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1、分类号 编号烟 台 大 学毕 业 论 文Cu粉电子浆料的制备与测试研究Study on the preparation and characterization of copper powder electronic pastes申请学位： 工学学士 院 系：化学生物理工学院 专 业：化学工程与工艺 姓 名： Cu粉电子浆料的制备与测试研究 2011 年 06 月 15日清华大学核能与新能源技术研究院烟台大学毕业论文任务书院（系）：化学生物理工学院姓名学号毕业届别2011专业化学工程与工艺毕业论文题目Cu粉电子浆料的制备与测试研究指导教师学历博士职称教授副研究员所学专业材料科学与工程具体要求(
2、主要内容、基本要求、主要参考资料等)：（1） 研究电子陶瓷电容器电极用Cu浆料中，导电相、玻璃相和有机载体对陶瓷电容器介电性能的影响。（2） 通过研究不同组成的Cu浆及不同烧结工艺下制备的Cu电极对陶瓷电容器的介电性能的优劣对比，得出最佳Ag包Cu粉浆料组成和最佳烧结工艺。进度安排：（1）2011.3.10-2011.4.10 文献调研和开题报告（2）2011.4.10-2011.6.8实验及数据处理和中期报告（3）2011.6.9-2011.6.14 撰写论文（4）2011.6.15 论文答辩指导教师（签字）： 年 月 日院（系）意见： 教学院长（主任）（签字）： 年 月 日备注：摘要 本文
3、采用丝网印刷的方法，把电极浆料涂覆到钛酸钡陶瓷基体上。通过烧结保温制备陶瓷电容片。利用HF2810B型LCR数字电路对所获得钛酸钡陶瓷电容片的介电损耗和介电常数进行了测量。研究并分析了浆料组成和烧结工艺对其介电性能的影响。 实验结果表明，增加导电相的比例到71%可以有效降低钛酸钡陶瓷电容片的介电损耗；当导电相中片状颗粒与球状颗粒在1:1时，介电损耗最低；随着氮气流量的增加，对降低损耗有利，但是继续增加效果就不明显了；在导电相中添加钨和锌，对Ag包Cu粉电极的介电性能提高几乎没什么帮助；在烧结过程中，压着一层氧化铝板进行烧结可以明显的提高介电性能；高纯氮的使用可以降低Cu粉的氧化，使介电损耗有明
4、显的降低。关键词：Cu粉；浆料；电极；介电性能Abstract：In this paper, using screen printing method, different kinds of electronic pastes were coated on the BaTiO3 dielectrics and sintered as the electrodes of ceramic capacitor. The dielectric constant and the dielectric loss of the prepared capacitors were measured by the
5、 LCR meter. The influences of paste compositions and sintering processing parameters on the dielectric properties have been investigated. The experimental results show that the increase of the proportion of conductive phase up to 71% can effectively reduce the dielectric loss of BaTiO3 ceramic capac
