DD299220A7 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF CLASS 2 CERAMIC DIELECTRICS IN ACCORDANCE WITH IEC - Google Patents

METHOD FOR THE PRODUCTION OF CLASS 2 CERAMIC DIELECTRICS IN ACCORDANCE WITH IEC Download PDF

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DD299220A7
DD299220A7 DD33007989A DD33007989A DD299220A7 DD 299220 A7 DD299220 A7 DD 299220A7 DD 33007989 A DD33007989 A DD 33007989A DD 33007989 A DD33007989 A DD 33007989A DD 299220 A7 DD299220 A7 DD 299220A7
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DD33007989A
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Hans-Juergen Gesemann
Karin Voelker
Wilfried Ploetner
Thomas Koehler
Martina Kruegel
Juliana Knorr
Gerhard Ortlepp
Original Assignee
Elektronikon Gmbh,De
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dielektrika fuer Kondensatoren. Erfindungsgemaesz wird die Dielektrizitaetskonstante von Dielektrika auf der Basis von getrennt vorgebildeten Komponenten vonund/oder K 1BamTiO3{Keramik; Dielektrikum; Herstellungsverfahren; BaTiO3; komplexe Bleiperowskite; Wismutschichtverbindungen; Glaszusaetze; oxidische Eutektika}The invention relates to a process for the production of dielectrics for capacitors. According to the invention, the dielectric constant of dielectrics is based on separately preformed components of and / or K 1BamTiO3 {ceramic; Dielectric; Production method; BaTiO3; complex lead piperines; Bismuth layer compounds; Glaszusaetze; oxidic eutectics}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf aas Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer Dielektrika für Kondensatoren, insbesondere für Vielschicht- und Scheibenkondensatoren, und für Wirksubstanzen für gedruckte Kondensatoren.The invention relates to the field of electrical engineering / electronics and relates to a method for producing ceramic dielectrics for capacitors, in particular for multilayer and disk capacitors, and for active substances for printed capacitors.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Miniaturisierung der Kondensatoren und Verbesserung der Materialökonomie und der Arbeitsproduktivität bei der Herstellung dieser Kondensatoren erfordern eine Erhöhung de; Dielektrizitätskonstante ε, des wirksamen Dielektrikums bei Beibehaltung einer -nöglichst geringen Temperaturabhängigkeit derselben, z. B. von max. ± 15% Abweichung im Temperaturbereich von -55T bis +125°C für die Klasse 2R1 nach IEC- oder X7R nach EIA-Norm.Miniaturization of capacitors and improvement of material economy and labor productivity in the manufacture of these capacitors require an increase de; Dielectric constant ε, the effective dielectric while maintaining the lowest possible temperature dependence thereof, z. B. of max. ± 15% deviation in the temperature range from -55T to + 125 ° C for class 2R1 according to IEC or X7R according to EIA standard.

Die Erfüllung dieser Forderungen wird im allgemeinen durch das Auffinden immer neuer Zusammensetzungen auf der Basis von BaTiO3 und weiteren Komponenten angestrebt.The fulfillment of these requirements is generally sought by finding ever new compositions based on BaTiO 3 and other components.

So sind folgende Lösungen bekannt, die in dieser Hinsicht Fortschritte ergeben:Thus, the following solutions are known which make progress in this respect:

Nach DD-PS 258915 werden mit Wirkstoffen aus vorgebildeten BaTiO3 und Gemengen an Wismutschichtverbindungen sowie weiteren Zuschlägen nur ε,-Werte um 2000 erreicht.According to DD-PS 258915 are achieved with active ingredients of preformed BaTiO 3 and mixtures of bismuth layer compounds and other supplements only ε, values around 2000.

Nach EP 205137 werden mit Dielektrika aus sehr feinem und reinem BaTiO3, das mit Nb2O6 OdOrTa2O6 und Sm2O3 oder anderen Oxiden von SE-Elementen versetzt ist, wobei diese Dielektrika weitere getrennt zugeführte Dotanten enthalten, ε,-Werte bis 3 205 erreicht, jedoch bei Sintertemperaturen nicht unter 123O0C. Wegen des Riesenkomwachstums sind sie jedoch für Vielschichtkondensatoren mit dünnen dielektrischen Schichten ungeeignet. Ein Gemenge aus mindestens 0,5 Masseanteilen von BaTiO3, vorzugsweise im Korngrößenbereich 0,8... 2,0pm mit einem komplexen Bleiperowskit ergibt nur max. ε,-Werte von 2 920, die Mindestsintertemperaturen von 12000C sind jedoch für keramische Vielschichtkondensatoren noch zu hoch, wenn der Anteil teurer Edelmetalle wie Pd in den inneren Elektrodenschichten niedrig gehalten werden soll. (EP 257 653).According to EP 205137 dielectrics of very fine and pure BaTiO 3 , which is mixed with Nb 2 O 6 OdOrTa 2 O 6 and Sm 2 O 3 or other oxides of SE elements, these dielectrics contain further separately supplied dopants, ε, values achieved to 3 205, but at sintering temperatures not lower than 123o C. However, because of 0 Riesenkomwachstums they are unsuitable for multilayer capacitors having thin dielectric layers. A mixture of at least 0.5 parts by mass of BaTiO 3 , preferably in the particle size range of 0.8 to 2.0 pm with a complex lead piperite kit gives only max. ε, values of 2,920, the minimum sintering temperatures of 1200 0 C, however, are still too high for ceramic multilayer capacitors, if the proportion of expensive precious metals such as Pd is to be kept low in the inner electrode layers. (EP 257 653).

