DD205426A1

DD205426A1 - Dielektrischer keramischer werkstoff

Info

Publication number: DD205426A1
Application number: DD23403381A
Authority: DD
Inventors: Hans-Juergen Gesemann
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1981-10-13
Filing date: 1981-10-13
Publication date: 1983-12-28

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik und betrifft einen dielektrischen keramischen Werkstoff fuer Keramikkondensatoren und Dickschichtpasten. Ziel der Erfindung ist es, eine Qualitaetsverbesserung und eine Kostensenkung zu erreichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff mit niedriger Sintertemperatur zu entwickeln, der eine hohe Dielektrizitaetskonstante besitzt, dabei einen geringen Gehalt seltener Oxide aufweist und bei dessen Herstellung nur kurze Reaktionszeiten erforderlich sind. Die Aufgabe ist nach der Erfindung mit einem Werkstoff geloest, dessen Grundzusammensetzung innerhalb des Gebietes ABCD der ternaeren Mischung PbTiO tief 3 - Pb(Fe tief 2/3 W tief 1/3)O tief 3-XZO teif 3 (E = Ca, Sr, Ba, Pb;Z = SN, Zr,) liegt. Das Gebiet ist wie folgt abgegrenzt:.

Description

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Dielektrischer keramischer Werkstoff

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/ Elektronik und betrifft einen dielektrischen keramischen Werkstoff, welcher als Dielektrikum für Keramikkondensatoren, vorzugsweise für Keramikvielschichtkondensatoren, und auch als Wirksubstanz für Dickschichtpasten, die zum Drucken von Kondensatoren eingesetzt werden, anwendbar ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Pur die Realisierung von Kondensatoren im Rahmen der Mikroelektronik werden in steigendem Maße dielektrische keramische Werkstoffe mit niedrigen Sintertemperaturen benötigt. Die nied rige Sintertemperatur ist bedeutungsvoll für Einbrennpasten der Dickschichttechnik aber auch für Vielschicht- oder Monolithkondensatoren. Im letzten Falle vor allem für eine Pd-Substitution beim Elektrodenmaterial und für eine vereinfachte Herstellungstechnologie. Niedrig sinternde dielektrische Werkstoffe werden zur Zeit so hergestellt, daß keramische Pulver verschiedener Zusammensetzung in eine Glassubstanz mit niedrigem "Schmelzpunkt eingebettet werden. Mit diesen Glaskeramiken erreicht man DK-Werte von 20 bis 1200 im besten Falle von 2000 wobei¹ mit steigender DK Qualitätsabstriche in Bezug auf Haftbarkeit u.a. erfolgen müssen. Zur Realisierung sehr hoher DK-Werte für große Volumenkapazitäten sind Glaskeramiken nicht verwendbar. Dielektrische Werkstoffe mit niedriger Sintertempe-

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ratur und DK-Werten ab 3000 können nur aus kombinierten Perroelektrika, die im Perowskit-Typ kristallisieren, aufgebaut werden. Teilweise werden auch Antiferroelektrika mit eingesetzt. Die Zahl der möglichen Werkstoffsysteme mit hoher DK ist durch die Forderung nach einer niedrigen Sintertemperatur stark eingeengt. Außerdem besitzen diese Werkstoffe den Nachteil eines hohen Preises durch den Einsatz sehr seltener Oxide (WO- und Oc). Einer dieser bekannten Werkstoffe besteht aus Sr TiO₃-Pb (Mg-j/o^i/?) °3 ^{und komm}t zwar ohne Nioboxid

aus, enthält aber immer noch etwa 18 % WOo und liegt mit der Sintertemperatur von etwa 1000 ⁰C bereits an der oberen Grenee. Die Dielektrizitätskonstante ist nur 4000. Weiterhin sind zur Vorbildung der Verbindungen Reaktionszeiten von 8 Stunden notwendig, was für praktische Zwecke als ungeeignet anzusehen ist. \

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Vorausset-r zungen für die Herstellung eines hochwertigen und kostengünstig herstellbaren dielektrischen keramischen Werkstoffs. _:

Darlegung des Wesens der Erfindung ^:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff mit niedriger Sintertemperatur zu entwickeln, der eine hohe Dielektrizitätskonstante besitzt, dabei einen geringen Gehalt seltener Oxide aufweist und bei dessen Herstellung nur kurze Reaktionszeiten zur Vorbildung der Verbindungen erforderlich sind.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung mit einem dielektrischen keramischen Werkstoff gelöst, dessen Grundzusammensetzung innerhalb des Gebietes ABCD der ternären Mischung

PbTiO₃ - Pb (Fe_2/3W_1/3) O₃ - XZO₃

liegt, wobei X eines oder mehrere der Elemente Ca, Sr, Ba und Pb und Z das oder die Elemente Sn und Zr sind und wobei für

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ABCD folgende Koordinaten im Dreistoffkoordinatensystem fest» liegen:

Ί / O/ Uo XZ O .

