本发明专利技术涉及一种新颖的钛酸锌（ＺｎＴｉＯ↓［３］）系统的介电材料，其组成具有如下通式：（Ｚｎ↓［１－ａ］Ｍｇ↓［ａ］）（Ｔｉ↓［１－ｂ－ｃ］Ｍｎ↓［ｂ］Ｄ↓［ｃ］）↓［ｄ］Ｏ↓［３］，其中，Ｄ为五价以上的元素，０≤ａ≤０．５，ｃ≤ｂ≤０．１，０＜ｃ≤０．１，１≤ｄ≤１．５，其具有超低温烧结、高品质因子、高可靠度及高耐压特性，并可用于制造具有高绝缘电阻值的低电容的积层陶瓷电容器。本发明专利技术还涉及该新颖钛酸锌系统的介电材料的制备方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种介电材料，特别是一种钛酸锌(ZnTiO3)系统的介电材料；另外本专利技术也涉及该介电材料的制备方法。
技术介绍
应现今视听器材、电脑设备及通讯器材如无线电话听筒、移动电话及卫星通讯转接及接收器等对高频率、小尺寸、轻重量的需求，可承载高频多晶模组的制造技术已成必须。在制造上述模组的电性回路中，常应用介电陶瓷材料于旁路、连结器、共振器及滤波器上，其中，运用超低温微波介电材料制造具有高品质因子、低等效串联电阻及高绝缘电阻的低电容的积层陶瓷电容器尤其重要。该材料常须符合以下要求，包括低介电损失、低等效串联电阻(equivalent series resistance，ESR)、高可靠度、高绝缘值(insulationresistance，I.R.)、高机械强度以及低热膨胀系数等。传统上常使用如金、铂、钯等贵金属以制造电容器的内电极及端电极，也可使用银、银合金、铜、铜合金等价格较低的物料降低成本，尤其具有低欧姆电阻的银与银合金更被广泛使用。然而，由于银具有相对低的熔点(约960℃)，所以需要采用低烧结温度的陶瓷材料，才能与其共烧而加以应用。一般在不添加助烧结剂的状态下，要达到理想的机械强度与介电性质，必须于1300至1600℃的温度下烧结介电材料，业界一般使用钡榍石(bariumtitanites)、镁榍石(magnesium titanites)及钡钙钛矿(barium perovskites)等材料。但为能与银一起烧结，开发可在900℃左右烧结的材料已成必须，如J.Am.Ceram.Soc.，82[11]3043-48(1999)中揭示使用在偏钛酸锌-金红石(zinc metatitanate-rutile)混合物中的硼；J.Am.Ceram.Soc.，82[12]3476-80(1999)揭示使用(Zn，Mg)TiO3化合物；日本专利第243725/1994号揭示以(SrCa)TiO3为主体的介电材料；日本专利第325641/1993号揭示以BaO-TiO2为主体的介电材料；美国专利第5,723,395号揭示以TiO2-ZnO为主体的介电材料；及美国专利第5,866,492号揭示以ZnTiO3-ZnO-TiO2为主体的介电材料。美国专利第5,723,395号教示添加B2O3玻璃或含B2O3的玻璃成份到钛酸锌(ZnTiO3)介电材料系统中，可将钛酸锌介电材料系统的烧结温度由1100℃降低至900℃附近，其也教示添加氧化锰(MnO)以提高钛酸锌材料系统的绝缘电阻值。依据该专利教示，经添加0.1-10％的氧化锰可使绝缘电阻达到1011欧姆的程度。此专利虽教示使用如ZnO-SiO2-B2O3与Bi2O3-ZnO-B2O3的含B2O3的玻璃成份，但并未认知使用含B2O3的玻璃成份中ZnO含量的重要性，更未具体教示B2O3与ZnO的比例对材料特性的影响。美国专利第5,866,492号则揭示添加Mg(通常为氧化镁MgO)，改善钛酸锌介电材料系统的品质因子并提升ZnTiO3转换成Zn2TiO4的相分解温度，建议氧化镁含量为0.02mol至0.5mol。然而，由此所提供的介电材料的烧结温度仍高达1050至1250℃，尚不符合可与银共烧的低温(约900℃)要求。已经发现，在钛酸锌介电材料系统中使用氧化硼(B2O3)、硼玻璃或含硼玻璃，常有烧结特性不稳定与产品介电性质不易控制的问题。本案专利技术人研究发现，在美国专利第5,723,395号教示的钛酸锌介电材料系统中，若直接添加B2O3玻璃，则因B2O3在烧结时必须先与ZnO反应生成B2O3-ZnO化合物方具有助烧结特性，因而会改变ZnTiO3中锌/钛的比例，从而使介电性质改变，又因B2O3熔点在460℃附近，当加热到此温度时，部分B2O3挥发，使得不易控制在最后助烧结时B2O3的量，造成烧结特性的不稳定。此外，在添加含B2O3的玻璃成份时，过高的ZnO含量会直接影响主体材料中锌/钛的比例，过低的ZnO含量则会使该含B2O3玻璃中过多的B2O3与材料主体中的锌反应，这也影响主体材料中锌/钛的比例，造成介电性质改变。此外，目前积层陶瓷电容器的主要发展方向为高容值，其利用降低介电层厚度及堆叠层数来增加容值。当介电层数越来越薄时，积层陶瓷电容器在高温、高电压下的可靠度问题则越显重要。虽然目前已有可与银金属低温共烧的钛酸锌介电材料系统，但其在高温高压下的绝缘值太低而造成其在应用于积层陶瓷电容器时无法符合薄层化、高容值化的发展方向。