6、itors. In addition, when the weight ratio of sheet-shape particles and spherical particles in the conducting phase is 1:1, the capacitors have the minimum value of dielectric loss. Moreover, with the increase of nitrogen flow, the dielectric loss decreased. But there is no obvious improvement at hig
7、h nitrogen concentration. It was also found that there is no improvement in the dielectric properties by adding tungsten and zinc elements to the paste composition. Furthermore, the application of a layer of aluminum oxide pressure on the ceramics in the sintering can significantly improve the diele
8、ctric properties. Finally, the use of high purity nitrogen can reduce the oxidation of copper powder thus decrease the dielectric loss.Key words：copper powder; electronic paste; electrode; dielectric property 目 录1 绪论11.1 引言11.2 基本概念11.2.1 介电损耗11.2.2 电容21.2.3 介电常数21.3 常见的电子浆料41.3.1 Ag浆41.3.2 Au浆料41.3
9、.3 Pt族浆料41.3.4 Ni浆料41.3.5 Cu浆料51.4 电子浆料主要成分及作用51.4.1 导电相51.4.2 玻璃相61.4.3 有机载体61.5 研究目的和意义71.5.1 研究目的71.5.2 研究意义72 实验材料与实验方法82.1 实验材料82.2 主要样品组成及作用82.2.1 钛酸钡陶瓷基体82.2.2 导电相92.2.2.1 Ag粉92.2.2.2 Ag包Cu粉92.2.3 玻璃92.2.4 有机载体102.3 实验设计102.3.1 Ag粉浆料的实验方案102.3.2 Cu粉浆料的实验方案122.4 工艺流程133 实验数据处理与分析143.1 Ag浆各组成成分
10、对性能的影响143.1.1 各种玻璃最佳烧结温度的确定143.1.2 不同玻璃对性能的影响153.1.3 不同有机载体对性能的影响163.1.4 导电相中不同成分比例对性能的影响173.2 Ag包Cu浆料组成成分对性能的影响183.2.1 不同玻璃相对介电性能的影响183.2.2 不同有机载体对性能的影响203.2.3 导电相组成及比例对性能的影响213.2.4 其它添加相对性能的影响223.3 Ag包Cu浆料烧结工艺对性能的影响233.3.1 烧结时压板与否对电极性能的影响233.3.2 不同氮气流量对性能的影响243.3.3 普氮与高纯氮对性能的影响243.4 实验最优结果与已工业化浆料对
11、比253.4.1 Ag浆的对比253.4.2 Cu浆的对比26结论27致谢28参考文献291 绪论1.1 引言随着电子工业的发展，对电容器等电子元件的需求量逐年增加，进而作为电容器电极的导电Ag浆需求量也逐年增大。金属Ag作为导电Ag浆的主要原料，在浆料中的含量超过50%，随着导电Ag浆的需求量不断增加，对Ag的需求也不断增加。但是从2006年以来，尤其是近半年，国际原材料价格快速增长，贵金属价格原材料更是快速增长。Ag价现在达到了7500-7800元/千克。随着Ag的价格的不断上涨，作为陶瓷电容器主要金属原料的导电Ag浆的价格也不断上涨。而电子产品的价格又不断走低。这严重限制了电子工业的发展