Die Herstellung der Dielektrika dieser Lösungen erfolgt immer über die getrennte Vorbildung der einzelnen Komponenten wie BaTiO3, andere Perowskite oder Schichtverbindungen oder dieser Weg wird zumindest als vorteilhaft angegeben.The production of the dielectrics of these solutions always takes place via the separate preforming of the individual components, such as BaTiO 3 , other perovskites or layer compounds, or this route is at least indicated as being advantageous.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für keramische Dielektrika der Klasse 2 nach IEC auf der Basis von großtechnisch hergestelltem BaTiO3 und verschiedenen komplexen Blelperowskiton oder/und Wismutschichtverbindungen zu finden, das insbesondere bei der Herstellung keramischer Vielschichtkondensatoren ökonomische Vorteile gegenüber den genannten bekannten Lösungen ermöglicht.The object of the invention is to find a manufacturing method for ceramic dielectrics of class 2 according to IEC on the basis of industrially produced BaTiO 3 and various complex Blelperowskiton and / or bismuth layer compounds, especially in the production of ceramic multilayer capacitors economic advantages over the said known solutions allows.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren zu finden, mit dem die Dielektrizitätskonstante ε, keramischer Dielektrika der Klasse 2 nach IEC auf der Basis von großtechnisch hergestelltem BaTiO3 und verschiedenen komplexen Bleiperowskiten und/oder Wismutschichtverbindungen gegenüber der, die bei Anwendung bekannterThe invention has for its object to find a manufacturing method with which the dielectric constant ε, ceramic dielectrics of class 2 according to IEC on the basis of industrially produced BaTiO 3 and various complex Bleiperowskiten and / or bismuth layer compounds compared to those known when using

Herstellungsverfahren erhalten werden, bei gleicher Bruttozusammensetzung erhöht wird und auch die üblichen technischen Forderungen an den Werkstoff, wie dielektrische Verluste tan5 und Isolationswiderstand Ri1, bei Anwendung von Sintertemperaturen T1 S 12000C erfüllt werden. Die Wirksamkeit des Verfahrens ist an Dielektrika der Klasse 2 R1 nach IEC nachzuweisen.Manufacturing process can be obtained, is increased at the same gross composition and the usual technical requirements for the material, such as dielectric losses tan5 and insulation resistance Ri 1 , when using sintering temperatures T 1 S 1200 0 C are met. The effectiveness of the method shall be demonstrated on class 2 R1 dielectrics according to IEC.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem zunächst die folgenden Komponenten auf bekannte Weise vorgebildet werden oder bereitgestellt werden:According to the invention, this object is achieved by initially preforming or providing the following components in a known manner:

K1 = Ba1nTiO3oder BanJiO3 mit Dotierungen, wobei m = 0,97... 1,00 ist,K1 = Ba 1n TiO 3 or Ba n JiO 3 with dopants, where m = 0.97 to 1.00,

K2 = (PbxSr1 -X)nI(MfI73Nb273)Ji1 _V]O3 K2 = (Pb x Sr 1 -X) n I (MFI 73 Nb 273) Ji 1 _ V] O 3

mit x = 0,75... 0,98 y = 0,70... 0,95with x = 0.75 ... 0.98 y = 0.70 ... 0.95

und η = 0,98... 1,06, die bei einer Sintertemperatur zwischen 115O0C und 1250°C dichtsintert und bei 250C eineand η = 0.98 ... 1.06, the sintered at a sintering temperature between 115O 0 C and 1250 ° C and at 25 0 C a

Dielektrizitätskonstante ε, >4000 hat, K3 = (Pb1Ai-,Mv1B1...ViBiIO3, davon mindestens 0,6, jedoch maximal 0,95 Stoffmengenanteile PbI[Fe172Nb172]O3,Dielectric constant ε,> 4000 has, K3 = (Pb 1 Ai-, Mv 1 B 1 ... ViBiIO 3 , of which at least 0.6, but not more than 0.95 mole fractions PbI [Fe 172 Nb 172 ] O 3 ,

mit A £ Sr, Ba, Cawith A £ Sr, Ba, Ca

B1... Bi £ Mg2+, Ni2+, Zn2+, Fe2+, Co2+, Mn2+, Fe3+, Co3+, Mn3+, Sc3+, Ti4+, Zr4+, Sn4+, Hf4+, Nb6+, Ta6+, Sb6+, W8+, wobei V)...V| die entsprechenden Stoffmengenanteile von B1...Bj undB 1 ... Bi 2+ Mg 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Mn 2+ , Fe 3+ , Co 3+ , Mn 3+ , Sc 3+ , Ti 4+ , Zr 4+ , Sn 4+ , Hf 4+ , Nb 6+ , Ta 6+ , Sb 6+ , W 8+ , where V) ... V | the corresponding mole fractions of B 1 ... Bj and

