20.50wt％的b2o3、41.67wt％的sio2和4.38wt％的cuo，选择熔融温度1100℃；其他配比和熔融温度也可以满足要求，在此不一一阐述。
30.将主料、助烧剂、改性添加剂按照以重量份计：主料100重量份、助烧剂9.0～12.0重量份、y2o30.5～3.0重量份、dy2o31.0～2.0重量份、sc2o30～1.0重量份、al2o31.0～5.0重量份、camgsi2o64.0～6.0重量份和bazro31.0～2.0重量份，称取后，放入装有氧化锆球的球磨罐中；加入适量的去离子水，然后进行球磨、烘干、研磨并过筛；将过筛后的混合物材料加入10wt％的聚乙烯醇缩丁醛酯的无水乙醇溶液中进行造粒；将造粒后的陶瓷坯体压制成圆片，在空气炉中排胶，然后在空气炉中400℃排胶6小时，然后在气氛烧结炉中980℃
±
30℃烧结致密化，制得微波瓷料。
31.烧结后的微波瓷料圆片经双面打磨、测量直径及厚度、被银、烧银等工序制作成简单的单片电容，测试其容量、损耗、绝缘电阻、容量随温度的变化数值等。每个配方测试取5个样品，最终给出的数值为计算后样品的平均值。
32.以下对本发明提供的一种低烧低介高q高稳定电容器用微波瓷料进行详细描述，配方设计见表1(表1中成分均为质量份数，其中主料为100质量份数)，气氛炉中烧结后微波瓷料圆片样品性能如表2所示。
33.表1配方成分及含量组成
[0034][0035]
表2是表1配方对应的性能参数，其中容量温度系数测试的范围为-55℃～125℃、绝缘电阻测试时间为1分钟。可见本发明提供的微波瓷料制备的圆片电容样品的介电常数18～20、损耗(1.7～4.0)
×
10-4
、室温绝缘电阻率＞10
12
ω
·
cm甚至高达10
13
ω
·
cm，在-55℃～125℃温度范围内容量温度系数满足c0g即在(0
±
30)ppm/℃内。
[0036]
表2配方对应圆片电容样品性能
[0037][0038]
根据综合性能优选配方8进行多层瓷介电容器试制(英制尺寸0603)，电容器内电极和外电极均为铜，还原气氛中烧结后电容器性能测试如表3所示(q值测试频率1ghz)。表3所示多层瓷介电容器具有低损耗、q值高达1730且具有更小的容量温度系数(-55℃～125℃范围内，比c0g更窄，满足(0
±
15)ppm/℃)，本发明提供的微波瓷料可应用于高q高稳定多层瓷介电容器。
[0039]
表3试制多层瓷介电容器的电性能
[0040][0041]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。