	PbTiU₃
A	0,8
B	0,2
C	0,2
D	0,b

0,2 0,8

O,fa 0,2

0,2 0,2

Vorzugsweise liegt die Grundzusamraensetzung des Werkstoffs innerhalb des Gebietes EPGH, wobei folgende Koordinaten die Grenze bilden:

	PbTiO₃	Pb(Fe₂₇₃W₁₇₃) O₃	JCZO₃
E	0,6	0,35	ο,υ5
P	0,35	O.fa	0,0b
G	0,35	0,47	0,18
H	0,47	0,35	0,18

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung enthält der Werkstoff den Curiepunkt abflachende Zusätze in einer Menge bis zu 2 Gew.%, wie z.B. MgO oder Sb₂O₃. Außerdem kann der Werkstoff bis zu 2 Gew.% Dotierungen zur Senkung des Verlustfaktors oder zur Erhöhung der Gleichspannungsfestigkeit enthalten, insbesondere MnO₂, NiO und ZnO. Schließlich können in dem Werkstoff zusätzlich Gläser in einer Menge von 1 bis 15 Mol% enthalten sein.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Aus den Rohstoffen Pb₃O., TiO₂, WO₃, Pe₃O₃, SrCo₃ und SnO₂ wird eine Mischung eingewogen, die folgender Bruttozusammensetzung entspricht:

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50 Mol % Pb (Pe₂^ W_1/3) O₃ 39 Mol % PbTiO₃ 11 Mol % SrSnO₃

Die Mischung wird bei 850°/2 Std. verglüht und danach in einer Trommelmühle 30 Std. feingemahlen. Nach Anfeuchtung des Produkts mit 4- % Wasser werden Tabletten mit einem Druck von 200 MPa gepreßt. Diese sintern bei 95O°/1 Std. Haltezeit völlig dicht. Nach der Kontaktierung mit Hilfe eines Einbrennsilbers (400 ⁰C) können an den Scheiben die dielektrischen Daten gemessen werden

DK (20 ⁰C, 1 kHz 3OOO

tancT(2O ⁰C, 1 kHz) 250 · 10"⁴

12 Isolationswiderstand > 10 JTl

Hervorzuheben ist auch der Temperaturgang der Dielektrizitätskonstanten; im Bereich von - 25 ⁰C bis + 85 ⁰C beträgt die Änderung nur 25 %.

Claims

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Erfindungsanspruch

Dielektrischer keramischer Werkstoff, gekennzeichnet dadurch, daß seine Zusammensetzung innerhalb des Qebietes ABCD der ternären Mischung

PbTiOo - Pb" (Pe₂ Z₃W₁ ,3) O₃ - XZO₃

liegt, wobei X eines oder mehrere der Elemente Ca, Sr, Ba und Pb und Z das oder die Elemente Sn und Zr, sind und wobei für ABCD folgende Koordinaten im Dreistoffkoordinatensystem festliegen:

*PV\ (T? δ XfJ \ Γι V7 A

0,2

0,8

0,6 U,2

0,2 0,2
2. Dielektrischer keramischer Werkstoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß seine Zusammensetzung innerhalb des Gebietes Ei¹GH liegt, wobei folgende Koordinaten die Grenze bilden:

Dielektrischer keramiscner Werkstoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß er den Curiepunkt abflachende Zusätze in einer Menge bis zu 2 Gew.% enthält, wie z.B. MgO oder Bb₂O₃.

Dielektrischer keramischer Werkstoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß er bis zu 2 Gew.% Dotierungen zur Senkung des Verlustfaktors oder zur Erhöhung der Gleichspannungsfestigkeit enthält, insbesondere MnO₂, NiO, ZnO.

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5. Dielektrischer keramischer Werkstoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Senkung der Sintertemperatur zusätzlich Gläser zugegeben sind, deren Anteile 1 bis 15 Mol % betragen.