專利名稱：一種片式多層陶瓷電容電介質(zhì)瓷漿及電介質(zhì)制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷電介質(zhì)材料的新工藝，涉及一種片式多層陶瓷電容電介質(zhì)瓷漿及電介質(zhì)制備方法，所制備電介質(zhì)材料可以應(yīng)用于法拉第原理的電容器中的絕緣層，如MLCC中的電介質(zhì)層
背景技術(shù)：
介電性能是判斷物質(zhì)蓄能能力的一個重要指標(biāo)，鈦酸鋇因具有較高的介電能力，因此是國內(nèi)外研究、制作超級電容的一個重要基礎(chǔ)，而提高以鈦酸鋇為主要成分絕緣層的性能也是一個研究熱點，包括提高絕緣層的介電常數(shù)，降低介電損耗，提高耐壓能力等。目前國內(nèi)外超級電容產(chǎn)品即片式多層陶瓷電容的制作主要包括陶瓷介質(zhì)薄膜成型、內(nèi)電極制作、電容芯片制作、燒結(jié)成瓷、外電極制作、性能測試、包裝發(fā)貨等工序。其工藝制作流程如圖I所示。在制作中，其瓷漿組分的選擇和燒結(jié)成瓷是最重要的工藝過程。在配制陶瓷漿料時，需加入眾多的添加劑，如黏合劑、分散劑等，有時也需要對陶瓷粉進行改性?，F(xiàn)在的主流方法，在燒結(jié)成瓷時，需要在300度排膠兩小時，之后在1300度左右高溫?zé)Y(jié)4小時。高溫大大增加了對金屬電極的要求，并且為防止金屬電極氧化，需要保護氣氣氛燒結(jié)。這在多個方面增加了成本和對工藝的要求，使其生產(chǎn)過程較復(fù)雜。主流的方法造成耗能較大，這不但不符合低碳的要求并且生產(chǎn)成本高，同時對電極和生產(chǎn)設(shè)備要求高(抗高溫)。其燒結(jié)原理是在一定溫度下(一般在1300°C以上)對鈦酸鋇進行燒結(jié)，使顆粒重排、晶界滑移，引起流動傳質(zhì)，物質(zhì)通過擴散，填充到顆粒點接觸的頸部和氣孔，使頸部長大，氣孔減小，并最終使還體致密化。如何實現(xiàn)在降低燒結(jié)溫度的情況下保持或提高電介質(zhì)材料性能，進而降低生產(chǎn)成本，生產(chǎn)性價比較高的超級電容是目前亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種片式多層陶瓷電容電介質(zhì)瓷漿及電介質(zhì)制備方法；本發(fā)明通過添加一定配方的助燒劑，即添加質(zhì)量分數(shù)3 4%的九水偏硅酸鈉俗稱水玻璃和O. 8-1. 2%的二氧化硅的復(fù)合助燒劑能使BTO陶瓷的燒結(jié)溫度從1300°C降至100°C，并且略去了排膠的過程，其中助燒劑的占比為占鈦酸鋇的質(zhì)量比。隨著水玻璃添加量的增加，介電常數(shù)先增大后減小，介質(zhì)損耗先下降后趨于穩(wěn)定，頻率溫度系數(shù)減小。添加3%的水玻璃和I %的二氧化硅使BTO陶瓷在100°C燒結(jié)I. 5h，獲得了最佳介電性能ε r = 2351。根據(jù)本配方可以在大大降低燒結(jié)溫度(從主流的1300度到本配方的100度)和時間(從主流的7h到本配方的I. 5h)的條件下，得到介電常數(shù)可達ε r=2851的介電質(zhì)層，約為主流(ε r = 8000-10000)的1/3的介電質(zhì)材料，本發(fā)明從各方面大大減少了耗能，用此方法生產(chǎn)MLCC電容器，可得到生產(chǎn)成本極低，蓄能較好的電容器。本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種片式多層陶瓷電容電介質(zhì)瓷漿，主要成分為鈦酸鋇，其特征在于還包括一助燒劑，所述助燒劑包括水玻璃和二氧化硅；其中，所述水玻璃占鈦酸鋇的質(zhì)量比為1% 10%，二氧化硅占鈦酸鋇的質(zhì)量比為O. 8% I. 2%。進一步的，所述鈦酸鋇占電介質(zhì)漿料的質(zhì)量比為92% 97%，所述水玻璃占鈦酸鋇的質(zhì)量比為3% 4%，二氧化硅占鈦酸鋇的質(zhì)量比為1%。一種片式多層陶瓷電容電介質(zhì)制備方法，其步驟為I)選取設(shè)定量的主成分鈦酸鋇，以及助 燒劑、稀釋劑、分散劑、粘結(jié)劑A，放入球磨機進行球磨；其中，所述助燒劑包括水玻璃和二氧化硅，所述水玻璃占鈦酸鋇的質(zhì)量比為1% 10%，二氧化硅占鈦酸鋇的質(zhì)量比為O. 8% I. 2% ;2)球磨設(shè)定時間，然后向球磨后的漿料中添加設(shè)定量的粘結(jié)劑B，繼續(xù)進行球磨；3)球磨設(shè)定時間后，將所得漿料進行涂板燒結(jié)，得到電介質(zhì)材料。