專利名稱：一種孔洞化結(jié)構(gòu)材料及其制法的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種電容器材料及其制法，尤其是一種孔洞化結(jié)構(gòu)材料及其制法背景技術(shù)陶瓷電容為電容器的一種，屬于被動組件。它是以陶瓷當電介質(zhì)，在圓形陶瓷片兩面電鍍一層金屬薄膜而成。可依其陶瓷的種類而分成低電介質(zhì)常數(shù)型、高電介質(zhì)常數(shù)型和半導體型三種。低電介質(zhì)常數(shù)型是使用氧化鈦系的陶瓷作為電介質(zhì)；高電介質(zhì)常數(shù)型是使用鈦酸鋇系的陶瓷作為介電質(zhì)；半導體陶瓷電容是以在鈦酸鋇內(nèi)添加不純物的陶瓷作為介電質(zhì)。另一種區(qū)分方式，則是將陶瓷電容分成單層型陶瓷電容與積層型陶瓷電容(MLCC)兩種。陶瓷電容的特點在于介電系數(shù)高，絕緣度好，溫度特性佳，可做成小尺寸產(chǎn)品，適合用在移動電話等通訊產(chǎn)品，以及筆記本電腦等輕薄短小產(chǎn)品中。陶瓷積層電容的電容量與產(chǎn)品表面積大小及陶瓷薄膜堆疊層數(shù)成正比。
近年來，隨著陶瓷薄膜堆疊技術(shù)的進步，電容值含量也越來越高，逐漸可以取代中低電容值的電容器(如電解電容器和鉭質(zhì)電容器的市場應用)，加上陶瓷積層電容器可以透過SMT直接黏著，生產(chǎn)速度比電解電容和鈀質(zhì)電容更快，因此陶瓷基層電容的市場發(fā)展越來越受重視，是發(fā)展相當快速的電容器產(chǎn)品。然而MLCC主要原料來自鈀金屬，由于鈀金屬僅產(chǎn)于蘇俄，所以鈀金的價格一向與蘇俄動向息息目關。因此MTCC每增加一層疊層就必須涂上一層內(nèi)電極，疊層數(shù)越多就造成鈀金屬使用量的遽增，而由于鈀金屬為稀有貴金屬，價格一直相當昂貴，使得高電極成本成了量產(chǎn)高層數(shù)積層電容的一大障礙。
近年來便攜式通訊用或信息用消費性電子產(chǎn)品的終端系統(tǒng)功能越來越強，意味著相關產(chǎn)品的電路密度越來越高，同時藉由使用頻率的提高來加快IC邏輯數(shù)字處理速度。目前產(chǎn)業(yè)界所使用的高頻電容器多數(shù)為小尺寸0402、0201產(chǎn)品，而國內(nèi)積層陶瓷電容制造廠對小尺寸的制造工藝尚未完備，故相關的組件皆仰賴國外進口。隨著科技的發(fā)展，高科技產(chǎn)品所需要的材料如何更符合需要也令業(yè)者頭痛萬分。且由于陶瓷材料一般潛在的缺點是韌性低、強度不高、可靠度不佳；自1986年日本大阪大學教授新原皓一提出多項奈米(NanO-meter)復合材料之概念，將次微米的顆粒相均勻分散于基材中，藉由微結(jié)構(gòu)的改良，而明顯地強化基材，使之具有特異的機械性質(zhì)，且提升了陶瓷材料的可靠度。而奈米陶瓷復合材料之特點系為顆粒細小、分布均勻，但因細微顆粒極易受凡得瓦力及其它作用力的影響而結(jié)團，分散格外困難，且易造成晶粒的過度成長。因此，在調(diào)制復合漿體階段，選擇能夠與第二相化合物組合的陶瓷基底材料，以及使用適合之分散狀況非常重要。
又有一種含鹽酸之Semicarbazide作為分散劑之氧化鋁粉末水膠態(tài)分散液。氧化鋁在精密陶瓷的制造上一直占有非常重要的地位，尤其電子產(chǎn)業(yè)中的基板，以及各種高強度耐磨物品均朝著使用高純度(＞99％)氧化鋁之方向發(fā)展。此等精密陶瓷物品的制法基本上包含將可燒結(jié)的高純度氧化鋁粉體成形為一具特定形狀的陶瓷坯體，再將坯體燒結(jié)成一陶瓷物品。近來的研究發(fā)現(xiàn)，利用膠體制作法(Colloidal Processing)是提高氧化鋁陶瓷體強度的有效方法，而且可以利用注漿成形(Slip Casting)或是高壓注漿成形(Pressure Castins)作成形狀復雜的陶瓷坯體，其中使用粒度分布均勻、無明顯聚結(jié)(Aggl omerated)如次微米(Sub-Micrometer)氧化鋁粉末來制成一分散液，再經(jīng)過一成形步驟制成一坯體，該坯體經(jīng)適度干燥后再被燒結(jié)出一微結(jié)構(gòu)均勻并具有數(shù)微米大小之晶粒的陶瓷體，因而提升其機械強度。