一种亚微米陶瓷介质粉体流延浆料及其制备方法和应用

本发明属于无机材料，具体涉及一种亚微米陶瓷介质粉体流延浆料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、陶瓷介质粉体是制备各类陶瓷电子元件的基本材料，广泛应用于多层元器件的制备中。随着电子元件的小型化趋势，片式多层元器件及其微型化对陶瓷介质粉体和陶瓷膜片有了更高的要求。实现片式多层元器件微型化的重要途径是采用薄层介质陶瓷膜片，而制备薄层介质陶瓷膜片的一个重要途径是采用粒径在纳米级或亚微米级的陶瓷粉体。

2、流延成型是薄片介质陶瓷材料的一种重要成型方法，流延成型自出现以来就用于生产单层或多层薄板陶瓷材料。现在流延成型已成为生产多层电容器和多层陶瓷基片的支柱技术，同时也是生产电子元件的必要技术。此外流延成型工艺还可用于造纸、塑料和涂料等行业。

3、流延浆料决定了流延出陶瓷膜片的质量，决定了其强度、韧性、光滑度和致密度等等，所以流延浆料的组成和配比决定了流延的成功与否。用于生产电子元件的流延浆料，一般由陶瓷粉体、有机溶剂、粘结剂和增塑剂组成，有机溶剂一般使用苯类或酮类，有一定的毒性，使用时生产条件恶化且生产成本较高。其次，流延浆料的组成和配比如果与陶瓷粉体不匹配，会导致产品开裂和变形，影响产品质量。此外，流延浆料与制备工艺存在匹配性问题，需要根据陶瓷粉体粒径和流延膜片厚度进行相应的调整。为了匹配不同种类、不同粒径的陶瓷粉体和制备不同厚度的薄层介质膜片，如何调整流延浆料的组成和制备工艺，是决定流延膜片质量的关键。

技术实现思路

1、为此，本发明提供了一种亚微米陶瓷介质粉体流延浆料及其制备方法，使其能匹配不同种类、不同粒径的亚微米级陶瓷粉体，根据需求制备出不同厚度的质量稳定的流延膜带。

2、一方面，本发明提供了一种亚微米陶瓷介质粉体流延浆料，包括：亚微米级陶瓷粉体、分散剂、粘结剂、增塑剂、和有机溶剂；

3、优选地，所述亚微米级陶瓷粉体的组成包括：钛酸钡粉体、锆钛酸铅粉体、钛酸钡钙粉体、铁酸铋粉体、铌酸钠粉体、掺杂微量元素的钛酸钡粉体、掺杂微量元素的锆钛酸铅粉体、掺杂微量元素的钛酸钡钙粉体、掺杂微量元素的铁酸铋粉体和掺杂微量元素的铌酸钠粉体中的至少一种；

4、更优选，微量元素包括mn、mg、ca、zr、v、si、y和la中的至少一种；微量元素的掺杂量不超过3at％。

5、较佳的，所述亚微米级陶瓷粉体的粒径为：激光粒度分布仪测试的d50在0.2～0.8μm，扫描电子显微镜测试统计的平均粒径在0.1～0.6μm；所述亚微米级陶瓷粉体的含水率在0.5wt％以下。

6、较佳的，所述有机溶剂由乙酸乙酯和乙醇组成；其中乙酸乙酯和乙醇的质量比为2～3；

7、所述有机溶剂和亚微米级陶瓷粉体的质量比为60％～120％。

8、较佳的，所述分散剂为聚羧酸铵盐；优选，所述分散剂选自akm-0531(日油公司)或sc-0505k(日油公司)；所述分散剂和亚微米级陶瓷粉体的质量比为1％～1.5％。本发明根据陶瓷粉体的粒径大小来匹配的，以达到分散均匀，无结块的目的。

9、较佳的，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，分子量在40000～120000之间，优选bm-2、b-98或者b76中的至少一种；

10、所述粘结剂和亚微米级陶瓷粉体的质量比为5％～12％。

11、较佳的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯dop，化学纯；所述增塑剂和亚微米级陶瓷粉体的质量比为2％～4.5％。

12、较佳的，所述粘结剂和增塑剂的质量比为1.6～2.6。

13、较佳的，当扫描电镜测试亚微米级陶瓷粉体的平均粒径在0.1～0.3μm时，所述粘结剂占陶瓷粉体的质量在5％～8％；

14、当扫描电镜测试亚微米级陶瓷粉体的平均粒径在0.3～0.6μm且不含0.3μm，所述粘结剂为pvb占陶瓷粉体的质量在8％～12％且不含8wt％。

15、另一方面，本发明提供了一种亚微米陶瓷介质粉体流延浆料的方法，包括：

16、(1)将亚微米陶瓷介质粉体、分散剂和部分有机溶剂，经过球磨混合或者砂磨混合，得到浆料；

17、(2)将粘结剂、增塑剂和另一部分有机溶剂混合，得到胶水；

18、(3)将所得胶水加入到分散好的浆料体中，经过球磨处理，得到所述亚微米陶瓷介质粉体流延浆料。

19、本发明所述浆料的配制过程包含两步预先处理，然后再混合的方式，这种方式能使粉体分散效果更好，而且pvb也能均匀包覆陶瓷粉体。本发明制浆第三步使用滚筒球磨，如果不预先制备胶水，直接加入粉状pvb进行滚磨，最终浆料中可能会出现结块，溶解不彻底，导致浆料中助剂的组分配比失衡问题，这是由于滚磨本身的局限性导致，为了保证制备批次的稳定性，因此先制备成胶水，再进行混合。

