DD301288A7 - Ceramic dielectrics of class 2 to IEC (solution 3) - Google Patents

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DD301288A7
DD301288A7 DD33008189A DD33008189A DD301288A7 DD 301288 A7 DD301288 A7 DD 301288A7 DD 33008189 A DD33008189 A DD 33008189A DD 33008189 A DD33008189 A DD 33008189A DD 301288 A7 DD301288 A7 DD 301288A7
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DD33008189A
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Hans-Juergen Dr Ing Gesemann
Karin Voelker
Wilfried Dipl Ing Ploetner
Thomas Dipk Phys Koehler
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Elektronicon Gmbh
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Dielektrika für Kondensatoren, insbesondere für Vielschicht- und Scheibenkondensatoren, und Wirksubstanzen für gedruckte Kondensatoren. Erfindungsgemäß ergeben keramische Werkstoffe aus technisch reinen Rohstoffen auf der Basis von getrennt vorgebildeten Komponenten Ba ind m TiO ind 3 (Pb ind x Sr ind 1-x ) ind n ((Mg ind 1/3 Nb ind 2/3) ind y Ti ind 1-y ) O ind 3 (Pb ind t D ind 1-t ) ind p ( Ti ind q Zr ind s ( u ind 1 C ind 1 . . . u ind j C ind j ) ind 1-q-s ) O ind 3 und Glaszusätzen auf der Basis der Oxide PbO, ZnO, B ind 2 O ind 3, SiO ind 2, Al ind 2 O ind 3 und Bi ind 2 O ind 3, die mindestens zum Teil gefrittet zugegeben werden, bei unterschiedlichen Sintertemperaturen und Curiepunkten der vorgebildeten Komponenten, unter Beachtung der für C und D einsetzbaren Elemente und der in der Erfindungsbeschreibung durch m, n, p, q, s, t, u, x und y angegebenen Stoffmengenanteile und bei Einhaltung der angegebenen Masseanteile dieser vier Komponenten und Bewahrung der Mehrphasigkeit im gesinterten Werkstoff geeignete Dielektrika der Klasse 2 R 1 nach IEC mit Dielektrizitätskonstanten epsilon ind r >= 2 800.The invention relates to dielectrics for capacitors, in particular for multilayer and disk capacitors, and active substances for printed capacitors. In accordance with the invention, ceramic materials of technically pure raw materials based on separately preformed components give Ba in m TiO 3 (Pb ind x Srind 1-x) indn ((Mg in 1/3 Nb in 2/3) ind y Ti ind 1-y) O ind 3 (Pb ind t D ind 1-t) ind p (Ti ind q Zr inds (u ind 1 C ind 1., U ind j C ind j) ind 1-qs) O ind 3 and glass additives based on the oxides PbO, ZnO, B ind 2 O ind 3, SiO 2, Al ind 2 O 3 and Bi ind 2 O ind 3, which are added at least partially fritted, at different sintering temperatures and Curie points the preformed components, taking into account the usable for C and D elements and the in the description of the invention by m, n, p, q, s, t, u, x and y specified proportions by mass and adhering to the stated mass fractions of these four components and preservation of Multiphase in the sintered material suitable dielectrics of class 2 R 1 according to IEC with dielectric constants epsilon ind r> = 2,800.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik und betrifft keramische Dielektrika für Kondensatoren, insbesondere für Vielschicht· und Scheibenkondensatoren, und Wirksubstanzon für gedruckte Kondensatoren.The invention relates to the field of electrical engineering / electronics and concerns ceramic dielectrics for capacitors, in particular for multilayer and disk capacitors, and active substance sound for printed capacitors.

Charakteristik des bekannton Standes der Technik ,Characteristic of bekannton prior art, Miniaturisierung der Kondensatoren und Verheerung der Materialökonomie und der Arbeitsproduktivität bei der HerstellungMiniaturization of capacitors and devastation of material economy and labor productivity in manufacturing

dieser Kondensatoren erfordern eine Erhöhung der Dielektrizitätskonstante ε, des wirksamen Dielektrikums bei Beibehaltungeiner möglichst geringen Temperaturabhängigkeit derselben, z. B. von max. ± 15% im Temperaturbereich von -55°C bis+ 1250C für die Klasse 2FU nach IEC- und X7R nach EIA-Norm.These capacitors require an increase in the dielectric constant ε, the effective dielectric while maintaining the lowest possible temperature dependence thereof, z. B. of max. ± 15% in the temperature range from -55 ° C to + 125 0 C for class 2FU according to IEC and X7R according to EIA standard.

Dabei gut alu allgemein bekannt, daß die Erhöhung des ε, durch die Verwendung ferroelektrischer Werkstoffe, wie z. B. BaTiO3 This well alu generally known that the increase of the ε, by the use of ferroelectric materials such. B. BaTiO 3

oder Mischkristalle, erreicht wird, wobei mit steigendem ε, zunehmende Abhängigkeiten desselben von der Temperaturhingenommen werden mi' η, und daß Zuschläge zur Erniedrigung der Sintertemperatur T„ die bei den üblichen keramischenor mixed crystals, is reached, with increasing ε, increasing dependencies of the same are taken of the temperature mi 'η, and that supplements for lowering the sintering temperature T "in the conventional ceramic

Vielschichtkondensatore r allem zur Senkung der Anteile der hochschmelzenden teuren Edelmetalle Pd, Pt oder Au in denMultilayer condensers are mainly used to reduce the proportion of high-melting expensive precious metals Pd, Pt or Au in the

zwischen den dielektrisch, ,irksamen Schichten liegenden Elektrodenschichten führen können, das ε, senken.can lead between the dielectrically, active layers lying electrode layers, the ε, lower.