W1... W| die Wertigkeiten der B1... Bi bedeuten, die die Smolensky-Bedingungen für PerowskiteW 1 ... W | the valences of B 1 ... Bi mean the Smolensky conditions for perovskites

i ii i

£Vi = 1 und £WM = 4 erfüllen müssen,£ Vi = 1 and £ WM = 4,

1 11 1

ζ = 0,80...1,00undζ = 0.80 ... 1.00 and

I = 0,98... 1,06, die bei einer Sintertemperatur zwischen 93O0C und 10600C dichtsintert, und dabei im TemperaturbereichI = 0.98 ... 1.06, the sintered sintered at a sintering temperature between 93O 0 C and 1060 0 C, and thereby in the temperature range

von -20°C bis +6O0C in einem Maximum eine Dielektrizitätskonstante ε, > 8000 hat, K4 = (Pb1D1 -,UU1ZMu1C1...UjCj), -q_.]O3 from -20 ° C to + 6O 0 C in a maximum has a dielectric constant ε,> 8000, K4 = (Pb 1 D 1 -, UU 1 ZMu 1 C 1 ... UjCj), - q _.] O 3

mit DASr, Ba, Ca, SE oder Didym,with DASr, Ba, Ca, SE or Didym,

C1...C, & Mg2+, Ni2+,Zn2+, Fe2+,Co2+, Mn2+,Fe3+, Co3\ Mn3+, Sc3*,Ti4+,Zr4+, Sn4+, Hf4+, Nb6+,Ta6+, Sb6+, W8+, wobei U1...Uj die entsprechenden Stoffmengenanteile von C1...Cj und W1... Wj die Wertigkeiten von C1 ...Cj bedeuten, die dieC 1 ... C, & Mg 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Mn 2+ , Fe 3+ , Co 3 \ Mn 3+ , Sc 3 *, Ti 4+ , Zr 4+ , Sn 4+ , Hf 4+ , Nb 6+ , Ta 6+ , Sb 6+ , W 8+ , where U 1 ... Uj are the corresponding mole fractions of C 1 ... C j and W 1 . .. Wj mean the valences of C 1 ... Cj, which are the

j jj j

Smolensky-Bedingungen für Perowskiteq + s + £uj = 1 und4(q+s) + £wjUj = 4 erfüllen müssen,Smolensky conditions for Perowskiteq + s + £ uj = 1 and4 (q + s) + £ wjUj = 4,

1 11 1

mitq = 0,40... 0,60 s = 0,30... 0,55mitq = 0.40 ... 0.60 s = 0.30 ... 0.55

undq + s > 0,80,and q + s> 0.80,

t = 0,80...1,00fürDSSr,Ba,Caodert = 0.80 ... 1.00 for DSSr, Ba, Ca or

t = 0,93...1,00fürD ύ, SE oder Didym undt = 0.93 ... 1.00 for D ύ, SE or Didym and

ρ = 0,98... 1,06, die bei einer Sintertemperatur > 115O0C dichtsintert, doren Dielektrizitätskonstante ε, bei 250C 2 300ρ = 0.98 ... 1.06, the sintered at a sintering temperature> 115O 0 C, Doren dielectric constant ε, at 25 0 C 2 300

ist, ein Maximum bei > 150°C aufweist und nach negativen Temperaturen wenig abfällt, K5 = SrBi4Ti4Oi6 bzw. eine andere Wismutschichtverbindung der Formenis, has a maximum at> 150 ° C and little drops to negative temperatures, K5 = SrBi 4 Ti 4 Oi 6 or another bismuth layer compound of the forms

Bi4Ti3O12 Bi 4 Ti 3 O 12

MBi4Q4O16 undMBi 4 Q 4 O 16 and

N2Bi4R6O18 N 2 Bi 4 R 6 O 18

mit M, N A Sr, Ba, Ca und wahlweise oder gleichzeitig durch 0,01 bis 0,30 Stoffmengenanteile Pb ersetzbar und Q, R £ Ti und wahlweise oder gleichzeitig durch bis zu 0,5 Stoffmengenanteiie Sn und/oder bis zu 0,2 Stoff mengenanteile Zr ersetzbar,with M, NA Sr, Ba, Ca and optionally or simultaneously replaced by 0.01 to 0.30 molar proportions Pb and Q, R £ Ti and optionally or simultaneously by up to 0.5 mole fraction Sn and / or up to 0.2 Substance quantity Zr replaceable,

G, ein niedrigschmelzendes Glas mit einem Halbkugelpunkt bis max. 7000C, das aus mindestens drei oder sechs Oxide PbO,G, a low-melting glass with a hemisphere point up to max. 700 0 C, which consists of at least three or six oxides PbO,

B2O3, ZnO, SiO2, AI2O3 und Bi2O3 besteht, wobei diese als gefrittete Gläser oder aus Mischungen aus diesen mit weiteren derB 2 O 3 , ZnO, SiO 2 , Al 2 O 3 and Bi 2 O 3 , these as fritted glasses or mixtures thereof with further of the

genannten Oxide vorliegen können, 'oxides may be present,

und E, eine eutektische Mischung aus Bleioxid und den Oxiden von W, Sb, Nb, Ta, Cu, Cr, Mg, Mn, Zn, Fe, Sn, Co, La, Pr, Ce, Didym oder Bi oder aus den Oxiden von Co und Mn oder Bi und Zn, die einen max. eutektischen Punkt <980°C aufweisen.and E, an eutectic mixture of lead oxide and the oxides of W, Sb, Nb, Ta, Cu, Cr, Mg, Mn, Zn, Fe, Sn, Co, La, Pr, Ce, Didym or Bi or from the oxides of Co and Mn or Bi and Zn, which have a max. eutectic point <980 ° C have.