20、较佳的，其中部分有机溶剂和另一部分有机溶剂的质量比为(30～70％)：(70～30％)，优选为50％：50％；

21、所述球磨处理的参数包括：磨球为钇稳定的氧化锆球；转速为120～150转/分钟，时间为2～4小时；

22、所述砂磨处理的参数包括：磨球为钇稳定的氧化锆球；转速为1000～2000转/分钟，时间为2～4小时；

23、在胶水配制时采用高速分散器实现混合；所述高速分散器为圆盘式桨叶；所述高速分散器转速为600～1000转/分钟，时间为1～2小时。

24、再一方面，本发明提供了一种流延膜带，由亚微米陶瓷介质粉体流延浆料制备得到；优选地，所述流延成型的参数包括：刮刀的高度为40～120μm(相对高度)，刮刀速度为0.5～2.0cm/s；优选地，所述流延膜带的膜片厚度为3～25μm。

25、本发明的有益效果：

26、与现有技术相比，本发明设计的流延浆料组成，能够匹配不同种类、不同粒径的亚微米级陶瓷粉体，根据需求制备不同粘度的流延浆料，而且利用本发明的制备方法，可以使陶瓷粉体与有机助剂在有机溶液中充分分散，形成均匀且稳定的流延浆料，制备不同厚度需求的流延膜带。此外，本发明的有机溶剂体系使用乙醇和乙酸乙酯，相比苯类和酮类体系，实施条件和生产难度降低，对生产环境造成的危害更小，对使用者更友好，而且成本降低。采用本发明的浆料组成和制备工艺能够流延出质量较好且均匀性好的陶瓷膜片，满足陶瓷膜片稳定性和易剥离等要求，可用于制备各种片式多层元器件，如多层陶瓷电容器、致动器和传感器等等。

技术特征：

1.一种亚微米陶瓷介质粉体流延浆料，其特征在于，包括：亚微米级陶瓷粉体、分散剂、粘结剂、增塑剂和有机溶剂；

2.根据权利要求1所述的亚微米陶瓷介质粉体流延浆料，其特征在于，所述亚微米级陶瓷粉体的粒径为：激光粒度分布仪测试的d50在0.2～0.8μm，扫描电子显微镜测试统计的平均粒径在0.1～0.6μm；所述亚微米级陶瓷粉体的含水率在0.5wt％以下。

3.根据权利要求1或2所述的亚微米陶瓷介质粉体流延浆料，其特征在于，所述有机溶剂由乙酸乙酯和乙醇组成；其中乙酸乙酯和乙醇的质量比为2～3；

4.根据权利要求1-3中任一项所述的亚微米陶瓷介质粉体流延浆料，其特征在于，所述分散剂为聚羧酸铵盐；优选，所述分散剂选自akm-0531或sc-0505k；

5.根据权利要求1-4中任一项所述的亚微米陶瓷介质粉体流延浆料，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，分子量在40000～120000之间，优选bm-2、b-98或者b76中的至少一种；

6.根据权利要求1-5中任一项所述的亚微米陶瓷介质粉体流延浆料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯dop，化学纯；所述增塑剂和亚微米级陶瓷粉体的质量比为2％～4.5％。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的亚微米陶瓷介质粉体流延浆料，其特征在于，所述粘结剂和增塑剂的质量比为1.6～2.6。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的亚微米陶瓷介质粉体流延浆料，其特征在于，当扫描电镜测试亚微米级陶瓷粉体的平均粒径在0.1～0.3μm时，所述粘结剂占陶瓷粉体的质量在5％～8％；

9.一种权利要求1所述的亚微米陶瓷介质粉体流延浆料的方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，其中部分有机溶剂和另一部分有机溶剂的质量比为(30～70％)：(70～30％)，优选为50％：50％；

11.一种流延膜带的制备方法，其特征在于，将权利要求1-8中任一项所述的亚微米陶瓷介质粉体流延浆料经流延成型制备得到所述流延膜带；优选地，所述流延成型的参数包括：刮刀的高度为40～120μm，刮刀速度为0.5～2.0cm/s。

12.一种流延膜带，其特征在于，根据权利要求11所述的制备方法制备得到；所述流延膜带的膜片厚度为3～25μm。

技术总结
本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种亚微米陶瓷介质粉体流延浆料及其制备方法和应用。为了匹配不同种类、不同粒径的陶瓷粉体和制备不同厚度的薄层介质膜片，本发明提供了一种亚微米陶瓷介质粉体流延浆料，包括：亚微米级陶瓷粉体、分散剂、粘结剂、增塑剂和有机溶剂。本发明设计的流延浆料组成，能够匹配不同种类、不同粒径的亚微米级陶瓷粉体，根据需求制备不同粘度的流延浆料。

技术研发人员：周斌,户毅锋,路宇,陈学锋,闫世光,王根水
受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/9