12、。Cu的电导率仅次于Ag，而它的价格却相对低廉得多。以Ag粉为导电相制备的导电Ag浆在直流电压的作用下易发生Ag的迁移现象，导致短路；而Cu粉在制备及应用过程中易被氧化，使导电浆料的导电性能减弱。这在很大程度上限制了Ag、Cu粉的应用。对Cu粉表面镀Ag既可解决Ag的迁移问题, 又可提高Cu粉的抗氧化性能，文献1指出，当Ag包Cu粉中，Ag的比重占到5%-18%时，与普通Cu粉相比，氧化温度可以提高40-140，具有良好的抗氧化性。因而Ag包Cu粉被视为导电浆料理想的导电相, 具有广阔的应用前景。本论文的研究目的在于研制一种以Ag包Cu粉作为导电相的电子浆料，使电子浆料的导电性能达到陶瓷电容器
13、用电子浆料的基本性能要求。本论文的研究方向是通过改变玻璃相和有机载体的组成及各部分的比例，对它们的性能进行比较，在其中找出性能最佳者作为导电浆料的组成和比例。1.2 基本概念1.2.1 介电损耗陶瓷介质在电导和极化过程中有能量损耗，一部分电场能转变为热能。单位时间内消耗的电能叫介电损耗。在直流下，介电损耗仅由电导引起，电导率就表示介电损耗的大小。单位体积的介电损耗 p=E2 (1-1) 即电场强度一定时，介电损耗与电导率成正比。在交流下，电导和极化共同引起介电损耗。介电损耗是表示绝缘材料质量的指标之一，是绝缘材料在电压作用下所引起的能量损耗。介电损耗愈小，绝缘材料的质量愈好，绝缘性能也愈好。通
14、常用介电损耗角正切衡量。介电损耗角正切是表征电介质材料在施加电场后介电损耗大小的物理量，以tan来表示，是介电损耗角。tan的具体意义是有耗电容器每周期消耗的电能与其所储电能的比值。tan的大小能反映介电材料的介电性能，也是衡量材料适合做电容器与否的关键因素。介质的tan对湿度很敏感。受潮的试样tan急剧增大。试样吸潮越严重 tan增大越厉害，工艺上常利用此性质判断瓷体烧结的好坏。介电损耗对化学组成、相组成、结构等因素很敏感，凡是影响电导和极化的因素都影响介电损耗2。介电损耗主要由电导损耗、极化损耗、电离损耗和电介质不均匀损耗组成。电导损耗由电介质中的漏导电流引起，只有在极低频时才会产生。极化
15、损耗是由电介质的各种缓慢极化引起的。中性和结构紧密性的粒子介质的损耗很小，极性介质和强极性介质的极化损耗较大。电离损耗是气体放电时的放电过程引起的。气体的电离使电容器的介电损耗随电压的增大而增大。介质均匀性较差的材料损耗也较高3。影响介电材料损耗的因素很多，如材料本身的极化能力、介电性能、材料的加工工艺和环境都会影响材料的损耗，对于高损耗的介质可以引入低损耗的氧化物来降低损耗。1.2.2 电容电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。电容器从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质（就像一只水桶一样，你可以把电荷充存进去，在没有放电回
16、路的情况下，刨除介质漏电自放电效应，电荷会永久存在，这是它的特征），它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。 电容的符号是C。 C=S/h=S/4kd(真空)=Q/U （1-2）在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(uF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等，他们之间的换算关系是：1法拉(F)= 1000毫法(mF)=1000000微法(F) 1微法(F)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。 电容与电池容量的关系: 1伏安时=25法拉=36