Danach werden die Komponenten K1 undK2, K1 undK3undK1 undK5Thereafter, the components become K1 and K2, K1 and K3, and K1 and K5

in folgenden Masseanteilen miteinander gemischt, bei einer Temperatur im Bereich von 1000 bis 11000C verglüht, dabei Werkstoffe bildend, die hier als Zwischenkomponenten Z1/2, Z1/3 und Z1/5 bezeichnet werden, gemahlen werden und als gesinterte Probekörper folgende Eigenschaften aufweisen:mixed in the following proportions by weight, calcined at a temperature in the range of 1000 to 1100 0 C, thereby forming materials, which are referred to here as intermediate components Z1 / 2, Z1 / 3 and Z1 / 5, milled and have the following properties as sintered specimens :

Zwischen komponenteBetween component Ausgangs komponenteOutput component Mögliche Masse anteilePossible mass shares Wesentl. Eigenschaften bei zunehmendem Anteil der jeweiligen 2. KomponenteWesentl. Properties with increasing proportion of the respective second component Z1/2Z1 / 2 K1 K2K1 K2 0,40... 0,70 0,60... 0,300.40 ... 0.70 0.60 ... 0.30 Hoher Isolationswiderstand Rj, niedrige dielektr. Verluste tan δ E,abnehmendHigh insulation resistance Rj, low dielectric. Losses tan δ E, decreasing Z1/3Z1 / 3 K1 K3K1 K3 0,35... 0,60 0,65... 0,400.35 ... 0.60 0.65 ... 0.40 sehr hohe ε,-Werte Ri, abnehmend tanözunehmend, insbesondere im oberen Temperaturbereich der Klassevery high ε, values Ri, decreasing, especially in the upper temperature range of the class Z1/5Z1 / 5 K1 K5K1 K5 0,75...0,97 0,25...0,030.75 ... 0.97 0.25 ... 0.03 sehr geringe Temperaturabhängigkeit des ε, ε, abnehmendvery low temperature dependence of ε, ε, decreasing

Mindestens zwei dieser drei Zwischenkomponenten Z1/2, Z1/3 und Z1/6 werden zusammen mit der vorgebildeten undAt least two of these three intermediate components Z1 / 2, Z1 / 3 and Z1 / 6 are used together with the preformed and

feinzerkleinerten Komponente K4 in folgenden Grenzen dar Masseanteile gemischt, wobei die Werkstoffkombinationen W1 biscomminuted component K4 in the following limits of mass proportions mixed, the material combinations W1 to

W4 gebildet werden, die für den Fall, daß Z1 /3 und Z1 /5 mindestens einen Masseanteil von 0,5 der Gesamtmasse der jeweiligenW4, which in the case that Z1 / 3 and Z1 / 5 at least a mass fraction of 0.5 of the total mass of the respective Werkstoff kombination beträgt, bei etwa 1160-118O0C dichtsintern:Material combination is, at about 1160-118O 0 C internal density: Für Masseanteile Z1/3 + Z1/5 < 0,5 der Gesamtmasse können die Sintertemperaturen T1 durch Zusatz von bis zuFor mass fractions Z1 / 3 + Z1 / 5 <0.5 of the total mass, the sintering temperatures T 1 can be increased by adding up to

0,05 Masseanteilen des niedrigschmelzenden Glases G oder von bis zu 0,03 Masseanteilen oxidischer Eutektika E bezogen auf0.05 parts by mass of the low-melting glass G or up to 0.03 parts by mass of oxidic eutectics E based on

Z1/2 + Z1/3 + Z1/5 h K4 = 1,0auf max. 12000C eingestellt werden.Z1 / 2 + Z1 / 3 + Z1 / 5 h K4 = 1.0to max. 1200 0 C are set.

Grenzen der Masseanteile in WiLimits of mass shares in Wi .0,70.0,70 Z1/3Z1 / 3 .0,20.0,20 Z1/5Z1 / 5 .0,70.0,70 K4K4 Z1/2Z1 / 2 - .0,20.0,20 0,10..0.10 .. .0,75.0,75 0,20... 0,400.20 ... 0.40 W1W1 0,10..0.10 .. .0,75.0,75 0,05..0.05 .. .0,20.0,20 0,40..0.40 .. 0,20... 0,400.20 ... 0.40 W2W2 -- .0,55.0,55 0,05..0.05 .. -- .0,55.0,55 0,20... 0,400.20 ... 0.40 W3W3 0,40..0.40 .. 0,05..0.05 .. 0,10..0.10 .. 0,20...0,400.20 ... 0.40 W4W4 0,10..0.10 ..

Dabei definiert die Nebenbedingung, daß die in den Zwischenkomponenten Z1/2, Z1/3 und Z1/5 enthalten.) Ausgangskomponente K1 in 0,30...0,67 Masseanteilen im Gesamtversatz enthalten sein muß, den Anwendungsbereich. Bei Überschreitung des Anteiles der Zwischenkomponente Z1 /3 verschlechtern sich die Isolationswiderstandswerte und die dielektrischen Verluste steigen.In this case, the constraint that contains in the intermediate components Z1 / 2, Z1 / 3 and Z1 / 5.) Output component K1 in 0.30 ... 0.67 parts by mass must be included in the total offset, the scope. When exceeding the proportion of the intermediate component Z1 / 3, the insulation resistance values deteriorate and the dielectric losses increase.