Bei Einhaltung der Tomperaturcharakteristik der Klassen 2R1 und einer Sintertemperatur T1 unter 114O0C stellt die Lösung nachIn compliance with the Tomperaturcharakteristik of the classes 2R1 and a sintering temperature T 1 below 114O 0 C, the solution is after DD-PS 258915 eine technologisch ^herrschbare und reproduzierbare Lösung dar. Mit ihren Zusammensetzungen auf der BasisDD-PS 258915 represents a technologically controllable and reproducible solution. With its compositions based on

von BaTiO3 und Gemengen von Wismutschichtverbindungen sowie weiteren Zuschlägen werden jedoch nur ε,-Werte um 2000erreicht.of BaTiO 3 and mixtures of bismuth layer compounds and other additives, however, only ε, values are reached around 2000.

Andere bekannte Lösungen, wie die nach DD-PS 140871, DE-OS 2923 981, US-PS 3619220, DE-AS 1640168und US-PS 3619744Other known solutions, such as DD-PS 140871, DE-OS 2923 981, US-PS 3619220, DE-AS 1640168 and US-PS 3619744

erreichen den Stand der Lösung nach DD-PS 258915 nicht, indem sie entweder niedrigere ε,-Werte ergeben und/oder der Klasse2R1 nicht genügen.reach the state of the solution according to DD-PS 258915 not by either lower ε, values result and / or the class 2R1 not enough.

Bekannt ist auch eine aus 2 Komponenten bestehende Lösung aus BaTiOs, von dem mindestens 50% des eingesetztenAlso known is a solution consisting of 2 components of BaTiOs, of which at least 50% of the used Masseanteiles im Korngrößenbereich von 0,7 bis 3,0Mm liegen muß, und einem komplexen Bleiperowskit nach EP 257653.Mass fraction must be in the particle size range of 0.7 to 3.0 mm, and a complex Bleiperowskit according to EP 257653. Die dieser Lösung entsprechenden Dielaktrika, die der Klasse 2R1 genügen, erreichen jedoch nur ε,-Werte von max. 2920 beiHowever, the Dielaktrika that meet this solution, which meet the class 2R1, achieve only ε, -values of max. 2920 at Sintertemperaturen T„ die nicht unter 12000C liegen.Sintering temperatures T "not lower than 1200 0 C. Eine andere Lösung, die nach EP 20o 137, ergibt bei Einhaltung der Temperaturcharakteristik der Klasse 2R1 im günstigsten FalleAnother solution, according to EP 20o 137, results in compliance with the temperature characteristics of class 2R1 in the best case

ε,-Werte von 3 205. Dabei wird ein mit Nb2O6 oder Ta2Oe und Sm2O3 oder anderen Oxiden der SE-Elemente der 0 rdnungszahlen57 bis 62 versetztes BaTiO3 und weiteren getrennt zugeführton Dotanten einer Mischung von MnO2 und NiO eingesetzt.ε, values of 3,205. Hereby, a BaTiO 3 added with Nb 2 O 6 or Ta 2 Oe and Sm 2 O 3 or other oxides of the SE elements of the order numbers 57 to 62 and further separately supplied dopants of a mixture of MnO 2 and NiO used.

Wesentlicher Nachteil dieser Lösung, die eine SintertemperaturT, von 1230°C erfordert, und aller Lösungen nach EP 205137 A2Significant disadvantage of this solution, which requires a sintering temperature T of 1230 ° C, and all solutions according to EP 205137 A2

sind die hohen Forderungen an den Hauptbestandteil BaTiO3.are the high demands on the main component BaTiO 3 .

Die hohen ε,-Werte werden nur bei Verwendung eines hochreinen, sehr feinen BaTiO3 erzielt: Die Lösung verlangt KorngrößenThe high ε, values are achieved only when using a high-purity, very fine BaTiO 3 : The solution requires particle sizes

von :£ 1 (im und Gesamtverunreinigungen an SiO2, AI2O3 und Fe2O3 von weniger als 0,2 Masseanteilen in %. Bei der üblichengroßtechnischen BaTiO3-Herstellung kann dies nur bei Verwendung analysenreinor, teurer Rohstoffe und spezieller, teurerof: £ 1 (in and total impurities of SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 of less than 0.2 mass% in%.) In the conventional large-scale BaTiO 3 preparation this can only be achieved by using reagent grade, expensive raw materials and more specifically, expensive

Mahlkörper erreicht werden. Weiterhin sind diese Werkstoffe sehr sinterempfindlich. Schon bei geringen Abweichungen von derMahlkörper be achieved. Furthermore, these materials are very sensitive to sintering. Even with small deviations from the

optimalen Sintertemperatur wird die Temperaturcharakteristik der Klasse X7R nicht mehr eingehalten. Außerdem tritt dabeioptimum sintering temperature, the temperature characteristic of class X7R is no longer complied with. It also occurs

Riesenkornwachstum auf, das den Einsatz in keramischen Vielschichtkondensatoren, in denen heute bereits gesinterte wirksameGiant grain growth on which the use in ceramic multilayer capacitors, in which already today sintered effective

dielektrische Schichten mit Dicken ab 25pm realisiert werden, ausschließt.dielectric layers with thicknesses from 25pm can be realized excludes.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, Werkstoffzusammensetzungen zu finden, die bei Verwendung von großtechnisch hergestelltem BaTiO3 eine reproduzierbare Fertigung und voiieilhafte technische Daten bei keramischen Dielektrika der Klasse 2 nach IEC gegenüber dem Stand der Technik ermöglichen.The aim of the invention is to find material compositions which, when using industrially produced BaTiO 3 , enable a reproducible production and complete technical data in the case of ceramic dielectrics of class 2 according to IEC compared with the prior art.

