一种铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料及其制备方法与应用技术

本申请涉及片式元器件复合材料技术领域，具体公开了一种铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料及其制备方法与应用。铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料包括15

【技术实现步骤摘要】
一种铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料及其制备方法与应用


[0001]本申请涉及片式元器件复合材料
，更具体地说，它涉及一种铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]多层陶瓷电容器（MLCC）是电子整机中主要使用的贴片元件之一，其具有容量大、低等效电阻、优异噪音吸收、较好耐脉冲电流性能、体积小巧、高绝缘电阻、优异阻抗温度特性与频率特性，并且具有良好的自密封特性,可以有效地避免内电极受潮和污染,显著提高飞弧电压和击穿电压，因此，广泛应用于信息、军工、移动通讯、电子电器、航空、石油勘探等行业中。
[0003]在电子元器件发展过程中，小型化是一个永恒不变的潮流，因此，作为用量大、发展快的MLCC也不例外，然而，MLCC产品中有一部分含铅，铅的挥发性强，对人体和环境的破坏性大；为此，相关领域技术人员积极研发环保型产品代替MLCC，然而，研发制得的环保型产品难以同时兼顾MLCC固有的体积小、容量大的性能。相关技术CN114315162 A研发了一种无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料，该复合材料包括40～60wt.％的作为基体的SiO2‑
B2O3‑
AlF3‑
SrO玻璃和40～60wt.％的陶瓷，通过将粒径合适的陶瓷粉与玻璃粉混合均匀、造粒、压片、烧结得到玻璃基陶瓷复合材料，经验证，该方法制得的玻璃基陶瓷复合材料应用于MLCC产品时，除了表现出体型小巧、容量大的优点时，还具有优异的微波介电性能、低热膨胀系数和高导热系数，然而该复合材料的介电常数和击穿场强较低，只能应用于低介电产品，无法应用于高介电产品。
[0004]因此，目前亟需研究一种复合材料，使其在体型小、容量大的基础上，还具有较高的介电常数和击穿场强，能够应用于高介电产品。

