一種玻璃陶瓷疊層電容器的內電極及其製備方法
2023-06-02 00:08:01
專利名稱：一種玻璃陶瓷疊層電容器的內電極及其製備方法
技術領域：
本發明屬於功能材料技術領域，特別涉及一種玻璃陶瓷疊層電容器的內電極及其製備方法，尤其是一種以鈮酸鉛，鈮酸鈉為陶瓷相，二氧化矽為玻璃相的高擊穿強度高介電常數玻璃陶瓷材料為基的疊層電容器用內電極材料及其製備方法。
背景技術：
玻璃陶瓷材料因其低缺陷和無空隙的特點而具有優良的鐵電和絕緣性能，廣泛應用於體積小而容量大的微型疊層陶瓷電容器、超大規模能量存儲器、調諧微波器件等，是目前電子陶瓷領域應用最廣泛的材料之一。而疊層電容器中的內電極結構和材料性能，能大大地影響電容器在實際應用中的物理性能和電學性能。如果能改善疊層電容器的內電極性能，就能提高其實際使用性能，從而有效地拓展電容器的應用環境。通常技術下，疊層電容器中絕緣介質材料之間的內電極通過印刷單層金屬漿料(銀漿料，銀-鈀混合漿料，鎳漿料等)在高溫下(》6000C )燒結製成，具有昂貴的製備成本，且由此獲得的內電極緻密性不高，高溫燒結過程中內電極成分易向電介質中滲透，有機漿料揮發形成的孔隙不可避免，在外電場作用下容易在殘留孔洞處形成局部電場集中，從而造成電容器的漏電流增加，絕緣阻值下降，內電極有效面積減小，耐擊穿工作場強降低，電容器的實際應用環境隨之受到嚴重地限制。因此，提供一種既能夠在較低溫度燒結界面結合性能良好，又能夠維持器件整體的電性能的內電極材料及其製備方法，就成該技術領域急需要解決的技術難題。
發明內容
本發明的目的是提供一種既能夠在較低溫度燒結界面結合性能良好，又能夠維持器件整體的電性能的內電極材料及其製備方法。本發明首先提供一種玻璃陶瓷疊層電容器的內電極，該內電極包括疊層的玻璃陶瓷電介質層和銀漿電極層，且在每個相鄰的玻璃陶瓷電介質層和銀漿電極層之間設有內電極過渡層。所述內電極過渡層材質可為鎳、銀、銅、鉭中的任意一種。本發明還提供一種玻璃陶瓷疊層電容器的內電極的製備方法，該方法包括如下步驟(1)在玻璃陶瓷電介質單片的兩面均鍍上一層金屬膜作為內電極過渡層；(2)採用絲網印刷技術在步驟(1)所得的鍍金屬膜層表面塗敷低溫銀漿電極， 根據電容要求將印有銀漿電極的玻璃陶瓷電介質單片進行多層疊片處理，然後在150 300°C下燒結，獲得玻璃陶瓷疊層電容器的內電極。所述金屬膜採用磁控濺射的方法鍍在玻璃陶瓷電介質單片上。所述內電極過渡層的金屬材質可為鎳、銀、銅、鉭中的任意一種。所述低溫銀漿電極與所述金屬膜具有相同的面積。
所述玻璃陶瓷電介質單片可由退火形核結晶後的玻璃陶瓷塊體，經切邊、切片、研磨和拋光獲得。所述玻璃陶瓷電介質單片材質為鈮酸鹽系玻璃陶瓷，優選以鈮酸鉛、鈮酸鈉為陶瓷相，二氧化矽為玻璃相的高擊穿強度高介電常數玻璃陶瓷材料。本發明的優點是，通過在內電極三層串聯結構設計中改變了過渡層電極及漿料電極材料，找到了可以在低溫下燒結的玻璃陶瓷疊層電容器用內電極材料及其製備方法，使得燒結溫度下降了超過300°C，而且保持了玻璃陶瓷電介質材料的本身電性能，介電常數保持在176左右，直流擊穿場強提高到 33kV/mm。非常適合製作耐高壓的多層陶瓷電容器用內電極。
圖1為傳統的玻璃陶瓷疊層電容器內電極結構示意圖。圖2為本發明的玻璃陶瓷疊層電容器的內電極結構的示意圖。圖3為本發明的玻璃陶瓷疊層電容器的內電極結構的俯視剖面示意圖。圖4為玻璃陶瓷電介質材料間的兩種內電極結構的掃描電鏡顯微結構圖。其中 (a)為本發明的玻璃陶瓷疊層電容器的內電極結構，(b)傳統的玻璃陶瓷介質材料間的內電極結構。圖5為用於對比的玻璃陶瓷電介質材料薄單片表面鍍M膜的電極結構示意圖。
圖6為同等條件下不同內電極結構下的電容值圖。圖7為同等條件下不同內電極結構下的漏電流值圖。圖8為同等條件下不同內電極結構下的擊穿場強值圖。圖中標號1-銀漿電極層；2-玻璃陶瓷電介質層；3-內電極過渡層。
具體實施例方式下面通過附圖和具體實施方式