進一步的，所述鈦酸鋇占電介質(zhì)漿料的質(zhì)量比為92 % 97 %，所述水玻璃占鈦酸鋇的質(zhì)量比為3% 4%，二氧化硅占鈦酸鋇的質(zhì)量比為1%。進一步的，所述燒結(jié)的溫度范圍為100° 600°。進一步的，所述燒結(jié)的溫度為100°。進一步的，所述燒結(jié)時的環(huán)境濕度范圍為40% 60%。進一步的，步驟2)設(shè)定時間為2小時，步驟3)球磨時間為I小時；采用多次燒結(jié)方式進行所述燒結(jié)，所述燒結(jié)總時間為I. 5小時。進一步的，粘結(jié)劑A的主要成分為聚氨酯丙烯酸酯；粘結(jié)劑B主要成分為二元胺、咪唑類化合物、硅烷偶聯(lián)劑。進一步的，粘結(jié)劑A與粘結(jié)劑B的比例為5 I。如圖2所示，本發(fā)明提供了一種制作片式多層陶瓷電容器電介質(zhì)材料的方法。與高溫?zé)Y(jié)不同，本方案的原理是由于低溫?zé)Y(jié)并不能增加鈦酸鋇顆粒致密性，故本方案是添加一定比例的助燒劑，改變鈦酸鋇顆粒外部環(huán)境，在顆粒周圍形成能夠小范圍移動的自由帶電離子，在外電場作用下，這些活躍的離子能夠增加鈦酸鋇顆粒的極化程度，并使得極化方向一致，從而增加鈦酸鋇顆粒的介電能力。助燒劑的主要成分是偏硅酸鈉九水(即水玻璃)添加二氧化硅。水玻璃熔點為40-48°C，在100°C的溫度下燒結(jié)可以使其均勻的混合在鈦酸鋇壓片中，并且燒結(jié)后具有較高的硬度，在空氣中，空氣中的水蒸氣進入顆粒之間的孔隙，水玻璃溶于水中形成離子狀態(tài)，使得其介電性增加。該方法制得的材料隨環(huán)境濕度變化顯著，濕度增加，使得進入壓片顆?？紫吨械乃趾吭黾?，形成的離子對材料影響更顯著。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為常規(guī)方法采用的高溫?zé)Y(jié)工藝較復(fù)雜，并且對電極材料要求較高，一般電極無法耐受高溫，本發(fā)明采用的低溫方法工藝簡單，對電極要求低，采用鋁作為金屬內(nèi)電極即可以達到要求，大大降低了生產(chǎn)成本。目前，本領(lǐng)域內(nèi)常說的低溫?zé)Y(jié)也只是1000°C以下即為低溫，相對于常規(guī)的燒結(jié)1300°c以上的燒結(jié)溫度，而我們的方法可把燒結(jié)的溫度降低到100°C，遠遠低于其他的各種方法，通過該方法制作的電介質(zhì)材料配方經(jīng)過100°C燒結(jié)I. 5h后室溫下在相對濕度為50%下的得到最大介電常數(shù)能達到2851，耐壓5000v以上。


圖I為現(xiàn)有超級電容的制作流程圖；圖2為本發(fā)明的電容器電介質(zhì)材料制作方法流程圖；圖3為不同助燒劑實驗對比圖；圖4為介電常數(shù)與濕度關(guān)系曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明是以鈦酸鋇(粒徑為500nm)為主要成分(占漿料質(zhì)量的比例為92_97% )，加入適量稀釋劑，分散劑，消泡劑，粘結(jié)劑A，一定量的助燒劑，放置于球磨機中球磨2h，取出后再加入粘結(jié)劑B，繼續(xù)球磨lh，然后將所得漿料均勻的涂抹在鋁板上，在室溫下稍干后置于電阻爐中燒結(jié)，燒結(jié)完成后取出鋁板檢測；其中，粘結(jié)劑主要作用是在涂板的時候使?jié){ 料能夠粘在鋁板上，粘結(jié)劑A是聚氨酯丙烯酸酯為主要成分，B主要由二元胺、咪唑類化合物、硅烷偶聯(lián)劑組成，A與B的比例大約為5 1，A、B同時加入會使?jié){料短時間內(nèi)迅速固化，使?jié){料無法充分研磨。(一 )不同燒結(jié)溫度對介電性能影響按照上述方法制得3塊涂有介質(zhì)層薄膜的鋁板，分別置于100°C、40(TC、60(rC電阻爐中燒結(jié)I. 5h，取出后分別檢測介電性能，得到表I。表I燒結(jié)溫度對介電性能的影響(3% :水玻璃占鈦酸鋇的質(zhì)量比)
室溫下最大
助燒劑燒結(jié)溫度燒結(jié)時間
介電常數(shù)3%7jC 玻璃+1% 二氧化娃IOO0CL5h2686 3%7jC玻璃+1%二氧化硅 400°C I. 5h 2576 3%7jC玻璃+1%二氧化硅 600°C I. 5h 2643在100°C燒結(jié)時，材料仍然具有較高的介電性能。(二)不同燒結(jié)時間對介電性能影響按照上述方法制得2塊鋁板，置于600°C電阻爐中分別燒結(jié)I. 5h、0. 5h，取出后分別檢測介電性能，得到表2。表2燒結(jié)時間對介電性能的影響
室溫下最大
助燒劑燒結(jié)溫度燒結(jié)時間