Darlegung des Wesens de/ ErfindungPresentation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Zusammensetzungen zu finden, die bei Verwendung von BaTiO3 mit einer Korngröße dso S3,5pm und einer Reinheit von 2:0,98 Masseanteilen sowie weiteren mindestenstechnisch reinen Rohstoffen, einrchließlich Seltenerden oder deren Gemischen, bei Sintertemperaturen T, i' 12000C und einem möglichen Sinterintervall von r iindestens 3OK Dielektrika mit Dielektrizitätskonstanten ε, > 2800 der Klasse 2R1 nach IEC ergeben, die sich durch niedrige die'.ektrischeThe invention has for its object to find compositions which, when using BaTiO 3 with a particle size dso S3,5pm and a purity of 2: 0.98 parts by mass and other at least technically pure raw materials, finally rare earths or mixtures thereof, at sintering temperatures T, i '1200 0 C and a possible sintering interval of r i at least 3OK dielectrics with dielectric constant ε,> 2800 class 2R1 according to IEC result, which are characterized by low die'.elektrische

Verluste, hohe Isolationswiderstande und hohe Spannungsfestigkeit auezeichnen und auch zum Einsatz In keramischen Vielschlchtkoncjensatoren mit Dicken der gesinterten, dielektrisch wirksamen Schichten £20μηη geeignet sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Zusammensetzungen aus drei vorgebildeten Komponenten K1 bis K3 und einem Zusatz eines niedrigschmelzenden Glases G gelöst:Losses, high insulation resistance and high withstand voltage and are also suitable for use in ceramic Vielschlchtkoncjensatoren with thicknesses of the sintered, dielectrically effective layers £ 20μηη are suitable. According to the invention, this object is achieved by compositions of three preformed components K1 to K3 and an addition of a low-melting glass G:

K 1 = BanJiO3 K 1 = Ba n JiO 3

oder Ba1nTiO3 mit Dotierungen, wobei m = 0,97...1,00 ist, K 2 - (PbxSr, _ ,U(Mg1Z3Nb2Z3VTi1 _ Ϋ3 or Ba 1n TiO 3 with dopants, where m = 0.97 to 1.00, K 2 - (Pb x Sr, _, U (Mg 1 Z 3 Nb 2 Z 3 VTi 1 _ Ϋ ) Ο 3

mit x = 0,75...0,98with x = 0.75 ... 0.98

y = 0,70... 0,95y = 0.70 ... 0.95

undn = 0,98...1,06,andn = 0.98 ... 1.06,

die bei einer Sintertemperaturzwischeni 15O0C und 125O0C dichtsintert und bei 25°Ceine Dielektrizitätskonstante ε, > 4000 hat,which has a dielectric constant ε,> 4000 at a sintering temperature between 15O 0 C and 125 0 C and at 25 ° C has a dielectric constant ε,> 4000

K 3 = (Pb1D1 _ OpITIqZr1(U1C1... UjC1), .„ . ,1O3 K 3 = (Pb 1 D 1 - OpITIqZr 1 (U 1 C 1 ... UjC 1 ),. "., 1O 3

mit D & Sr, Ba, Ca, SE oder Didym,with D & Sr, Ba, Ca, SE or Didym,

C1... C1 & Mg2+, Ni2+, Zn2+, Fe2+, Co2+, Mn2+, Fe3+, Cb3*, Mn3+, Sc3+, Ti4+, Zr4+, Sn4+, Hf4+, Nb6+ Ta6+, Sb6+, W6+, wobei U1...ujdie entsprechenden Stoffmengenanteile von C, ...C) und W1...Wjdie Wertigkeiten von C1... Cj bedeuten, dieC 1 ... C 1 & Mg 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Mn 2+ , Fe 3+ , Cb 3 *, Mn 3+ , Sc 3+ , Ti 4 + , Zr 4+ , Sn 4+ , Hf 4+ , Nb 6+ Ta 6+ , Sb 6+ , W 6+ , where U 1 ... uj are the corresponding mole fractions of C, ... C) and W 1 . ..Wj denote the valences of C 1 ... Cj, the

j jj j

diedieSmolensky-BedingungenfürPerowskiteq + s + £uj = 1 und4(q + s) + £wjUj = 4 erfüllen müssenwhich must meet the Molensky conditions for Poroskiteq + s + £ uj = 1 and 4 (q + s) + £ wjUj = 4

1 11 1

mit q = 0,40...0,60with q = 0.40 ... 0.60

s =0,30s = 0.30

und q + s > 0, and q + s> 0,

t =0,80.t = 0.80.

t =0,93t = 0.93

und ρ = 0,98. and ρ = 0.98.