17、00焦耳 1法拉=144焦耳1.2.3 介电常数介电常数是衡量电介质极化行为或该电介质储存电荷能力的重要参数，又称介电系数或电容率，它的大小反映材料的极化难易和储能能力。由于影响介电常数的的因素比较复杂，因此一般我们用实验的方法来求得介电常数，由式(1-2)得： （1-3）需要指出的是，介电常数有两种表示方法，第一种就是绝对介电常数即通过式（1-3）计算得到的，由于绝对介电常数相对很小，因此这种表示方法不经常使用。另一种表示方法就是相对介电常数，如式（1-4） （1-4）介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为相对介电常数(permittivity
18、),以r表示。由（1-2）、（1-3）和（1-4）联立得： (1-5)又 （1-6）所以又可以得到公式： （1-7）由式子（1-7）可知，要测量在本论文所做的实验中电容片的介电常数，只需要测量电容片的电容、厚度和电极直径就可以了。 各种电子陶瓷室温时的介电常数如下:装置瓷、电阻瓷及电真空瓷:212型电容器瓷： 61500型电容器瓷： 20030000型电容器瓷： 7000二十几万压电瓷： 5020000 从以上数据可以看出，电子陶瓷的介电常数的数值范围很大，因材料而异，有不同的使用范围。各种材料介电常数的差异是由于其内部存在不同的极化形式。理论分析和实验研究证实，陶瓷中参与极化的质点只有电子和
19、离子。这两种质点以多种形式参加极化过程。（1）位移式极化它包括电子位移极化和离子位移极化。（2）松弛式极化这是和离子（原子）、分子热运动有关的极化形式，在陶瓷中主要有离子松弛极化和电子松弛极化。（3）界面极化界面极化是和陶瓷体内电荷分布状况有关的极化。陶瓷体内的电荷又称空间电荷或容积电荷。它的形成原因是陶瓷体内存在不均匀性和界面。这种极化建立的时间较长，大约从几秒到几十小时。界面极化只对直流和低频下的介电性质有影响。（4）谐振式极化陶瓷中的电子、离子都处于周期性的振动，其固有频率为10121015Hz，即红外线、可见光和紫外线的频段。当外加电场的频率接近此固有频率时，将发生谐振。电子或离子吸收
20、电场能，使振幅加大呈现极化现象。电子或离子振幅增大后将与其周围质点相互作用，振动能转变成热量，或发生辐射，形成能量损耗。显然这种极化现象仅发生在光频段。（5）自发极化自发极化一般发生在温度低于居里点的铁电材料， 自发极化随着温度的变化有着特别显著的极大值，在这个过程中，产生的能量损耗很大4。1.3 常见的电子浆料电子浆料系列产品在贵金属粉末的使用上，是电子工业中应用最为广泛和用量最大的一种，是生产各种电子元器件产品的基本和关键功能材料。电子浆料产品集冶金、 化工、电子技术、材料于一体，是一种高技术的电子功能材料。 电子浆料经过丝网印刷、流平、烘干、烧结等工艺电子浆料可以在陶瓷基片上固化形成导电
21、膜。可以制成电容器、厚膜集成电路、电阻器等电子元器件。电子浆料以高质量、高效益、技术先进、适用广等特点在信息、电子领域占有重要的地位。广泛应用于航空、航天、电子计算机、通信设备、汽车工业、传感器、高温集成电路、民用电子产品等诸多领域。电子浆料有多种分类方法，按照用途可以分为导体浆料、电阻浆料、介质浆料、磁性浆料5；按照热处理条件可以分为低温（100-300）、中温（300-1000）及高温（1000）烧结浆料，低温浆料又叫导电胶；按照主要材料与性能可以分为贵金属浆料、贱金属浆料。以下简单介绍几种常用的电子浆料。 1.3.1 Ag浆Ag是金属中电导率最高的金属，其电导率v=1.6210-6cm，