Unterschreitungen des Anteiles von K4 führt zu ε,-Worten < 3000 bei Werkstoffen der Klasse X7 R bzw. 2 R1. Überschreitungen des Anteiles von K4 schmälern den Effekt dieses Verfahrens aufgrund der damit zwangsläufig verbundenen Herabsetzung des notwendigen Anteiles von K1.If the proportion of K4 falls short of ε, words <3000 for materials of class X7 R or 2 R1. Exceeding the proportion of K4 diminishes the effect of this process due to the necessarily associated reduction of the necessary proportion of K1.

Ausführungsbeispieleembodiments Die Erfindung wird nachstehend anhand von je einem Beispiel der Bildung der Zwischenkomponenten Z1 /2, Z1 /3 und Z1 /5 ausThe invention will be described below with reference to an example of the formation of the intermediate components Z1 / 2, Z1 / 3 and Z1 / 5

den auf bekannte Weise vorgebildeten Komponententhe preformed in a known manner components

K1 = BaTiO3 K1 = BaTiO 3

K2 = (Pb0188Sr0112)I(Mg173Nb273)O18TiC2IO3 K2 = (Pb 0188 Sr 0112 ) I (Mg 173 Nb 273 ) O 18 TiC 2 IO 3 K3 = 0,86Pb[Fe,7,Nb,/2]O3; 0,06Pb[Fe273W173)O3; 0,05Pb[Ni173Nb273IO3; 0,03SrSnO3 undK3 = 0,86Pb [Fe, 7, Nb, / 2] O 3; 0.06Pb [Fe 273 W 173 ) O 3 ; 0.05Pb [Ni 173 Nb 273 IO 3 ; 0.03SrSnO 3 and

K5 = SrBi4Ti4O16 K5 = SrBi 4 Ti 4 O 16

und je einer der Werkstoffkombinationen W1 bis W4 aus diesen und der ebenfalls auf bekannte Weise vorgebildetenand one each of the material combinations W1 to W4 of these and also preformed in a known manner

Komponente K4 = PbtZro.wTio^eiNii^Sb^lo.oelOs näher erläutert und die an scheibenförmigen Probekörpern gewonnenenComponent K4 = PbtZro.wTio ^ eiNii ^ Sb ^ lo.oelOs explained in more detail and won the disc-shaped specimens Ergebnisse aus den erfindungsgemäß hergestellten Zwischenkomponenten und Werkstoffen dargelegt.Results from the intermediate components and materials produced according to the invention. Zunäcnst werden die feinzerkleinert vorliegenden KomponentenFirst, the finely divided components present K1 und K2 in den Masseverhältnissen 60:40,K1 and K2 in the mass ratios 60:40, K1 und K3 in den Masseverhältnissen 40:60 undK1 and K3 in mass ratios 40:60 and K1 und K5 in den Masseverhältnissen 85:15K1 and K5 in the mass ratios 85:15

getrennt für 2 h in einer Achatpulverisette gemischt und bei einer Temperatur von 1000... 1050°C verglüht und anschließendfeingemahlen (d60 < 5 pm).separately mixed for 2 h in a Agatpulverisette and calcined at a temperature of 1000 ... 1050 ° C and then finely ground (d 60 <5 pm).

Nach Plastifizierung und Formgebung auf bekannte Weise ergaben sich an Probekörpern aus diesen ZwischenkomponentenAfter plasticizing and shaping in a known manner, specimens of these intermediate components were obtained

folgende technische Daten, denen die ε,-Werte der aus gleichen, nicht erfindungsgemäß hergestellten Zusammensetzungen ε,*the following technical data, to which the ε, values of the same compositions, not according to the invention, are produced ε, *

gegenübergestellt werden: 'to be contrasted:

ZwischenBetween erforderl.req'd. Isolationswiderinsulation resistance dielektrische Verluste tandielectric losses tan +250C+25 0 C + 125°C+ 125 ° C P U2I P U2I ε·"·21 ε · "· 21 komponentecomponent Sintertem-Sintertem- stand R;,stood R ;, (ΙΟ"3)"(ΙΟ " 3 )" 1212 11 peraturT,peraturT, (Q)11 (Q) 11 2525 8080 -550C-55 0 C 1212 11 Z1/2Z1 / 2 1250°C1250 ° C >1013 > 10 13 3030 22002200 17401740 Z1/3Z1 / 3 117O0C117O 0 C = 109 = 10 9 1515 44004400 35003500 Z1/5Z1 / 5 112O0C112O 0 C 5 · 10"5 · 10 " 6060 25002500 20502050

1) gemessen bei 250C1) measured at 25 0 C.

2) Meßfrequenz 1 kHz2) Measuring frequency 1 kHz

Aus den verglühten und feingemahlenen, unplastifizierten Zwischenkomponenten und der Komponente K4 sowie einem Glaszusatz G bzw. einem Zusatz oxidischer Eutektika E wurden durch Mischen der in der Tabelle 1 angegebenen Masseanteüe für 3 h in einer Planetenkugelmühle je eine der Werkstoffkombinationen W1 bis W4 erfindungsgemäß als Ausführungsbeispiele aufbereitet und auf bekannte Weise zu scheibenförmigen Probekörpern verarbeitet, an denen die in Tabelle 2 angegebenen technischen Daten ermittelt wurden.From the burned and finely ground, unplasticized intermediate components and the component K4 and a glass additive G or an addition of oxidic eutectics E were prepared by mixing the specified in Table 1 Masseanteüe for 3 h in a planetary ball mill each one of the material combinations W1 to W4 according to the invention as embodiments and processed in a known manner into disc-shaped specimens on which the technical data given in Table 2 were determined.