因此，本案专利技术人开发一种新颖材料系统，其针对钛酸锌介电材料系统加以改良，以希望达到可提供稳定介电特性、提高可靠度、降低烧结温度、提高绝缘值及提高相分解温度等优良特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钛酸锌(ZnTiO3)系统的介电材料，其组成具有如下通式(Zn1-aMga)(Ti1-b-cMnbDc)dO3(I)其中，D为五价以上的元素，0≤a≤0.5，c≤b≤0.1，0＜c≤0.1，1≤d≤1.5，其具有高品质因子、低烧结温度、稳定的陶瓷成分比例、稳定的介电特性、高相分解温度、高绝缘电阻及高崩溃电压等多项优点。本专利技术的另一目的在于提供上述通式(I)介电材料的制备方法。具体实施例方式本专利技术涉及一种钛酸锌(ZnTiO3)系统介电材料的改良，其组成具有如下通式(Zn1-aMga)(Ti1-b-cMnbDc)dO3(I)其中，D为五价以上的元素，0≤a≤0.5，c≤b≤0.1，0＜c≤0.1，1≤d≤1.5。在本专利技术中，利用MgO的添加取代习用钛酸锌(ZnTiO3)系统介电材料中Zn的位置，使本专利技术的介电材料的相分解温度高于烧结温度，以利于其优越微波特性的维持。此外，利用MnO的添加取代习用钛酸锌(ZnTiO3)系统介电材料中部分Ti的位置，使本专利技术的介电材料的绝缘电阻可以大幅增加，以利于积层陶瓷电容器的制作。本专利技术中的D元素为五价以上的元素，较佳为五价的金属元素，更佳为周期表中第VA及VIA族的元素，最佳为铌(Nb)、钨(W)或钼(Mo)。添加该D元素可以提升品质因子(quality factor)、可靠度(reliability)及崩溃电压(breakdown voltage)，其组成中的比例较佳为0≤a＜0.5，0.02＜b≤0.1，0.005＜c＜0.1及1＜d≤1.5。要注意的是，该D元素在通式(I)中为五价以上，然而其在制备过程一开始的添加步骤中，可以不具有五价。举例来说，在添加步骤可以添加Nb2O4，虽然Nb此时为四价，只要其在烧结过程中氧化成五价即可。为了降低烧结温度，本专利技术在烧结时可添加烧结助剂，使本专利技术的介电材料的烧结温度可以降至950℃以下，以便于制作积层陶瓷组件(例如电容器)时可以与纯银电极共烧。在一优选实施例中，该烧结助剂的含量以(Zn1-aMga)(Ti1-b-cMnbDc)dO3重量计为e％，其中，0＜e≤10，较佳为3＜e＜10。该烧结助剂可以是硼氧化物或锌硼化合物，较佳为B2O3或[(ZnO)4·B2O3]，更佳为[(ZnO)4·B2O3]。本专利技术还关于一种制备钛酸锌(ZnTiO3)系统的介电材料的方法，该介电材料包含(Zn1-aMga)(Ti1-b-cMnbDc)dO3的组成，其中，D为五价以上的元素，0本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种介电材料，其组成具有如下通式：（Ｚｎ↓［１－ａ］Ｍｇ↓［ａ］）（Ｔｉ↓［１－ｂ－ｃ］Ｍｎ↓［ｂ］Ｄ↓［ｃ］）↓［ｄ］Ｏ↓［３］（Ⅰ）其中，Ｄ为五价以上的元素，０≤ａ≤０．５，ｃ≤ｂ≤０．１，０＜ｃ≤０．１，１≤ｄ≤１ ．５。
【技术特征摘要】
1.一种介电材料，其组成具有如下通式(Zn1-aMga)(Ti1-b-cMnbDc)dO3(I)其中，D为五价以上的元素，0≤a≤0.5，c≤b≤0.1，0＜c≤0.1，1≤d≤1.5。2.如权利要求1所述的介电材料，该组成进一步包括一烧结助剂，该烧结助剂的含量以(Zn1-aMga)(Ti1-b-cMnbDc)dO3重量计为e％，其中，0＜e≤10。3.如权利要求2所述的介电材料，其中该烧结助剂为硼氧化物。4.如权利要求3所述的介电材料，其中该硼氧化物为B2O3。5.如权利要求2所述的介电材料，其中该烧结助剂为锌硼化合物。6.如权利要求5所述的介电材料，其中该锌硼化合物为[(ZnO)4·B2O3]。7.如权利要求1所述的介电材料，其中，D选自由铌(Nb)、钨(W)及钼(Mo)组成的群组。8.如权利要求1所述的介电材料，其中0≤a＜0.5。9.如权利要求1所述的介电材料，其中0.02＜b≤0.1。10.如权利要求1所述的介电材料，其中0.005＜c＜0.1。11.如权利要求1所述的介电材料，其中1＜d≤1.5。12.如权利要求2所述的介电材料，其中3＜e＜10。13.一种积层陶瓷组件，其包含如权利要求1所述的介电材料。14.如权利要求13所述的积层陶瓷组件，其中该积层陶瓷组件为一积层陶瓷电容器，其包含银、银合金、铜或铜合金的电极。15.一种制备介电材料的方法，其包括(a)提供含锌化合物、含镁化合物、含钛化合物、含锰化合物及含D元素的化合物作为原料，视下列通式(I)所要的a、b、c、d值决定其起始用量，(Zn1-aMga)(Ti1-b-cMnbDc)dO3(I)其中，D为五价以上的元素，0≤a≤0.5，c≤b≤0.1，0＜c≤0.1，1≤d≤1.5；(b)在水中混合研磨该步骤(a)的原料；及(c)烤干该步骤(b)的混合物，再煅烧该经干燥的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李文熙，苏哲仪，杨义丰，
申请(专利权)人：国巨股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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