22、价格比Au、Pt、Pd等其它贵金属低得多。目前在上千中电子浆料中，约80%采用的是各类Ag粉作为主体功能相。Ag粉作为导电相其突出的优点是电导率高，导电能力强。除此之外，Ag还具有抗氧化性好、性能稳定等优点。但是，Ag也存在着一系列的问题，例如价格相对其它金属来说还是比较昂贵，资源相对短缺，而且Ag导体作为厚膜混合电路的导电带、电容器电极及电阻的端接材料时, 会产生Ag+的迁移问题，这样就限制了Ag浆料的应用，只能适用于某些特殊场合，不能大规模的应用。1.3.2 Au浆料含玻璃的Au导体浆料不会出现像Ag浆那样出现的Ag+迁移，而且性能可靠、稳定，但是其附着强度较差，经过多次重烧之后，附着强度
23、还会下降。目前已开发的Au导体浆料除了含玻璃的Au导体浆料外，还有加入CuO等氧化物的无玻璃Au导体浆料以及同时含有玻璃和氧化物的Au导体浆料。Au导体浆料可以应用于多层布线导体、微波混合集成电路、与薄膜技术相配合的电路以及大功率晶体管芯片和引线框架的压焊等方面。1.3.3 Pt族浆料这类电阻浆料主要用铂(Pt)、铱( Ir)、钌(Ru)等贵金属作电阻材料, 其中厚膜铂电阻主要用于测温元件。厚膜铂电阻温度计是在20 世纪70 年代开始研制的, 现在国际市场上, 已作为商品出售。现在的厚膜铂测温元件对热存放的稳定性和抗温度冲击的稳定性都很好。Pt电阻浆料功能相的主要成份是纯度为99.95%、颗粒
24、度0.5um的微细Pt粉。1.3.4 Ni浆料金属Ni具有良好的导电性、化学稳定性和可焊性。用纳米Ni粉为主导电相制成的Ni导电浆料丝网印刷性能良好。因此N i导电浆料是一种比较理想的厚膜导电浆料。但是要注意的是要保证Ni金属微粒表面在高温灼烧的条件下不被氧化。Ni粉在浆料中含量很高, 它是决定电极性能的主要因素6。Ni粉经高温熔结形成金属网络结构, 但与陶瓷基片的结合强度较低, 只有靠玻璃粘结。一般地, 玻璃粉的含量很低, 其流变性很好, 在电极烧结温度下, 流变性很好的玻璃能流过金属网的细小空隙, 使金属网牢固地附着在基片上。有些Ni浆必须在低含氧量烧结气氛中烧成, 烧结工艺复杂,对设备要
25、求高7。 1.3.5 Cu浆料 Cu不会像Ag+那样发生迁移，其价格却远远低于Ag的价格。而且Cu金属有着比Au更为优良的高频特性和导电性，Cu的导电性在所有的金属中仅次于Ag，其电导率v=1.710-6cm,由于Cu有这方面的特性，它被广泛应用于导电涂料、电极材料、催化剂等领域。但是超细Cu粉的化学性质相当活泼，很容易发生氧化，在Cu的表面容易生成绝缘的Cu2O和CuO薄膜，而且Cu粉的粒度越小，其比表面积就越大，氧化生成绝缘的Cu2O和CuO的速率就越大，这给Cu粉的大规模的应用带来了困难。目前，已经开发出的Cu电极浆料主要有以下三种：（1） 含玻璃的Cu电极浆料。（2） 加入氧化物的无玻
26、璃的Cu电极浆料。（3） 同时添加玻璃和氧化物的Cu电极浆料8 。在制备Cu浆料时，主要考虑的就是Cu可能会在高温灼烧下发生氧化。目前Cu粉的抗氧化处理主要从以下几个方面进行。（1） Cu粉表面进行镀Ag处理；（2） 在Cu浆中加入还原剂进行保护；（3） Cu粉的有机磷化合物处理。偶联剂处理等；（4） 还可以在Cu粉外面包覆一层SiO2-Al系薄膜，起到抗氧化作用在所有的抗氧化处理中，第一种是最常用的，因为它结合了Cu和Ag的优点，使浆料成本降下来的同时，介电性能也能很好的达到要求。1.4 电子浆料主要成分及作用电子浆料主要有三部分组成，分别是导电相、玻璃相和有机载体。导电相，顾名思义，起着导
27、电的作用，但是它与陶瓷基体的结合不是很牢固。必须在一定的烧结温度下，使玻璃相融化，玻璃的流变性变好以后就能够流过金属网的微小孔隙，从而把导电相与陶瓷基体牢牢的结合起来。有机载体主要控制浆料的流变特性，调节浆料的粘稠度，使导电相和玻璃相很好的分散开来。在烧结的过程中，有机载体就会全部蒸发。1.4.1 导电相电子浆料用的导电相通常以球状、片状或纤维状分散于基体上，构成导电通路。导电相决定了电子浆料的电性能，并且影响着固化膜的物理和机械性能。导电相的粒径大小、形状以及在电子浆料中所占比重都对电子浆料的电性能有很大的影响。在Ag包Cu粉系列电子浆料中，Ag包Cu粉的电阻率随Cu粉粒径的增大而减小。当导
