DE1099432B - Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Materials - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Materials Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kleine Mengen eines elektrisch leitenden Stoffes enthaltenden dielektrischen Materials auf der Grundlage von Bariumtitanat. Solche keramischen Dielektrika sind an sich in bestimmten Formen, nämlich mit Edelmetallen als Leiterteilchen, bekannt.
• Es ist bekannt, daß eine Dispersion von Metallteilchen in einem isolierenden Medium als Dielektrikum mit einer scheinbaren Dielektrizitätskonstante wirkt, welche um ein Mehrfaches größer ist als diejenige des isolierenden Mediums. Gleicherweise kann man ein Dielektrikum aus einer Masse von Halbleiterteilchen herstellen, welche voneinander durch isolierende Trennelemente .getrennt sind.
• Normalerweise muß Bariumtitanat zur Erzielung eines isolierenden, dichten keramischen Stoffes in Luft bei einer Temperatur zwischen 1250 und 1450° C gebrannt werden. Unter diesen Bedingungen werden die meisten Metalle oxydiert und reagieren im oxydierten Zustand mit Bariumtitan:at unter Bildung von nahezu vollständig isolierenden Stoffen. Palladium und Platin bleiben metallisch, ihr hoher Preis erschwert jedoch ihre Verwendung im technischen Maßstab. Silber und Gold sind ebenfalls sehr teuer und können außerdem schmelzen und aus der Masse austreten. Diese Schwierigkeit würde nicht auftreten, wenn das Brennen in reduzierender Atmosphäre durchgeführt werden könnte. Bariumtitanat ergibt indessen beim Brennen in Wasserstoff in :der Regel einen schwarzen, leitenden Körper. In der USA.-Patentschrift 2 529 719 ist das Brennen einer Mischung aus Bari:umtitanat und Strontiumtitanat in einer reduzierenden Atmosphäre beschrieben, wobei ange.-geben wird, -daß man dabei ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante von über 10 000 erhalten kann. Dieses Material wird jedoch genauer als Halbleiter denn als Isolator bezeichnet, da sein Leistungsfaktor mit »nicht über 50'°/o,« :angegeben ist, was einen sehr hohen Wert bedeutet. Durch sorgfältige Oxydation der Außenhülle ,dieser Teilchen und gleichzeitiges Zusammenbacken derselben mit oxydiertem (und daher isolierendem) Bariumtitanat könnte zwar ein künstliches D.ielektrikum hergestelft werden. Ein solches Verfahren hat sich jedoch als in der Praxis sehr schwer steuerbar erwiesen.
• In einem nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag wurde ein mit mindestens 10 Molprozent MnO modifiziertes Ba Ti 03 beschrieben, das in reduzierender Atmosphäre gebrannt wird. Einderartiges Material dient nun als Ausgangsmaterial für die vorliegende Erfindung.
• Gemäß der Erfindung werden alle vorstehend aufgeführten Nachteile dadurch vermieden, daß einem durch Zusatz von mindestens 10 Molprozent Manganoxydul (MnO) modifizierten, reduzierend gebrannten Bariumtitanat ein unedles Metall bzw. eine beim Brennen in reduzierender Atmosphäre ein solches Metall bildende Verbindung oder reduziertes BaTi0ü zugesetzt und .die Mischung in reduzierender Atmosphäre gebrannt wird. Die Zugabe kleiner Mengen von bis zu 1'°/o Man.ganoxydul oder Mangandioxyd zu Bariumtitanat ist an sich aus der USA.-Patentschrift 2 469 584 bekannt. Abgesehen davon, !daß in dieser Patentschrift jedoch das Brennen in einer reduzierenden Atmosphäre überhaupt nicht erwähnt ist, sind die dort vorgeschlagenen zuzusetzenden Manganoxydmengen, selbst wenn man sie vollständig als MnO einsetzt, völlig unzureichend, um die Mischung ohne Beeinträchtigung ihrer Isolationseigenschaften für ein Brennen in reduzierender Atmosphäre geeignet zu machen.
• Unter dem nachstehend verwendeten Ausdruck »keramisches dielektrisches Material« ist das modifizierte Bariumtitanat zu verstehen.
• Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Stoffes, welches darin besteht, daß man einen leitenden Stoff oder einen solchen, welcher beim Brennen in reduzierender Atmosphäre einen solchen bildet, mit einem keramischen dielektrischen Material der beschriebenen Art oder Vorstufen desselben mischt und die Mischung in einer reduzierenden Atmosphäre brennt.
• Die Erfindung schafft so ein dielektrisches Material, welches eine Dispersion einzelner Teilchen eines leitenden Stoffes in einem isolierenden Medium enthält, das aus einem keramischen dielektrischen Material der beschriebenen Art besteht. Die folgenden Beispiele erläutern,die Erfindung. Beispiel 1 5 bis 25 Gewichtsteile Ferrioxyd werden mit 95 bis 75 Teilen eines Bariumtitanats der beschriebenen Art (oder von dessen Vorstufen), welches beim Brennen in Wasserstoff einen Isolator bildet, gemischt und unter Erzielung einer gesinterten ineinanderdiffundierten Mischung der Oxydbestandteile bei 1100° C in Luft gebrannt. Diese Mischung wird .dann zu einer Teilchengröße von 1 bis 10 Mikron vermahlen und zu der gewünschten Form des Dielektrikums gepreßt oder verformt. Es folgt dann ein 1stündiger Brand in Wasserstoff bei 1200° C, wobei die Mischung zu einer dichten keramischen Masse zusammensintert, welche eine Dispersion feinzerteilter Eisenteilchen enthält. Ein elektronenbildender Stoff, z. B. Eisenoxyd, kann vor dem Brand an geeigneten Stellen des Körpers angebracht werden, wobei man dann in einem einzigen Brand einen nahezu vollständigen Kondensator erhält. Zur Bildung der Elektroden kann auch Silber auf den gebrannten Körper an den gewünschten Stellen aufgedampft werden.