.0,55.0,55

80,80

.1,00 für D £ Sr, Ba, Ca oder.1,00 for D £ Sr, Ba, Ca or

. 1,00 für D Ä SE oder Didym, 1.00 for D Ä SE or Didym

.1,06,.1,06,

die bei einer Sintertemperatur 115O0C dichtsintert, deren Dielektrizitätskonstante ε, bei 250C > 2300 ist, ein Maximum bei > 150°C aufweist und nach negativen Temperaturen langsam abfällt, und G ist niedrigschmelzendes Glas mit einem Halbkugelpunkt bis max. 7000C, das aus mindestens drei der sechs Oxide PbO, B2O3, ZnO, SiO2, AI2O3 und Bi2O3 besteht.which at a sintering temperature 115O 0 C dense sintered, the dielectric constant ε, at 25 0 C> 2300, has a maximum at> 150 ° C and slowly decreases after negative temperatures, and G is low-melting glass with a hemisphere point to max. 700 0 C, which consists of at least three of the six oxides PbO, B 2 O 3 , ZnO, SiO 2 , Al 2 O 3 and Bi 2 O 3 .

Als Glaszusatz gelten dabei sowohl gefrittete Gläser als auch Mischungen aus diesen mit weiteren der genannten Oxide. Die Masseanteile der drei auf bekannte Weise vorgebildeten und feinzerkleinerten Komponenten K1 bis K3 und des Glaszusatzes G in der angestrebten Werkstoffzusammensetzung sind:Both glass fritted glasses and mixtures of these with further of the stated oxides are considered glass additives. The mass fractions of the three preformed and comminuted components K1 to K3 and of the glass additive G in the desired material composition are:

K1 = 0,30... 0,67 MasseanteileK1 = 0.30 ... 0.67 parts by weight

K2 = 0,10... 0,55 MasseanteileK2 = 0.10 ... 0.55 parts by mass

K3 = 0,05... 0,25 Masseanteile und G = 0,01 ...0,05 Masseanteile,K3 = 0.05 ... 0.25 parts by mass and G = 0.01 ... 0.05 parts by mass,

3 33 3

wobei I]K = 1,0 ist und die Angabe von G als Zuschlag auf £K bezogen ist und wobei im Falle einer Mischung aus 1 -1where I] K = 1.0 and the indication of G as an addition is related to £ K and in the case of a mixture of 1 -1

gefritteten Glas mit Oxid der Oxidanteil max. 50% von G betragen soll.fritted glass with oxide of oxide content max. 50% of G should be.

Je nach Zusammensetzung kann das Dichtsintersi der aus dieser Mischung auf bekannte Weise geformten Körper bei einer Sintertemperatur T, im Bereich zwischen 112O0C und 1200"C erfolgen.Depending on the composition, the density of the mixture formed in a known manner from this mixture at a sintering temperature T, in the range between 112O 0 C and 1200 "C.

Bei Einhaltung der üblichen Anforderungen an einen Kondensatorwerkstoff der Klasse 2R1 nach IEC erreicht die Dielektrizitätskonstante ε, bei 25°C Werte von mindestens 2800, wobei ihre Änderung im Betriebstemperaturbereich von -550C bis +1250C ±15% nicht übersteigt.In compliance with the usual requirements for a capacitor material class 2R1 according to IEC, the dielectric constant ε, at 25 ° C reaches values of at least 2800, with their change in the operating temperature range of -55 0 C to +125 0 C ± 15% does not exceed.

Hervorzuheben sind dabei die niedrigen Verluste tanö.die hohen und stabilen Isolationswiderstände Rj, von 1O12... 1013O un'1 hohe Spannungsfestigkeit von mindestens 8kV/mm, die die Verwendung sehr dünner Schichten des Dielektrikums zuläßt. Über- oder Unterschreitung der genannten Grenzen für die Masseanteile der drei Komponenten und des Glasversatzes im Gesamtversatz des Werkstoffes wirken sich wie folgt aus:To emphasize here are the low losses tanö.die high and stable insulation resistances Rj, from 1O 12 ... 10 13 O un ' 1 high withstand voltage of at least 8kV / mm, which allows the use of very thin layers of the dielectric. Exceeding or undershooting the stated limits for the mass fractions of the three components and the glass offset in the total offset of the material have the following effects:

Im Falle der Komponente K1 führen sie zu nicht mehr flacheniTemperaturverlauf des ε,. Außerdem steigt bei Überschreitung die erforderliche Sintertemperatur bis weit über 12000C. Bei Überschreitung des Anteiles der Komponente K2 fällt das ε,, das bei niedrigen Temperaturen noch hoch ist, nach höheren Temperaturen zu steil ab; Unterschreitungen des Anteiles führen bei negativen Temperaturen zu einem ε,-Abfall von mehr als 15%.In the case of component K1, they lead to no longer flat temperature profile of ε ,. In addition, when exceeding the required sintering temperature rises well above 1200 0 C. When exceeding the proportion of component K2 falls the ε ,, which is still high at low temperatures, after higher temperatures too steep; Exceeding the proportion lead at negative temperatures to a ε, -Abfall of more than 15%.