Tabelle 1: ZusammensetzungenTable 1: Compositions

Ausfüh-execution Werk-Plant- erforderl.req'd. Masseanteilemass fractions Z1/3Z1 / 3 Z1/5Z1 / 5 der Komp.the comp. Ri.Ri. Glaszusatzadditional glass - (f.)"(F). " Zusatzadditive -- rungsbeisp.rungsbeisp. stoffkomb.stoffkomb. SintertemSintertem der Zwischenkomponententhe intermediate components -- 0,500.50 K4K4 GG -- Ee -- peratur T1 temperature T 1 Z1/2Z1 / 2 0,200.20 0,600.60 0,300.30 +0,03+0.03 -- 11 W1W1 Haltezeit/hHold time / h 0,200.20 0,100.10 -- 0,200.20 -- -- 22 W2W2 -- 0,200.20 0,300.30 0,400.40 -- +0,008+0.008 33 W3W3 1160°C/2h1160 ° C / 2h 0,500.50 0,200.20 0,300.30 0,300.30 3 · 1012 10 12 44 W4W4 1160°C/2h1160 ° C / 2h 0,200.20 0,300.30 5 · 10"10 " max. AbweichungMax. deviation 55 W4W4 0,200.20 ε,11·»ε, 11 · » tan δtan δ Aeae Tabelle 2: Technische DatenTable 2: Technical data 1200°C/2h1200 ° C / 2h (ΙΟ"3)1»·21 (ΙΟ " 3 ) 1 » · 21 >1> 1 ,0", 0 " — in%- in% Ausfüh-execution im Bereich vonIn the range of rungsbeisp.rungsbeisp. 1180°C/2h1180 ° C / 2h 3 · 1012 10 12 -55 bis+1250C-55 to + 125 ° C ±10± 10 1170°C/2h1170 ° C / 2h 32003200 1515 3 · 1012 10 12 + 10+ 10 33503350 1616 -15-15 11 + 10+ 10 22 31503150 1212 -15-15 + 10+ 10 33 32603260 1515 -14-14 + 10+ 10 44 34003400 1515 -14-14 55

1) gemessen bei 25°C1) measured at 25 ° C

2) Meßfrequenz 1 kHz2) Measuring frequency 1 kHz

Der verwendete Glaszusatz G war ein Lotglas, der folgende Bestandteile aufwies:The glass additive G used was a solder glass, which had the following constituents:

0,85 Masseanteile PbO0,07 Masseanteite B2O30,06 Masseanteile ZnO0,01 Masseanteile AI2O3 und0,01 Masseanteile SiO2 0.85 parts by weight PbO 0.07 parts by mass B 2 O 3 0.06 parts by mass ZnO 0.01 parts by mass Al 2 O 3 and 0.01 parts by mass SiO 2

Als dutektische Mischung E wurde 5PbO Cr2O3 verwendet.As the dectectic mixture E, 5PbO Cr 2 O 3 was used. Dieses Verfahren ist auch anwendbar bei der Herstellung anderer Dielektrika der Klasse 2, die nicht der Unterklasse 2Fi 1This method is also applicable to the production of other class 2 dielectrics not under subclass 2Fi 1

entsprechen, jedoch z. B. der Klasse 2 D1 genügen und erhöhte ε,-Werte aufweisen, wenn eine entsprechende Auswahl dercorrespond, but z. B. class 2 D1 and have increased ε, - values, if a corresponding selection of

Komponenten und Zwischenkomponenten und ihrer Masseanteile erfolgt.Components and intermediate components and their mass fractions takes place.

Claims (1)