一般常用的分散劑主要可分成兩類，第一類主要使氧化鋁顆粒在溶液中形成表面電荷而造成庫侖斥力；另第一類是藉由高分子的吸附而產(chǎn)生立體阻礙(Steric Hindrance)，來達到分散穩(wěn)定的效果。高表面積的氧化鋁粉末置于強酸或強堿的溶媒中，經(jīng)研磨后溶液會變成弱酸或弱堿，即為一般高表面積的氧化鋁特性。而在中性溶媒中，次微米氧化鋁顆粒表面易形成氫鍵架橋作用，因此漿料會形成類似凝膠(Gel)，大量氣泡因粘度過高，無法順利浮出漿料表面。因此最常用的分散法是藉由陶瓷漿液PH值的調(diào)整來實現(xiàn)，例如臺灣專利申請案第79100101號(公告第147864號)，但對高表面積的氧化鋁效果并不理想。選擇高分子作為分散劑時，其在氧化鋁顆粒表面的吸附、分解或是提高漿體黏度等行為非常復雜，尤其是分子量高的高分子分散劑，因此對燒結(jié)陶瓷物品的影響深遠。
如前所述，現(xiàn)用陶瓷電容材料于燒結(jié)后多數(shù)要求粉體間能夠有最密堆積的結(jié)構(gòu)，以提高電容器的電氣特性。同時積層陶瓷電容器所使用的內(nèi)電極銀/鈀膠約占產(chǎn)品成本的30％左右，高材料成本低產(chǎn)品價格的電容器不是一般企業(yè)能夠接受的。然而若能將孔洞化結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，利用直接沖模成形，同時借由空氣媒介(孔洞單晶結(jié)構(gòu))來提供高頻條件，以最簡易的生產(chǎn)工藝制作高附加價值的產(chǎn)品，相信是未來從事材料研究者需要突破的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有良好電特性的孔洞化結(jié)構(gòu)材料。
提供一種利用低成本原料和簡單生產(chǎn)工藝制作孔洞化結(jié)構(gòu)材料的方法。
為達到此目的所采取的技術(shù)方案是一種孔洞化結(jié)構(gòu)材料，其形狀為具有孔洞化結(jié)構(gòu)的固體。
一種孔洞化結(jié)構(gòu)材料的制作方法，包括以下步驟(1)、調(diào)漿將介電陶瓷材料與乙醇和甲苯這二種有機溶劑及分散劑混合并調(diào)配成均勻的漿料，其中分散劑的含量為介電陶瓷材料的1.2-2.2％，乙醇與甲苯的配比為2∶3，漿料的黏度為5-10cp。
(2)、制粉粒將漿料經(jīng)磨球研磨攪拌后，制成0.1-0.14μm的次微米粉粒。
(3)、制備黏結(jié)劑將聚乙烯醇與水混合后調(diào)配成黏結(jié)劑，其聚乙烯醇的含量為3-5％。
(4)、添加黏結(jié)劑按1∶0.8-1.2的比例將次微米粉粒與黏結(jié)劑混合，經(jīng)攪拌均勻后，生成乳狀膠體。
(5)、干燥將乳狀膠體烘干成塊狀固體，制成孔洞化結(jié)構(gòu)材料。
磨球中混合有3-30mm不同粒徑的磨球。
本發(fā)明的有益效果是1、該孔洞化結(jié)構(gòu)材料具有良好的電特性，并可利用低成本原料和簡單生產(chǎn)工藝來制得。
2、由于用磨球研磨攪拌漿料時，采用的是不同粒經(jīng)的磨球，并且是以低速研磨的方式實施，可有效縮短漿料的研磨時間。
3、由孔洞化結(jié)構(gòu)材料經(jīng)燒結(jié)制作的孔洞化單晶高頻電容器，可借助空氣媒介提高其高頻特性，并且具有良好的韌性和較強的機械強度。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細地描述。
圖1為本發(fā)明液-液相變化圖。
圖2為本發(fā)明研磨時間對粒徑關系圖。
圖3為本發(fā)明粒徑均勻分散模擬圖。
圖4為本發(fā)明粒徑不均勻分散模擬圖。
具體實施例方式
以下通過一優(yōu)選實施例進一步驗證本發(fā)明一種孔洞化結(jié)構(gòu)材料，其形狀為具有孔洞化結(jié)構(gòu)的固體。
一種孔洞化結(jié)構(gòu)材料，由以下方法制得(1)、調(diào)漿取介電陶瓷材料(Dielectric Ceramics)137.87g、乙醇(EtoH)25.06g、甲苯(Toluene)37.06g及分散劑(BYK-111)2.76g混合并調(diào)配成均勻的漿料，其中分散劑的BYK是德國公司名稱，型號為111，它的成份是一種含酸性基團的共聚體，酸值為129mg/KOHg，密度為1.16g/ml，BYK-111是一種市售產(chǎn)品，它的配用量相當于介電陶瓷材料的2.0％，漿料的黏度控制在7-10cp，以確保均勻分散。