Erhöht man den Anteil der Komponente K3, so kann der für die Klasse 2Ri zulässige maximale ε,-Abfall von 15% bei -550C nicht mehr eingehalten werden, an der Obergrenze des Temperaturbereiches, bei +1250C, wird der erlaubte ε,-Abfall dafür nicht ausgeschöpft. Dementsprechend kann es bei Unterschreitungen des Anteiles für K3 bei +125°C zu einem starken ε,-Abfall kommen.Increasing the proportion of the component K3, the permissible for the class 2Ri maximum ε, drop of 15% at -55 0 C can no longer be met, at the upper limit of the temperature range, at +125 0 C, the allowed ε , Waste not exhausted. Accordingly, if the proportion for K3 falls below + 125 ° C., a strong ε, -fall can occur.

Bei Unterschreitung der Grenzen für den Glasanteil erhöhen sich die erforderlichen Sintertemperaturen T1, und/oder es werden niedrige Dichten der Keramik erreicht. Wird der Anteil des Glaszusatzes überschritten, sinkt das ε,, und die gewünschte Temperaturabhängigkeit wird nicht eingehalten.If the limits for the glass content are not reached, the required sintering temperatures T 1 are increased , and / or low densities of the ceramic are achieved. If the proportion of glass addition is exceeded, the ε ,, decreases and the desired temperature dependence is not maintained.

ι/ 1I ιι / 1 I ι

^stellung dünner Folien, wie ζ. B. für Vielschichtkondensatoren, ermöglicht der beanspruchte Glasanteil Untertemperaturen das Erreichen einer hohen Dichte, schnelleres Schwindon, geringen Porenraum und irchschlagsfestigkeit und geringste Feuchteempfindlichkeit der Konden<u> treu. Die möglichen leraturen kommen der Erhaltung der Mehrphabigkeit des Gesamtwerkstoffes und damit der geringen _ _ )it des ε, ebenso entgegen wie sie Sondermaßnahmen zur Regulierung des PbO-Haushaltes beim Sintern erübrigen.Adjusting thin foils, such as ζ. For example, for multilayer capacitors, the claimed glass content of undercurrents enables the achievement of a high density, faster shrinkage, small pore space and resistance to impact and the lowest moisture sensitivity of the condensation. The possible formulations counteract the preservation of the totality of the polyvalent material and thus the low ε of the ε, as well as the elimination of special measures for the regulation of the PbO household during sintering.

AusfOhrungsbelspleteAusfOhrungsbelsplete Die Erfindung wird nachstehend anhand von fünf Ausführungsheispielen in Form zweier Tabellen und der Darlegung der an sichThe invention is described below with reference to five Ausführungsheispielen in the form of two tables and the statement of the per se

bekannten, prinzipiell bei allen Ausführungsbeispielen gleichen Prozeßschritte zur Herstellung der einzelnen Komponenten K1bis K3, des Glaszusatzes G und des Gesamtworkstoffes anhand der Zusammensetzung gemäß Ausführungsbeispiel 1 nähererläutert.known, in principle identical in all embodiments process steps for the preparation of the individual components K1 to K3, the glass additive G and the Gesamtmaterialstoffes on the basis of the composition according to Embodiment 1 closer.

Tabelle 1 gibt die Zusammensetzung und das angewendete Sinterregime, gekennzeichnet durch Sintertemperatur T1 undTable 1 gives the composition and the applied sintering regime, characterized by sintering temperature T 1 and Haltezeit, an.Holding time, on. Tabelle 2 zeigt die erhaltenen technischen Kenndaten von den scheibenförmigen Probekörpern.Table 2 shows the obtained technical characteristics of the disk-shaped specimens. Ausgangspunkt der Synthese ist die Herstellung der drei Komponenten und des Glaszusatzes.The starting point of the synthesis is the preparation of the three components and the glass additive. KomponenteKI: BaTiO3 Component KI: BaTiO 3

Die Komponente K1 wird auf bekannte Weise aus gleichen Stoffmengenanteilen BaCO3 und TiO2 in einer zweistündigen Festkörperreaktion bei 120O0C gebildet. Anschließend erfolgt Feinmahlung in Trommel- oder Schwingmühlen. Ein TiO2-Überschuß von bis zu 0,03 Stoffmengenanteilen ist unkritisch.The component K1 is formed in a known manner from equal molar proportions BaCO 3 and TiO 2 in a two-hour solid state reaction at 120O 0 C. Subsequently, fine grinding takes place in drum or vibratory mills. A TiO 2 excess of up to 0.03 mole fractions is not critical.

Komponente K2: (Pbo,88Sro,ij)[(Mg,/3Nb2/3)o,8Tio,jl03 Component K2: (Pbo, 88Sro, ij) [(Mg, / 3 Nb 2/3) o, 8 Tio, jl0 3 Zunächst wird aus MgCO3 und Nb2O6 durch eine Festkörperreaktion bei 1100°C/3h MgNb2O8 vorgebildet. Dabei ist einFirst, MgCO 3 and Nb 2 O 6 are preformed by a solid state reaction at 1100 ° C / 3h MgNb 2 O 8 . There is one Überschuß von 0,04 Stoffmengenanteilon Mg im Versatz nicht nur unkritisch, sondern sogar günstig.Excess of 0.04 molar amount of Mg in the offset not only uncritical, but even cheap. Das vorgebildete MgNb2O6 wird entsprechend den durch die Formel gegebenen Stoffmengenanteilen mit PbO oder Pb3O4,The preformed MgNb 2 O 6 is added according to the proportions by moles of PbO or Pb 3 O 4 given by the formula SrCO3 und TiO2 versetzt und diese Mischung bei 1100°C/2 h verglüht. Dieses Produkt wird anschließend auf eine KorngrößeSrCO 3 and TiO 2 are added and this mixture is annealed at 1100 ° C / 2 h. This product is then scaled to a grain size

deo :S 5μηι feingemahlen. Dabei ist ein Überschuß von bis zu 0,06 Stoffmengenanteilen PbO bzw. Pb3O4 zulässig.deo: S 5μηι finely ground. An excess of up to 0.06 molar amounts of PbO or Pb 3 O 4 is permitted.