-1- 29*220 Patentansprüche:-1- 29 * 220 claims: Verfahren zur Herstellung keramischer Dielektrika der Klasse 2 nach IEC, insbesondere solche der Klasse 2 R1 nach IEC auf der Basis von vorgebildeten Komponenten von BamTiO3 oder BamTiO3 mit üblichen Dotierungen, wobei m = 0,97... 1,00 ist, die hierin zur Abkürzung K1 bezeichnet wird, mit denen
der komplexen Bleiperowskite
(PbxSr1 -X)nI(Mg1Z3Nb2Z3)VTi1 _y]O3
mit x = 0,75... 0,98
y = 0,70... 0,95
Process for the production of ceramic dielectrics of class 2 according to IEC, in particular those of class 2 R1 according to IEC on the basis of preformed components of Ba m TiO 3 or Ba m TiO 3 with customary dopings, where m = 0.97 to 1.00 is referred to herein for abbreviation K1, with which
the complex lead piper kite
(Pb x Sr 1 -X) n I (Mg 1 Z 2 Z 3 Nb 3) VTi 1 _ y] O 3
with x = 0.75 ... 0.98
y = 0.70 ... 0.95
und η = 0,98... 1,06, die hierin zur Abkürzung
als K2 bezeichnet werden,
and η = 0.98 ... 1.06, which is abbreviated herein
referred to as K2,
(PbIA1-Z)I[V1B1111VjBj]O3, davon zwischen 0,6 und 0,95 Stoffmengenanteilen PbI(Fe1Z2Nb1Z2]O3, mit A ^ Sr, Ba, Ca,(PbIA 1 -Z) I [V 1 B 1111 VjBj] O 3 , of which between 0.6 and 0.95 mole fractions PbI (Fe 1 Z 2 Nb 1 Z 2 ] O 3 , with A ^ Sr, Ba, Ca, B1... Bi & Mg2+, Ni2+, Zn2+, Fe2+, Co2+, Mn2+, Fe3+, Co3+, Mn3+, Sc3+, Ti4+, Zr4+, Sn4+, Hf4+, Nb6+, Ta6+, Sb6+, W6+,B 1 ... Bi & Mg 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Mn 2+ , Fe 3+ , Co 3+ , Mn 3+ , Sc 3+ , Ti 4+ , Zr 4+ , Sn 4+ , Hf 4+ , Nb 6+ , Ta 6+ , Sb 6+ , W 6+ , i ii i wobei Y1 Vj = 1 und Σ W1V1 = 4 seinwhere Y 1 Vj = 1 and Σ W 1 V 1 = 4 1 11 1 müssen, wenn V1 ...v, die entsprechenden Stoffmengenanteile von B1 ...Bj und W1 ...Wj die jeweiligen Wertigkeiten der B1 bedeuten,
ζ = 0,80... 1,00 und
if V 1 ... v, the corresponding proportions of B 1 ... Bj and W 1 ... Wj are the respective valences of B 1 ,
ζ = 0.80 ... 1.00 and
I = 0,98... 1,06, die hierin zur Abkürzung als K3 bezeichnet werden, (Pb1D1 _ ,Jp[TIqZr8(U1C1... UjCj)1 _ q _ S]O3
mit D & Sr, Ba, Ca, SE oder Didym,
I = 0.98 ... 1.06, which will be referred to herein for brevity as K3, (Pb 1 D 1 _, Jp [TIqZr 8 (U 1 C 1 ... UjCj) 1 _ q _ S ] O 3
with D & Sr, Ba, Ca, SE or Didym,
C1 ...Cj δ Mg2+, Ni2+, Zn2+, Fe2+, Co2+, Mn2+, Fe3+, Co3+, Mn3+, Sc3+, Ti4+, Zr4+, Sn4+, Hf4+, Nb5+, Ta5+, Sb5+, W6+,C 1 ... C j δ Mg 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Mn 2+ , Fe 3+ , Co 3+ , Mn 3+ , Sc 3+ , Ti 4+ , Zr 4+ , Sn 4+ , Hf 4+ , Nb 5+ , Ta 5+ , Sb 5+ , W 6+ , wobei q + s + £ ui = 1 und 4(q + s) + £ WjUj = 4 sein müssen, wenn U1... Ui diewhere q + s + £ ui = 1 and 4 (q + s) + £ WjUj = 4, if U 1 ... Ui the 1 11 1 entsprechenden Stoffmengenanteile von C1... C,- und W1... Wj die jeweiligen Wertigkeiten der Cj bedeuten,
q = 0,40... 0,60
s = 0,30... 0,55
q + s > 0,80
corresponding molar fractions of C 1 ... C, - and W 1 ... Wj denote the respective valences of Cj,
q = 0.40 ... 0.60
s = 0.30 ... 0.55
q + s> 0.80
t = 0,80...1,0OfUrD^Sr, Ba, Ca oder
t = 0,93...1,00fürD & SE oder Didym und
t = 0.80 ... 1.0OfUrD ^ Sr, Ba, Ca or
t = 0.93 ... 1.00 for D & SE or Didym and
ρ = 0,98... 1,06, die hierin zur Abkürzung als K4 bezeichnet werden, und/oder der der Wismutschichtverbindungen der Formen
Bi4Ti3O12,
MBi4Q4O15 und
N2Bi4R5O18
ρ = 0.98 ... 1.06, herein abbreviated as K4, and / or the bismuth layer compounds of the forms
Bi 4 Ti 3 O 12 ,
MBi 4 Q 4 O 15 and
N 2 Bi 4 R 5 O 18
mit M, N = Sr, Ba, Ca und wahlweise oder gleichzeitig durch 0,01... 0,30 Stoffmengenanteile Pb ersetzt undwith M, N = Sr, Ba, Ca and optionally or simultaneously replaced by 0.01 to 0.30 mole fractions Pb and Q, R ^ y; und wahlweise oder gleichzeitig durch bis zu 0,5 Stoffmengenanteile Sn und/oder bis zu 0,2 Stoffmengenanteile Zr ersetzt, die hierin zur Abkürzung alsK5 bezeichnet werden, und bis zu 0,05 Masseanteilen niedrigschmelzender Glaszusätze G und/oder eutektischer Mischungen aus Bleioxid und den Oxiden von W, Sb, Nb, Ta, Cu, Cr, Mg, Mn, Zn, Fe, Sn, Co, La, Pr, Ce, Didyrn oder Bi oder aus den Oxiden von Co und Mn oder Bi und Zn, die einen max. eutektischen Punkt 98O0C aufweisen und hierin als oxidische Eutektika E bezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus K1 und K2 die Zwischenkomponente Z1 /2,
aus K1 und K3 die Zwischenkomponente Z1/3 und
aus K1 und K5 die Zwischenkomponente Z1/5