對本發明做進一步說明，但並不意味著對本發明保護範圍的限制。以下實施例中所用的玻璃陶瓷電介質單片材質為以鈮酸鉛、鈮酸鈉為陶瓷相，二氧化矽為玻璃相的高擊穿強度高介電常數的鈮酸鹽系玻璃陶瓷材料，以其為例對本發明作進一步說明。對比例1(1)採用傳統切割，磨薄，拋光方法製備尺寸約為20mmX20mmX0. 3mm的方形玻璃
陶瓷電介質薄單片樣品；(2)採用直流磁控濺射鍍膜技術在步驟(1)所得的薄單片兩表面鍍成直徑為 cMOmm的緻密金屬層(選用鎳)作為電極，製得對比例樣品。將製得的對比例單片樣品進行介電常數、漏電流及擊穿強度測試，如表1所示(也可分別見圖5，6所示)。值得注意的是，相對於單片電介質而言，多個單片電介質串聯疊片後的擊穿強度由於疊片影響電場分布的原因一般要下降20%左右。由表1中的擊穿場強數據可以得知，疊片後的正常耐電擊穿強度為31. 2kV/mm左右。此數據可作為在忽略內電極結構對疊層電容器電性能影響的前提下，玻璃陶瓷電介質材料的本徵電擊穿強度。
表1對比例1的電性能
權利要求
1.一種玻璃陶瓷疊層電容器的內電極，其特徵在於該內電極包括疊層的玻璃陶瓷電介質層( 和銀漿電極層(1)，且在每個相鄰的玻璃陶瓷電介質層( 和銀漿電極層(1)之間設有內電極過渡層(3)。
2.根據權利要求1所述的內電極，其特徵在於所述內電極過渡層C3)材質可為鎳、 銀、銅、鉭中的任意一種。
3.根據權利要求1所述的內電極，其特徵在於所述玻璃陶瓷電介質單片材質為鈮酸鹽系玻璃陶瓷。
4.根據權利要求3所述的內電極，其特徵在於所述鈮酸鹽系玻璃陶瓷為以鈮酸鉛、鈮酸鈉為陶瓷相，二氧化矽為玻璃相的高擊穿強度高介電常數玻璃陶瓷材料。
5.根據權利要求1所述的內電極，其特徵在於玻璃陶瓷電介質單片為 20mmX 20mmX 0.3mm的方形，銀漿電極層(1)和內電極過渡層(3)直徑為Φ 10mm。
6.一種玻璃陶瓷疊層電容器的內電極的製備方法，其特徵在於該方法包括如下步驟(1)採用磁控濺射方法在玻璃陶瓷電介質單片的兩面均鍍上一層金屬膜作為內電極過渡層；(2)採用絲網印刷技術在步驟⑴所得的鍍金屬膜層表面塗敷低溫銀漿電極，根據電容要求將印有銀漿電極的玻璃陶瓷電介質單片進行多層疊片處理，然後在150 300°C下燒結，獲得玻璃陶瓷疊層電容器的內電極。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述低溫銀漿電極與所述金屬膜具有相同的面積。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述玻璃陶瓷電介質單片可由退火形核結晶後的玻璃陶瓷塊體，經切邊、切片、研磨和拋光獲得。
9.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述玻璃陶瓷電介質單片材質為鈮酸鹽系玻璃陶瓷。
10.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述內電極過渡層的金屬材質為鎳、銀、 銅、鉭中的任意一種。
全文摘要
本發明公開了屬於功能材料技術領域的一種玻璃陶瓷疊層電容器的內電極及其製備方法，該內電極結構包括疊層的玻璃陶瓷電介質層和銀漿電極層，且在每個相鄰的玻璃陶瓷電介質層和銀漿電極層之間設有內電極過渡層。其製備流程為首先在玻璃陶瓷電介質單片的兩面均鍍上一層金屬膜作為內電極過渡層；然後在鍍金屬膜層表面塗敷低溫銀漿電極，再進行多層疊片處理，然後燒結即可。本發明找到了可以在低溫下燒結的玻璃陶瓷疊層電容器用內電極結構及其製備方法，使得燒結溫度下降了超過300℃，而且保持了玻璃陶瓷電介質材料的本身電性能，介電常數保持在176左右，直流擊穿場強提高到～33kV/mm。非常適合製作耐高壓的多層陶瓷電容器用內電極。
文檔編號H01G4/008GK102568818SQ201010613018
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者唐群, 張慶猛, 朱君, 杜軍, 羅君 申請人:北京有色金屬研究總院