Die bei 1175°C/2h gesinterte Komponente K2 besitzt als Einzelkomponente ein ε, > 5000 bei 25°C. Das ε,-Maximum, das beiThe sintered at 1175 ° C / 2h component K2 has as a single component an ε,> 5000 at 25 ° C. The ε, maximum, at

etwa 50°C liegt, weist Werte von > 8000 auf.is about 50 ° C, has values of> 8000.

Die Struktur ist perowskitisch mit geringen Anteilen einer Pyrochlorrestphase.The structure is perovskite with low levels of pyrochlore residue. Höheres Verglühen der Komponente K2 ist möglich, aber nicht vorteilhaft, da die nachfolgende Zerkleinerung dadurchHigher annealing of the component K2 is possible, but not advantageous, since the subsequent comminution thereby

schwieriger wird und die erforderliche Sintertemperatur T1 des Gesamtwerkstoffes steigt.becomes more difficult and the required sintering temperature T 1 of the total material increases.

Komponente K4: Pb[Zr0,4eTio.4e(Nit/3Sb2/3)o,o8]03 Component K4: Pb [Zr 0 , 4 eTio. 4 e (Nit / 3 Sb 2/3) o o8] 0 3 Die Herstellung erfolgt durch Direktsynthese aus den Rohstoffen Pb3O4 oder PbO, ZrO2, TiO2, NiO und Sb2O3, indem dieseThe preparation is carried out by direct synthesis from the raw materials Pb 3 O 4 or PbO, ZrO 2 , TiO 2 , NiO and Sb 2 O 3 , by adding these

entsprechend den durch die Formol gegebenen Stoffmengenanteilen gemischt werden und das Gemenge einerare mixed according to the molar proportions given by the formol and the mixture of a

Festkörperreaktion bei 850°C bis 9000C mit 2 h Haltezeit unterzogen wird. Es folgt eine Feinzerkleinerung auf eine Korngröße vonSolid state reaction at 850 ° C to 900 0 C with 2 h holding time is subjected. This is followed by fine comminution to a grain size of

du :£ 5μπΊ, die in diesem Falle in einer 3stündige Behandlung in einer Achatpulverisette geschah.you: £ 5μπΊ, which in this case was done in a 3 hour treatment in an agate powdered tablet.

Die bei 1280°C/2 h dichtgesinterte Komponente K3 besitzt als Einzelkomponente bei 250C ein ε, von 2 500. Das ε,-Maximum liegtThe densely sintered at 1280 ° C / 2 h component K3 has as a single component at 25 0 C an ε, of 2 500. The ε, maximum

bei etwa 28O0C.at about 28O 0 C.

Glaszusatz G:Glass additive G:

0,85 Masseanteile PbO 0,07 Masseanteile B2O3 0,06 Masseanteile ZnO 0,01 Masseanteile AI2O3 und 0,01 Masseanteile SiO2 0.85 mass parts PbO 0.07 mass parts B 2 O 3 0.06 mass parts ZnO 0.01 mass parts Al 2 O 3 and 0.01 mass parts SiO 2

werden gemischt, die Mischung in einem Korundtiegel bei 10000C zur Schmelze gebracht, mehrmals umgerührt und eine Stunde lang flüssig gehalten. Danach wird die Schmelze durch Eingießen in kaltes Wasser abgeschreckt, die Glasphase vom Wasser getrennt,getrocknet, vorzerkleinert und in einer Achatpulverisette so gemahlen, daß das Pulver eine spezifische Oberfläche von mindestens 2,5 mVg nach BET aufweist.are mixed, the mixture melted in a corundum crucible at 1000 0 C, stirred several times and kept liquid for one hour. Thereafter, the melt is quenched by pouring into cold water, the glass phase is separated from the water, dried, pre-crushed and ground in an agate powder so that the powder has a BET specific surface area of at least 2.5 mVg.

Gehe rt, wie im Ausführungsbeispiel 5 mit B)2O3, noch ein ungefrittetes Oxidzum Glaszusatz, wobei das gleiche Oxid auch bereits Benandteil der Fritte gewesen sein könnte, dann kann dieses Oxid entweder noch in den gefritteten Teil des Zusatzes G eingemischt werden oder auch getrennt dem Versatz des Gesamtwerkstoffeo zugefügt werden.If, as in the exemplary embodiment 5 with B) 2 O 3 , there is still an unfired oxide for addition of glass, where the same oxide could already have been part of the frit, then this oxide can either be mixed into the fritted part of the additive G or else be added separately to the offset of the total materials.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele des Gesamtwerkstoffes werden die so oder auf prinzipiell gleiche Weise hergestellten Komponenten K1 bis K3 mit dem Glaszusatz G in den in Tabelle 1 angegebenen Masseanteilen gemischt und vorteilhafterweise bei 1000 bis 1050°C/1 h nochmals verglüht und feingemahlen. Dieses einer verbesserten Homogenisierung dienende nochmalige Verglühen und Feinmahlen kann auch unterbleiben. In jedem Falle wird der pulverförmige, erfindungsgemäße Werkstoff der erzeugnisspezifischen bekannten Formgebung sowie evtl. weiteren erforderlichen Prozeßschritten, wie für Vielschichtkondensatoren z. B. einer Metallisierung ii. a., unterzogen und dann gesintert.To produce the embodiments according to the invention of the total material, the components K1 to K3 produced in the same way or in the same way are mixed with the glass additive G in the proportions given in Table 1 and advantageously annealed again at 1000 to 1050 ° C./1 h and finely ground. This repeated homogenization and fine grinding, which serves for improved homogenization, can also be omitted. In any case, the powdery, inventive material of the product-specific known shape and possibly other required process steps, such as for multilayer capacitors z. B. a metallization ii. a., and then sintered.