• Beispiel 2 Bariumtitanat in der beschriebenen Form, welches beim Brennen in Wasserstoff einen Isolator bildet, wird mit einer nicht modifizierten Form gemischt, welche beim Brennen in Wasserstoff einen Leiter bildet, und die Mischung wird dann in Wasserstoff gebrannt. In diesem Fall wird das Material, welches leitend werden soll, durch 2stündiges Brennen in Wasserstoff geeigneter Mengenanteile von Bariumcarbonat und Titandioxyd auf 1300° C erhalten. Das gesinterte, teilweise reduzierte Produkt wird zu verhältnismäßig groben Teilchen vermahlen und durch ein Sieb mit 200 Maschen pro 2,5 cm Sieblänge gesiebt; die durch das Sieb hindurchtretende Fraktion wird verworfen. 50 bis 80 Teile dieses reduzierten Präparats werden mit 50 bis 20 Teilen einer nichtreduzierten Zusammensetzung mit kleinerer Teilchengröße, nämlich alle unter 5 Mikron, gemischt, und die Mischung wird 1 Stunde in Wasserstoff bei 1200° C gebrannt. Wie im Beispiel 1 können Elektroden vor oder nach rler letzten Ofenbehanidlung aufgebracht werden. Beispiel 3 Ein keramsiches dielektrisches Material der beschriebenen Art wird durch gemeinsames Brennen von 130 Gewichtsteilen Bariumcarbonat, 52,6 Teilen Titandioxyd .und 19 Teilen Mangancarbonat hergestellt. Die Bestandteile müssen gut miteinander gemischt und sollen 2 Stunden bei 1100° C in Luft gebrannt werden. Nach ,dem Brand wird Idas Material zu einer Teilchengröße von 1 bis 10 Mikron vermahlen, und man mischt 15 Gewichtsteile mit 3 Gewichtsteilen Eisencarbonylpulver mit einer Teilchengröße von 3 bis 8 Mikron. Der Mischung wird ein geeignetes Bindemittel zugesetzt, worauf man sie zu Kügelchen oder einer anderen gewünschten Form verformt. Die erhaltenen Formlinge werden in Wasserstoff bei 1200° C .gebrannt. Der durch Zersetzung organischen -Stoffs _ gebildete Kohlenstoff wird ,durch Einleitung von Wasserdampf bei Erreichen einer Temperatur von 1000° C entfernt. Es erfolgt dies am einfachsten so, das man den Wasserstoff durch auf 85° C erhitztes Wasser leitet. Die Sinterung erfolgt 1 Stunde bei 1250° C. Nach dem Abkühlen in Wasserstoff können Elektroden durch Aufdampfen von Silber irr Vakuum auf geeignete Stellen aufgebracht werden, oder die Elektroden können vor dem Brand aufgebracht werden.
• Das Produkt besitzt eine Dielektrizitätskonstante von 8500 bei Raumtemperatur, verglichen mit 4200 für das nicht mit Metall vermischte Dielektrikum. Die Änderung mit der Temperatur und der Leistungsfaktor sind dieselben wie für das nicht mit Metall durchsetzte Dielektrikum.
• Obwohl für jeden elektrischen Zweck geeignete Kondensatoren aus dem erfindungsgemäßen dielektrischen Material hergestellt werden können, eignet sich dieses doch besonders für Typen, die zur Unterdrükkung elektromagnetischer Strahlung von Maschinen oder Geräten Anwendung finden, die während ihres normalen Betriebes elektrische Funken erzeugen.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung eines kleine Mengen eines elektrisch leitenden Stoffes enthaltenden dielektrischen Materials auf der Grundlage von Bariumtitanat mit einem Gehalt an einem M.anganoxyd, dadurch gekennzeichnet, daß einem durch .durch Zusatz von mindestens 10 Molprozent Manganoxydul (MnO) modifizierten, reduzierend gebrannten Bariumtitanat zusätzlich ein unedles Metall bzw. eine beim Brennen in reduzierender Atmosphäre ein solches Metall bildende Verbindung oder reduziertes BaTi0s zugesetzt und die Mischung in reduzierender Atmosphäre gebrannt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, :daß ein Metall mit einem Schmelzpunkt über 1200° C oder eine beim Brennen in reduzierender Atmosphäre dieses Metall ergebende Verbindung zugesetzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Eisen oder eine beim Brennen Eisen bildende Verbindung zugesetzt wird. -.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, .dadurch gekennzeichnet, daß als Aden Leiter liefernde Verbindung urmodifiziertes Bariumtitanat verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 869 310; USA.-Patentschriften Nr. 2 469 584, 2 529 719; britische Patentschrift Nr. 574 577.