28、电相中的Cu未被Ag包覆完全而发生氧化时，对介电性能的影响也是很大的。所以在Ag包Cu粉浆料中，应该尽量提高Cu的包覆率。可以通过适当提高Ag粉的含量或是在包覆时尽量混合均匀。再者Cu粉和Ag粉的粒径大小及形状也对包覆产生影响。一般来说采用细片状Cu粉的包覆性能比较好。研究表明，对细片状Cu粉进行3次化学镀Ag, 得到的镀AgCu粉表面Ag覆盖率达90%以上,对Cu粉表面起到较好的防氧化保护9。 导电相是电子浆料的关键成分，它的选择对介电性能的影响最为重要。1.4.2 玻璃相玻璃相中的主要作用是在厚膜浆料的烧结过程中连接、拉紧、固定导电相相粒子10。并使整个固化膜层与基片牢固的结合在一起。另外
29、玻璃相对浆料的流变性能也有着一定的影响，可以适当调节浆料的流变性。玻璃相是降低介电损耗的关键因素，它的选取对电子浆料介电性能的影响极其重要。组成玻璃相的原材料在玻璃相中主要有三大作用。一是构成了玻璃的基本骨架；二是调节玻璃的物理和化学性能；三是改进玻璃的性能，例如降低玻璃的熔炼温度。在玻璃相中添加TiO2可以改善印刷性能。此外介电损耗会随着TiO2的增加先降低后略有增加11。玻璃中的Bi2O3的主要作用是助熔，用来降低浆料的烧渗温度，有增强导电相与瓷体表面的附着力，但是会提高浆料的电阻，降低可焊性。Bi2O3的熔点约800。Bi2O3能显著降低玻璃的黏度，增大玻璃的密度12。玻璃中ZnO的加入
30、可以降低软化点，并适当调整热膨胀系数。由于熔结过程中可以作为有效的助烧剂，它可以聚集在晶界处，促以降低介质损耗，介电常数随ZnO摩尔分数的增加而减小，这是由于ZnO在烧结过程中形成液相，并最终形成玻璃相聚集在晶界，而ZnO摩尔分数的上升必然使介电常数较低的玻璃相增多，因而介电常数随之下降13。1.4.3 有机载体有机载体是溶解于有机溶剂的聚合物溶液。有机载体是导电相和玻璃相微粒的运载体，起着控制浆料的流变特性，调节浆料的粘稠度，使固体形态的导电相、玻璃相和其他作用的固体微粒混合物分散成具有流体特性的浆料的作用。以便于转印到瓷片上，形成所需要的电极。有机载体主要由有机溶剂和增稠剂组成。有机溶剂主
31、要松节油、松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯。含量约占整个有机载体的91%95%。若采用单一溶剂，其在浆料干燥过程中挥发性不能调节，或挥发量过大，浆料的稳定性下降；或挥发量过小，导致浆料的干燥时间过长，因此一般采用混合溶剂的方法来调整有机载体的挥发特性。常用的增稠剂主要是乙基纤维素，经过多次实验，当乙基纤维素的质量分数为5%时，所配制的电子浆料黏度比较合适。有时为了改良有机载体的其他一些性能可以在其中加入一些表面活性剂、流平剂、消泡剂等。对于有机载体中添加的各种成分，由文献14得：(1) 有机载体中增稠剂含量越多，电子浆料的电阻率越大。但增稠剂含量太少，粘度随之降低，触变性变差，其印刷
32、图形不易固定。一般乙基纤维素的含量在6%左右为宜。(2) 有机载体中加入白炭黑和甘油均会引起电阻值的增大。(3) 有机载体中加入司班-85对电子浆料的流平性很有益处，并对浆料的电阻率几乎没有什么影响，是一种良好的表面活性剂。(4) 载体中加入氢化蓖麻油，其粘度增大，印刷时触变性好，并抑制浆料的二次流动，印刷图案边缘整齐。(5) 1,4-丁内酯的加入可以改善浆料的流变性及流平性。在高温下，有机载体将逐步挥发和燃烧，最后全部除尽。电子浆料中导电相的含量是不同的，因此调浆时有机载体的消耗也是不同的。另外粉末粒度、比表面积、以及玻璃含量的不同，有机载体润湿粉末的差别，都使载体的消耗量发生变化。因此有机