Tabelle 1Table 1 Zusammensetzung und Masseanteite der KomponentenComposition and mass components of the components

Ausfüh-"jngsbeisp."Jngsbeisp execution.

Komponente 1 Komponente 2Component 1 Component 2

Komponente 3Component 3

T. ("C)/ Haltezeit (h)T. ("C) / hold time (h)

BaTiO3 BaTiO 3

66,3%66.3%

25,6%25.6%

8.2%08.02%

LotglasSystemPbO-ZnO- SiO2-B2O3- Al2O3- +2,0%LotglasSystemPbO-ZnO- SiO 2 -B 2 O 3 - Al 2 O 3 - + 2.0%

1180/21180/2

A2A2 BaTiO3 51,0%BaTiO 3 51.0% 30,6%30.6% 18,4%18.4% )o.io]03 Lotglas +2,0%) o.io] 0 3 solder glass + 2.0% 1180/21180/2 A3A3 BaTiO3 40,8%BaTiO 3 40.8% wie A 2 35,7%like A 2 35.7% wie A 2 23,5%like A 2 23.5% +1% Lotglas +1% Bi2O3 + 1% solder glass + 1% Bi 2 O 3 1180/21180/2 A4A4 BaTiO3 35,7%BaTiO 3 35.7% (Pb0188Sr0112)I(Mg1nNb2n)O18Ti012]O3 40,8%(Pb 0188 Sr 0112 ) I (Mg 1n Nb 2n ) O 18 Ti 012 ] O 3 40.8% 23,5%23.5% i.oe]03 Lotglas +2%i.oe] 0 3 solder glass + 2% 1180/21180/2 A5A5 BaTiO3 40,8%BaTiO 3 40.8% wie A 2 35,7%like A 2 35.7% wie A 2 23,5%like A 2 23.5% +3% Lotglas +2% Bi2O3 + 3% solder glass + 2% Bi 2 O 3 1140/21140/2

Tabelletable

Ausfüh· rungsbeisp.Ausfühhungsbeisp.

Bauformdesign

1 Meßfrequenz: 1 kHz.1 measuring frequency: 1 kHz.

2 gemessen bei 25°C.2 measured at 25 ° C.

3 bezogen auf 250C.3 based on 25 0 C.

tanö»·21 HO"3)tanö »· 21 HO" 3 )

Isolationswiderstandinsulation resistance

Δε,Δε,

in%31 in% 31

max. Abweichungim Bereich vonMax. Deviation in the range of

-550C bis +25°Cbis-55 0 C to + 25 ° C

+250C " -t-125°C+25 0 C "-t-125 ° C

A1A1 Scheibedisc 31003100 1010 10"10 " + 5 -12+ 5 -12 + 10 -12+ 10 -12 A2A2 Scheibedisc 32003200 1111 1013 10 13 + 6 -13+ 6 -13 + 10 -10+ 10 -10 A3A3 Scheibedisc 30003000 99 5-1012 5-10 12 + 6 -14+ 6 -14 + 10 - 8+ 10 - 8 A4A4 Scheibedisc 31503150 1010 5-10"5-10 " + 7 -14+ 7 -14 +11 - 8+11 - 8 A5A5 Scheibedisc 29002900 1212 1012 10 12 + 2 -10+ 2 -10 + 8 - 8+ 8 - 8

Claims (4)