Q, R ^ y; and optionally or simultaneously replaced by up to 0.5 molar proportions Sn and / or up to 0.2 molar fractions Zr, herein abbreviated as K5, and up to 0.05 mass fractions of low melting glass additions G and / or eutectic mixtures of lead oxide and the oxides of W, Sb, Nb, Ta, Cu, Cr, Mg, Mn, Zn, Fe, Sn, Co, La, Pr, Ce, Didyrn or Bi or from the oxides of Co and Mn or Bi and Zn, the a max. eutectic point 98O 0 C and are referred to herein as oxidic eutectics E, characterized in that from K1 and K2, the intermediate component Z1 / 2,
from K1 and K3 the intermediate component Z1 / 3 and
from K1 and K5 the intermediate component Z1 / 5
durch Mischen der jeweiligen Komponenten K1, K2, K3 und K5 und Verglühen bei einer Temperatur im Bereich von 1000 bis 11000C sowie anschließendes Feinmahlen gebildet wird, wobeiis formed by mixing the respective components K1, K2, K3 and K5 and calcination at a temperature in the range of 1000 to 1100 0 C and subsequent fine grinding, wherein die Masseanteile in Z1/2 0,40...0,70 der Komponente K1 und 0,60...0,30 dar Komponente K2, die Masseanteile in Z1/3 0,35...0,60 der Komponente K1 und 0,65...0,40 der Komponente K3 und die Masseanteile in Z1/5 0,75... 0,97 der Komponente K1 und 0,25...0,03 der Komponente K5 sein können, daß mindestens zwei dieser drei Zwischenkomponenten Z 1/2, Z 1/3 und Z 1/5 zusammen mit der vorgebildeten und feinzerkleinerten Komponente K4 und gegebenenfalls den weiteren sintertemperatursenkenden Glaszusätzen von bis zu 0,05 Masseanteilen oder den Zusätzen oxidischer Eutektika von bis zu 0,03 Masseanteilen zu den die jeweiligen Dielektrika bildenden Kombinationen W1 bis W4 zusammengemischt wird, wobeithe mass fractions in Z1 / 2 0.40 ... 0.70 of component K1 and 0.60 ... 0.30 represent component K2, the mass fractions in Z1 / 3 0.35 ... 0.60 of component K1 and 0.65 ... 0.40 of the component K3 and the mass fractions in Z1 / 5 0.75 ... 0.97 of the component K1 and 0.25 ... 0.03 of the component K5 can be that at least two of these three intermediate components Z 1/2, Z 1/3 and Z 1/5 together with the preformed and comminuted component K4 and optionally the further sintering temperature-reducing glass additives of up to 0.05 parts by weight or the additions of oxidic eutectics of up to 0.03 Mass components to the respective dielectrics forming combinations W1 to W4 is mixed together, wherein die Masseanteile in W1 0,10... 0,70 der Zwischenkomponente Z 1 /2,0,10... 0,70 der Zwischenkomponente Z 1/5 und 0,20...0,40 der Komponente K4, die Masseanteile in W2 0,05...0,20 der Zwischenkomponente Z 1/3,0,40... 0,75 der Zwischenkomponente Z 1/5 und 0,20...0,40 der Komponente K4, die Masseanteile in W3 0,40...0,75 der Zwischenkomponente Z 1/2 0,05...0,20 der Zwischenkomponente Z 1/3 und 0,20...0,40 der Komponente K4 und die Masseanteile in W4 0,10...0,55 der Zwischenkomponente Z 1/2,0,05... 0,20 der Zwischenkomponente Z 1/3,0,10... 0,55 der Zwischenkomponente Z 1/5 und 0,20... 0,40 der Komponente K4 sein können und zugleich die In Z 1/2,Z 1/3undZ 1/5 enthaltene Komponente K1 im Gesamtversatz zwischen 0,30 und 0,67 Masseanteilen beträgt.the mass fractions in W1 0.10 ... 0.70 of the intermediate component Z 1/2, 0, 0..., 0.70 of the intermediate component Z 1/5 and 0.20 ... 0.40 of the component K4, which Mass proportions in W2 0.05... 0.20 of the intermediate component Z 1 /0.40, 0.75, 0.75 of the intermediate component Z1 / 5 and 0.20-0.40 of the component K4, the mass fractions in W3 0.40 ... 0.75 of the intermediate component Z 1/2 0.05 ... 0.20 of the intermediate component Z 1/3 and 0.20 ... 0.40 of the component K4 and the mass fractions in W4 0.10 to 0.55 of the intermediate component Z 1/2, 0, 0 to 0, 0 of the intermediate component Z 1/3, 0, 0, 0 to 0.55 of the intermediate component Z 1/5 and 0, 20 ... 0.40 of the component K4 and at the same time the component K1 contained in Z 1/2, Z 1/3 and Z 1/5 in the total offset between 0.30 and 0.67 parts by weight.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4416246A1 (en) * 1994-05-07 1995-11-09 Fraunhofer Ges Forschung PZT ceramic with low sintering temp.

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DE4416246A1 (en) * 1994-05-07 1995-11-09 Fraunhofer Ges Forschung PZT ceramic with low sintering temp.

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