33、载体的含量要随情况而定，但是一般在30%左右。1.5 研究目的和意义1.5.1 研究目的本课题根据电子浆料的导电原理，研究Ag包Cu粉电子浆料各个组分中的成分含量，讨论电子浆料中玻璃相和有机载体对钛酸钡陶瓷电容片性能的影响，目的是找到具备优良性能的Ag包Cu粉电子浆料的组成及比例；同时本课题还研究了Ag电子浆料各个组分中的成分含量，以及各Ag电子浆料的烧结工艺和烧结条件，目的是在不用氮气气氛炉的情况下就摸索出对电子浆料适宜的玻璃相和有机载体以及它们的最佳烧结温度。本课题的最终目的是能够研制出一种新的价格低廉、性能优良且稳定的Ag包Cu粉电子浆料，以应对Ag的价格不断上涨而引起的Ag浆价格的上涨
34、。1.5.2 研究意义随着近年来Ag价的不断攀升，Ag包Cu粉浆料的研究变得越来越紧迫，其中浆料的组成和烧结工艺对介电性能的影响最大。本研究通过改变浆料组成和烧结工艺，初步得出了有利于介电性能提高的浆料组成和烧结工艺。这对以后的研究工作具有很好的参考价值。本课题最终要研制的Ag包Cu粉电子浆料，可以降低电子浆料的成本，从而使电子工业的发展不再受到高成本的限制，促进电子工业的发展。2 实验材料与实验方法2.1 实验材料实验中使用到的药品试剂如表2-1所示表2-1实验药品及试剂原料生产厂家规格BaTiO3基体聊城新华益电子有限公司f85150Ag粉深圳东大来公司3-5um片状，3-5um，球状19
35、um，片状19um，球状Zn粉北京市平谷双燕化工厂90%玻璃粉北京玻璃研究院W粉国药化学试剂有限公司99.8%松节油上海阿拉丁试剂有限公司99.5%丁基卡必醇乙酸酯上海阿拉丁试剂有限公司99.7%Ag包Cu粉深圳东大来公司3-5um，球状，Ag含量30%19um，片状，Ag含量20%松油醇上海阿拉丁试剂有限公司CP乙基纤维素上海阿拉丁试剂有限公司邻苯二甲酸二丁酯上海阿拉丁试剂有限公司CP吐温上海阿拉丁试剂有限公司添加剂D-3021上海阿拉丁试剂有限公司CP无水乙醇北京化工厂99.7%实验中使用的仪器如表2-2所示表2-2 实验仪器仪器名称生产厂家备注AUY120分析天平岛津制作所精度0.000
36、1超声波清洗机洁康超声波清洗机有限公司超声清洗箱式电阻炉上海中一电炉公司烧制电极250型自动调控加热平台合肥科晶材料技术有限公司烘干HP4284 precision LCR meterHewlett Packard电阻开启式真空/气氛管式炉天津中环实验电炉有限公司烧结HF2810B型LCR数字电路常州惠友电子科技有限公司电容及损耗2.2 主要样品组成及作用2.2.1 钛酸钡陶瓷基体陶瓷电容器的电介质材料主要有四个方面的要求:(1) 介电常数应尽可能的高；(2) 具有尽可能低的介电损耗；(3) 电介质还应该具有高的绝缘电阻值；(4) 要求电介质还具有高的击穿场强；本课题中选用钛酸钡作为电极基体。
37、钛酸钡作为一种典型的铁电体以上要求均能达到，提到铁电体就要提到它的自发极化。对于钛酸钡来说，钛酸钡的自发极化主要是由Ti4+的离子位移极化和氧八面体其中一个O2-的电子位移极化引起的。钛酸钡陶瓷的介电性能与钛酸钡单晶的基本上相似。但是由于陶瓷是多晶结构，存在晶粒和晶界。晶粒的大小和无序取向，晶界中玻璃相及杂质存在，均会直接影响其介电性能15。2.2.2 导电相2.2.2.1 Ag粉本课题选用的Ag粉有四种不同的规格，其形状和粒径如下图所示： 19um片状3-5um球状19um球状3-5um片状四种Ag粉的规格图2.1四种不同Ag粉的规格片状Ag粉和球状Ag粉混合使用，可以使Ag粉排列更不规则，
38、提高其导电性。2.2.2.2 Ag包Cu粉 本课题选用的Ag包Cu粉有两种，一种是粒径为3-5um的球状Ag包Cu粉，其中Ag含量占30%；另一种是粒径为19um的片状Ag包Cu粉，其中Ag含量占20%。2.2.3 玻璃 本课题选用的玻璃主要有四种，分别标记为1#玻璃、2#玻璃、1#自制玻璃和2#自制玻璃。其中1#玻璃和2#玻璃是从北京玻璃研究院购买的，具体成分及比例不是很清楚。但是1#玻璃的元素组成大致有Si、Al、Zn、B、Ca、Ba、Bi、K，膨胀系数为110.其中它的封结温度在84010,烧结温度在700，玻璃化温度是475，固化温度是530。2#玻璃元素大致组成是Si、Al、Zn、B