1. Keramische Dielektrika der Klasse 2 nach IEC auf der Basis von vier verschiedenen, im wesentlichen in ihrer Grundzusammensetzung bekannten Komponenten, Bariumtitanat, zwei komplexen Bleiperowskiten und Glaszusatz, gekennzeichnet dadurch, daß von den getrennt vorgebildeten Komponenten K1 bis K3 mindestens zwei unterschiedliche Sintertemperaturen aufweisen, mindestens zwei unterschiedliche Curietemperaturen besitzen und daß die Komponenten im Bereich folgender Zusammensetzung liegen:1. Class 2 ceramic dielectrics according to IEC on the basis of four different components essentially known in their basic composition, barium titanate, two complex lead pervalskites and added glass, characterized in that at least two different sintering temperatures of the separately preformed components K1 to K3, have at least two different Curie temperatures and that the components are in the range of the following composition: K 1 = BsnJiO3 K 1 = Bs n JiO 3 mit m = 0,97. ..1,00, wobei das Bariumtitanat auch bis zu 3 Masseanteile in % der üblichen Dotierungen enthalten kann,with m = 0.97. ..1.00, wherein the barium titanate may also contain up to 3 parts by weight in% of the usual dopants, K 2 = (PbxSr1 -X)nI(Mg1Z3Nb2Z3)VTi1 _y]O3 K 2 = (Pb x Sr 1 -X) n I (Mg 1 Z 2 Z 3 Nb 3) VTi 1 _ y] O 3 mit χ = 0,75...0,98with χ = 0.75 ... 0.98 y = 0,70... 0,95y = 0.70 ... 0.95 und η = 0,88... 1,06and η = 0.88 ... 1.06 K 3 = (Pb1D1 _ Op[TJqZr8(U1C1... U1Cj)1 _ q _ JO3 K 3 = (Pb 1 D 1 _ Op [TJqZr 8 (U 1 C 1 ... U 1 Cj) 1 _ q _ JO 3 mit D £ Sr, Ba, Ca, SE oder Didym,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+,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+ , Nb5+, Ta5+, Sb5+, W6+,Nb 5+ , Ta 5+ , Sb 5+ , W 6+ , wobei q + s + £uj = 1 und4(q + s) + £wjUj = 4sein müssen, wenn U1...Ujdiewhere q + s + £ uj = 1 and4 (q + s) + £ wjUj = 4, if U 1 ... Ujdie entsprechenden Stoffmengenanteile von C1 ...Cjundwi ...Wj die jeweiligen Wertigkeiten dieser C1... C,- bedeuten,corresponding molar proportions of C 1 ... Cjundwi ... Wj denote the respective valences of these C 1 ... C, -, q = 0,40... 0,60q = 0.40 ... 0.60 s = 0,30... 0,55, wobei q + s > 0,80s = 0.30 ... 0.55, where q + s> 0.80 t = 0,80... 1,00 für D ^ Sr, Ca, Ba bzw.t = 0.80 ... 1.00 for D ^ Sr, Ca, Ba t = 0,93... 1,00 für D & SE oder Didym
und ρ = 0,98... 1,06,
t = 0.93 ... 1.00 for D & SE or Didym
and ρ = 0.98 ... 1.06,
G ist ein niedrigschmelzender, zumindest teilweise gefritteter Glaszusatz aus mindestens drei der sechs Oxide PbO oder Pb3O^, ZNO, B2O3, SiO2, AI2O3 und Bi2O3 mit einem Halbkugelpunkt unterhalb von 700rC, daß sie in den MasseanteilenG is a low-melting, at least partially fritted glass addition of at least three of the six oxides PbO or Pb 3 O, ZNO, B 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 and Bi 2 O 3 with a hemisphere point below 700 r C, that they are in mass proportions K1 =0,30...0,67
K2 = 0,10...0,55
K3 = 0,05...0,25 und
G =0,01 ...0,05
K1 = 0.30 ... 0.67
K2 = 0.10 ... 0.55
K3 = 0.05 ... 0.25 and
G = 0.01 ... 0.05
in dem Versatz des jeweiligen keramischen Dielektrikums enthalten sind, wobei Σ K = 1,0 istare contained in the offset of the respective ceramic dielectric, where Σ K = 1.0 und die Anteile von G auf diese Summe bezogen sind,
und daß der gesinterte Werkstoff entsprechend der Komponenten mehrphasig ist.
and the proportions of G are related to this sum,
and that the sintered material is multi-phase according to the components.
2. Keramische Dielektrika nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente K2 vorzugsweise bei 25°C eine Dielektrizitätskonstante ε, > 4000 hat und zwischen 115O0C und 125O0C dichtsintert.2. Ceramic dielectrics according to claim 1, characterized in that the component K2 preferably at 25 ° C has a dielectric constant ε,> 4000 and between 115O 0 C and 125O 0 C dense sintered. 3. Keramische Dielektrika nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente K3 vorzugsweise bei einer Sintertemperatur > 115O0C dichtsintert, bei 250C ein εΓ > 2300 hat und bei > 1500C ein er-Maximum aufweist.3. Ceramic dielectrics according to claim 1 or 2, characterized in that the component K3 preferably at a sintering temperature> 115O 0 C dense sintered, at 25 0 C has a ε Γ > 2300 and at> 150 0 C has an e r maximum. 4. Keramische Dielektrika nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glaszusatz vorzugsweise ein gefrittetes Lotglas aus einem Oxidansatz von4. Ceramic dielectrics according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the glass additive preferably comprises a fritted solder glass made of an oxide batch of 0,85 Masseanteilen PbO
0,07 bis 0,06 Masseanteilen B2O3
0,04 bis 0,06 Masseanteilen ZnO
0,01 Masseanteilen AI2O3
0,01 Masseanteilen SiO2
0.85 mass parts PbO
0.07 to 0.06 mass parts B 2 O 3
0.04 to 0.06 parts by weight ZnO
0.01 parts by weight of Al 2 O 3
0.01 mass parts SiO 2
und einem Rest von max. 0,03 Masseanteilen an Verunreinigungen und Fluoriden ist. 2. Keramische Dielektrika nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glaszusatz vorzugsweise aus einem getrotteten Lotglas und weiteren der unter Anspruch 1 genannten Oxide, insbesondere aus Bi2Oa, besteht.and a remainder of max. 0.03 mass fraction of impurities and fluorides. 2. Ceramic dielectrics according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the glass additive preferably consists of a trotted solder glass and further of the oxides mentioned under claim 1, in particular of Bi 2 Oa.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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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