介電常數(shù)3%7jC 玻璃+1% 二氧化娃IOO0C(X5h2277 3%7jC 玻璃+1% 二氧化娃 IOO0C L5h 2695燒結(jié)時間對介電常數(shù)影響不太大，燒結(jié)時間延長，材料的介電性能略好。(三)不同比例助燒劑對介電性能影響按照上述方法，分別加入1%、2%、3%、4%、6%、8%、10%水玻璃助燒劑，然后將所得鋁板置于600°C燒結(jié)I. 5h，取出后檢測介電性能，得到表3。表3不同比例添加劑對介電性能的影響
權(quán)利要求
1.一種片式多層陶瓷電容電介質(zhì)瓷漿，主要成分為鈦酸鋇，其特征在于還包括一助燒劑，所述助燒劑包括水玻璃和二氧化硅；其中，所述水玻璃占鈦酸鋇的質(zhì)量比為1% 10%，二氧化硅占鈦酸鋇的質(zhì)量比為O. 8% I. 2%。
2.如權(quán)利要求I所述的電介質(zhì)漿料，其特征在于所述鈦酸鋇占電介質(zhì)漿料的質(zhì)量比為92 % 97 %，所述水玻璃占鈦酸鋇的質(zhì)量比為3 % 4 %，二氧化硅占鈦酸鋇的質(zhì)量比為1%。
3.一種片式多層陶瓷電容電介質(zhì)制備方法，其步驟為 1)選取設(shè)定量的主成分鈦酸鋇，以及助燒劑、稀釋劑、分散劑、粘結(jié)劑A，放入球磨機進行球磨；其中，所述助燒劑包括水玻璃和二氧化硅，所述水玻璃占鈦酸鋇的質(zhì)量比為1% 10%，二氧化硅占鈦酸鋇的質(zhì)量比為O. 8% I. 2% ; 2)球磨設(shè)定時間，然后向球磨后的漿料中添加設(shè)定量的粘結(jié)劑B，繼續(xù)進行球磨； 3)球磨設(shè)定時間后，將所得漿料進行涂板燒結(jié)，得到電介質(zhì)材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述鈦酸鋇占電介質(zhì)漿料的質(zhì)量比為92% 97%，所述水玻璃占鈦酸鋇的質(zhì)量比為3% 4%，二氧化硅占鈦酸鋇的質(zhì)量比為1%。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于所述燒結(jié)的溫度范圍為100° 600°。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述燒結(jié)的溫度為100°。
7.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于所述燒結(jié)時的環(huán)境濕度范圍為40% 60%。
8.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于步驟2)設(shè)定時間為2小時，步驟3)球磨時間為I小時；采用多次燒結(jié)方式進行所述燒結(jié)，所述燒結(jié)總時間為I. 5小時。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于粘結(jié)劑A的主要成分為聚氨酯丙烯酸酯；粘結(jié)劑B主要成分為二元胺、咪唑類化合物、硅烷偶聯(lián)劑。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于粘結(jié)劑A與粘結(jié)劑B的比例為5:1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種片式多層陶瓷電容電介質(zhì)瓷漿及電介質(zhì)制備方法，屬于陶瓷電介質(zhì)材料領(lǐng)域。本發(fā)明中瓷漿主要成分為鈦酸鋇，還包括一助燒劑，助燒劑包括水玻璃和二氧化硅；其中，水玻璃占鈦酸鋇的質(zhì)量比為1％～10％，二氧化硅占鈦酸鋇的質(zhì)量比為0.8％～1.2％。電介質(zhì)制備方法為1)選取設(shè)定量的主成分鈦酸鋇，以及助燒劑、稀釋劑、分散劑、粘結(jié)劑A，放入球磨機進行球磨；2)球磨設(shè)定時間，然后向球磨后的漿料中添加設(shè)定量的粘結(jié)劑B，繼續(xù)進行球磨；3)球磨設(shè)定時間后，將所得漿料進行涂板燒結(jié)，得到電介質(zhì)材料。本發(fā)明從各方面大大減少了耗能，用此方法生產(chǎn)MLCC電容器，可得到生產(chǎn)成本極低、蓄能較好的電容器。
文檔編號C04B35/468GK102653469SQ20121011710
公開日2012年9月5日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者丁國峰, 關(guān)曉春, 劉建民, 周媛, 王國泉, 王田禾, 陳安衛(wèi) 申請人:國電龍源電氣有限公司