39、、Ca、Ba不含有Pb、Bi、K等元素。膨胀系数为87.封结温度在750左右。1#自制玻璃和2#自制玻璃的成分及比例列表2-3、表2-4如下： 表2-3 1#自制玻璃的组成及比例1#自制玻璃BaCO3SrCO3CaCO3SiO2H3BO3Al2O3Bi2O3ZrO2分子量：197.34147.63100.0960.0861.83101.96466123.22百分摩尔比：355520.353.4332理论质量/g：47.25205.04993.42378.343822.58802.09269.56411.6860实际称量/g：47.25185.04993.42418.344222.83832.0
40、9299.56451.6865表2-4 2#自制玻璃的组成及比例2#自制玻璃BaCO3SrCO3CaCO3SiO2H3BO3Al2O3Bi2O3分子量：197.34147.63100.0960.0861.83101.96466百分摩尔比：101910255083理论质量/g：15.678822.28567.952211.933524.56216.480611.1072实际称量/g：15.679122.28627.952511.933524.56246.480711.10762.2.4 有机载体 本课题选用的有机载体主要有三种，分别标记为1#有机载体、2#有机载体和3#有机载体。1#有机载体只选
41、用了一种有机溶剂和一种粘稠剂。其组成成分与比例分别列表2-5如下：表2-5 1#有机载体的组成及比例1#有机载体松节油乙基纤维素配比：9552#有机载体采用混合溶剂，并在粘稠剂的基础上添加分散剂，其组成和比例列表2-6如下：表2-6 2#有机载体的组成及比例2#有机载体松油醇丁基卡必醇乙酸酯邻苯二甲酸二丁酯乙基纤维素吐温分散剂D-3021配比：5330105113#有机载体其各项组成和比例列于下表2-7中。 表2-7 3#有机载体的组成及比例3#有机载体松油醇丁基卡必醇乙酸酯邻苯二甲酸二丁酯乙基纤维素添加剂配比：531030522.3 实验设计2.3.1 Ag粉浆料的实验方案 在实验室现有条件
42、的基础上，配制了以下几种不同的Ag浆（其中3片Ag粉的意思是Ag粉的粒径为3um，形状为片状。其它依此类推）列于下表2-8中。表2-8 配制的不同Ag浆组成3#浆料3um，片状19um,片状玻璃粉（1#）有机载体（1#）重量百分比 0.5g 0.5g0.167g0.5g4#浆料3um，片状19um,球状玻璃粉（1#）有机载体（2#）以下同上0.5g 0.5g0.167g0.5g5#浆料3um，片状3um，球状玻璃粉(1#)有机载体(2#) 0.5g0.5g0.167g0.5g6#浆料3um，球状19um,片状玻璃粉（1#）有机载体（2#）0.5g0.5g0.167g0.5g7#浆料3um，球状
43、19um,片状玻璃粉（2#）有机载体（2#)0.5g0.5g0.167g0.5g8#浆料3um，片状3um，球状玻璃粉（1#）有机载体（2#）0.8g0.2g0.167g0.5g9#浆料3um，片状3um，球状玻璃粉（1#）有机载体（2#）0.2g0.8g0.167g0.5g 2.3.2 Cu粉浆料的实验方案Ag包Cu粉浆料的实验方案在实验室现有条件下配制了以下几种不同的Ag包Cu粉浆料列表2-9如下：表2-9配制的不同Ag包Cu粉浆料组成1#Cu浆5um（球状）19um（片状）玻璃相（1#)有机载体（2#)0.5g0.5g0.167g0.5g2#Cu浆5um（球状）19um（片状）玻璃粉（1#）有机载体（2#）Zn粉（500目）0.5g0.5g0.167g0.4167g0.0833g3#Cu浆5um（球状）19um（片状）玻璃粉（1#）有机载体（3#）0.5g0.5g0.167g0.5g4#Cu浆5um（球状）19um（片状）玻璃粉