技术实现思路

[0005]为了解决现有复合材料存在的介电常数和击穿场强低，无法应用于高介电产品的难题，本申请人潜心研究，发现铁酸铋陶瓷具有较高的介电常数、低的介电损耗以及高的居里温度，但是击穿场强较低。玻璃具有高的击穿场强、较好的促烧特性，可以完美弥补铁酸铋陶瓷存在的缺陷。为此，本申请人通过实验，将高硅无铅玻璃与铁酸铋陶瓷复合烧结，从而制备一种可用于MLCC高介质的铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料。
[0006]第一方面，本申请提供一种铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料，采用如下的技术方案：一种铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料，包括15
‑
80wt.%的B2O3‑
SiO2‑
BaO
‑
Bi2O3玻璃和20
‑
85wt.%的(1
‑
x)BiFeO3‑
x
BaTiO3‑
y wt.%MnO2（0.3≤x≤0.4；0.1≤y≤0.6）陶瓷。
[0007]通过采用上述技术方案，(1
‑
x)BiFeO3‑
x
BaTiO3‑
y wt.%MnO2（0.3≤x≤0.4；0.1≤y≤0.6）陶瓷具有低的介电损耗以及高的介电常数和居里温度，但是击穿场强较低、剩余极化强度较高；B2O3‑
SiO2‑
BaO
‑
Bi2O3（BSBB）玻璃具有高的击穿场强、低的剩余极化强度，将BSBB玻璃融进陶瓷后，可以完美弥补(1
‑
x)BiFeO3‑
x
BaTiO3‑
y wt.%MnO2（0.3≤x≤0.4；0.1≤
y≤0.6）陶瓷存在的缺陷，最终制得的复合材料不仅具有较高的介电常数和居里温度，而且击穿场强高、剩余极化强度低，能够适用于高介电MLCC的电子产品。
[0008]优选的，所述B2O3‑
SiO2‑
BaO
‑
Bi2O3玻璃包括以下重量百分比组分：B2O3：15
‑
25wt.%、SiO2：50
‑
65wt.%、BaO：5
‑
10wt.%和Bi2O3：5
‑
10wt.%。
[0009]优选的，所述(1
‑
x)BiFeO3‑
x
BaTiO3‑
y wt.%MnO2包括以下原料：Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2和MnO2。
[0010]第二方面，本申请提供一种铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1：按照质量百分比将B2O3‑
SiO2‑
BaO
‑
Bi2O3玻璃的原料球磨混合后经过干燥、高温熔炼、淬冷后得到玻璃渣；S2：将S1的玻璃渣通过球磨制备得到BSBB玻璃粉；S3：按照质量百分比将(1
‑
x)BiFeO3‑
x
BaTiO3‑
y wt.%MnO2（0.3≤x≤0.4；0.1≤y≤0.6）的陶瓷球磨混合均匀后高温干燥，得到陶瓷原料粉末；S4：将S3制得的陶瓷原料粉末通过高温烧结、球磨破碎得到陶瓷粉；S5：将S2制得的玻璃粉和S4制得的陶瓷粉混合，添加粘结剂，通过造粒、压片、排胶并在高温常压气氛下烧结，即可得到所述的铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料。
[0011]通过采用上述技术方案， BSBB玻璃粉具有较高的击穿场强和较低的剩余极化强度，通过高温熔炼、淬冷，制得的玻璃渣结构稳定，(1
‑
x)BiFeO3‑
x
BaTiO3‑
y wt.%MnO2（0.3≤x≤0.4；0.1≤y≤0.6）陶瓷具有较高的介电常数和居里温度，将玻璃粉和陶瓷粉通过粘结剂组合后，在高温常压下进行烧结，制得的铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料的致密性良好，而且同时具备了陶瓷和玻璃的优异性能。
[0012]优选的，所述S1中，球磨过程采用乙醇作为溶剂，锆球作为球磨介质，所述锆球的直径为5
‑
10mm，按照质量比所述玻璃原料质量之和：乙醇：锆球=1:1:2
‑
4；高温熔炼的温度为1500
‑
1600℃，时间为0.5
‑
2h。
[0013]优选的，所述S2中，对S1制得的玻璃渣进行球磨，球磨过程采用乙醇作为溶剂，锆球作为球磨介质，所述锆球的直径不一，本步骤中锆球直径为12mm、8mm和2
‑
4mm，按照质量比所述玻璃原料质量之和：乙醇：锆球=1:1:4，制得的BSBB玻璃粉的粒径（D
50
）平均为0.1
‑
10um。
[0014]优选的，所述S3中，球磨过程采用乙醇作为溶剂，锆球作为球磨介质，所述锆球的直径为5
‑
10mm，按照质量比所述玻璃原料质量之和：乙醇：锆球=1:1:2
‑
4。
[0015]优选的，所述S4中，对S3制得的陶瓷粉末进行高温烧结时的烧结温度为800
‑
850℃、时间为1.5
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料，其特征在于，包括15
‑
80wt.%的B2O3‑
SiO2‑
BaO
‑
Bi2O3玻璃和20
‑
85wt.%的(1
‑
x)BiFeO3‑
x
BaTiO3‑
y wt.%MnO2（0.3≤x≤0.4；0.1≤y≤0.6）陶瓷。2.根据权利要求1所述的铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料，其特征在于：所述B2O3‑
SiO2‑
BaO
‑
Bi2O3玻璃包括以下重量百分比组分：B2O3：15
‑
25wt.%、SiO2：50
‑
65wt.%、BaO：5
‑
10wt.%和Bi2O3：5
‑
10wt.%。3.根据权利要求1所述的铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料，其特征在于：所述(1
‑
x)BiFeO3‑
x
BaTiO3‑
y wt.%MnO2包括以下原料：Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2和MnO2。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的铁酸铋陶瓷/玻璃复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：按照质量百分比将B2O3‑
SiO2‑
BaO
‑
Bi2O3玻璃的原料混合球磨后经过干燥、高温熔炼、淬冷后得到玻璃渣；S2：将S1的玻璃渣通过球磨制备得到B...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大伟，颜廷楠，于淑会，孙蓉，
申请(专利权)人：深圳先进电子材料国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：