(2)、制粉粒在漿料放入Φ＝3mm∶10mm∶30mm，比例為5∶3∶2的氧化鋯球，低速研磨攪拌12小時，使粉粒粒徑達到0.10～0.14μm，采用混合有上述三種不同粒徑的氧化鋯球?qū)Ψ哿＿M行低速研磨，較現(xiàn)用方法可節(jié)省1/2以上研磨時間，參見圖2。除可采用氧化鋯球外，還可以采用氧化鋁磨球等。
(3)、黏結(jié)劑制備取聚乙烯醇(PVA)0.4g加入9.6g中，攪拌均勻。
(4)、添加黏結(jié)劑取制粉粒步驟中所制的粉粒5g，粒徑為0.13μm，加入5g黏結(jié)劑，黏結(jié)劑中聚乙烯醇(PVA)的含量為4％，激烈攪拌，直到生成乳狀膠體。
(5)、干燥將乳狀膠體烘干成塊狀固體，即制成孔洞化結(jié)構(gòu)材料。
關于孔洞化結(jié)構(gòu)材料的微觀化學變化，即液—液相變化(liquid-liquid phase transformation)
如圖1所示，本發(fā)明利用有機系漿料內(nèi)既有的兩種有機溶劑—甲苯、乙醇，與親水系高分子黏結(jié)劑混合后，乙醇與水可完成混合，但是甲苯與親水官能基會相互排斥。利用甲苯—親水官能基不互溶的特性加以攪拌，刻意調(diào)配成乳狀膠體漿料，進而將陶瓷粉末膠聯(lián)于乳膠中。如圖2、圖3所示，乳狀膠體中大粒徑粉末因為凡得瓦爾力較大立刻聚集，小粒徑則填補在大粒徑粉團外圍，同時高分子黏結(jié)劑與無機材料形成穩(wěn)定的共價鍵，圖3、圖4為粒徑分散模擬圖，其中圖3表示均勻分散，圖4表示制成乳狀膠體后所產(chǎn)生的不均勻分散。如此，即可使陶瓷燒結(jié)后制造出自然而均勻的空間，形成孔洞單晶結(jié)構(gòu)。
關于孔洞化結(jié)構(gòu)材料的物理變化為使粉體間有如上述的結(jié)果，必須有不同粒徑的陶瓷粉粒混合。采用小粒徑粉粒以次微米級(如0.13μm)即可，若粒徑采用奈米級，燒結(jié)時會使部份成分飛散，影響產(chǎn)品電氣特性。同時為考慮電子陶瓷其它特性問題，如注意燒結(jié)時的升溫條件，才能得到較佳的效果。
可利用本發(fā)明的孔洞化結(jié)構(gòu)材料來制造孔洞化單晶高頻電容器，藉該介電陶瓷的孔洞化單晶結(jié)構(gòu)，通過空氣媒介，提高電容器的高頻特性，而且機械強度強、精度高。
權(quán)利要求
1.一種孔洞化結(jié)構(gòu)材料，形狀為固體，其特征在于該固體為孔洞化結(jié)構(gòu)。
2.一種孔洞化結(jié)構(gòu)材料的制作方法，其特征在于包括以下步驟(1)、調(diào)漿將介電陶瓷材料與乙醇和甲苯這二種有機溶劑及分散劑混合并調(diào)配成均勻的漿料，其中分散劑的含量為介電陶瓷材料的1.2-2.2％，乙醇與甲苯的配比為2∶3，漿料的黏度為5-10cp；(2)、制粉粒將漿料經(jīng)磨球研磨攪拌后，制成0.1-0.14μm的次微米粉粒；(3)、制備黏結(jié)劑將聚乙烯醇與水混合后調(diào)配成黏結(jié)劑，其聚乙烯醇的含量為3-5％；(4)、添加黏結(jié)劑按1∶0.8-1.2的比例將次微米粉粒與黏結(jié)劑混合，經(jīng)攪拌均勻后，生成乳狀膠體；(5)、干燥將乳狀膠體烘干成塊狀固體，制成孔洞化結(jié)構(gòu)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的孔洞化結(jié)構(gòu)材料的制作方法，其特征在于所述的磨球中混合有3-30mm不同粒徑的磨球。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種孔洞化結(jié)構(gòu)材料及其制法，其利用微觀化學液相變化原理，以乳狀膠體漿料不均勻分散，形成次微米陶瓷粉粒的微胞結(jié)構(gòu)，成為中空結(jié)晶體的孔洞化結(jié)構(gòu)材料，由該材料制成電容器能借助介電陶瓷的孔洞化單晶結(jié)構(gòu)和空氣媒介提高電容器的高頻特性，其制作方法簡單，成本低。
文檔編號C04B35/00GK1503285SQ0214913
公開日2004年6月9日 申請日期2002年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月21日
發(fā)明者許智偉 申請人:千如電機工業(yè)股份有限公司