DE1178517B - Elektrischer Kondensator mit antiferro-elektrischen Eigenschaften, dessen Dielektrikum Stoffe mit Perowskitstruktur enthaelt - Google Patents

Elektrischer Kondensator mit antiferro-elektrischen Eigenschaften, dessen Dielektrikum Stoffe mit Perowskitstruktur enthaelt

Info

Publication number
DE1178517B
DE1178517B DES55615A DES0055615A DE1178517B DE 1178517 B DE1178517 B DE 1178517B DE S55615 A DES55615 A DE S55615A DE S0055615 A DES0055615 A DE S0055615A DE 1178517 B DE1178517 B DE 1178517B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
nickel
perovskite
capacitor
molar amount
dielectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DES55615A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Walter Heywang
Erich Fenner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DES55615A priority Critical patent/DE1178517B/de
Priority to DE1960S0069968 priority patent/DE1234323B/de
Publication of DE1178517B publication Critical patent/DE1178517B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • C04B35/465Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates
    • C04B35/468Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates
    • C04B35/4682Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates based on BaTiO3 perovskite phase

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

  • Elektrischer Kondensator mit antiferroelektrischen Eigenschaften, dessen Dielektrikum Stoffe mit Perowskitstruktur enthält Es sind bereits aus Bleizirkonat bestehende oder Bleizirkonat enthaltende Dielektrika mit Perowskitstruktur für elektrische Kondensatoren bekannt, die antiferroelektrische Eigenschaften besitzen. Bleizirkonat ist von Natur aus antiferroelektrisch und hat demzufolge eine Hystereseschleife, die bei Anlegen einer Wechselspannung an den Kondensator und bei einer unterhalb der Curie-Temperatur liegenden Temperatur des Dielektrikums, also bei tetragonalem oder rhombischem Perowskitgitter, bis zu einer kritischen Wechselfeldstärke eine feldunabhängige DK aufweist, d. h., die Hystereseschleife ist nicht oder praktisch nicht geöffnet. Die Vorteile derartiger antiferroelektrischer Eigenschaften bestehen einmal in einem verhältnismäßig geringen Verlustwinkel des Kondensators gegenüber den ferroelektrischen Dielektrika und außerdem in einer gegenüber diesen Stoffen auch noch geringen Feldstärkeabhängigkeit der DK. Jedoch besitzt das Bleizirkonat nur eine sehr geringe DK bei Zimmertemperatur.
  • Es sind ferner schon Dielektrika bekanntgeworden, die aus Titandioxyd in nicht gebundener Form oder vollständig oder teilweise gebunden mit einem oder mehreren Oxyden des Magnesiums, Calciums, Strontiums oder Bariums bestehen und Nickeloxyd in einer 15 % Ni0 nicht überschreitenden Menge enthalten; insbesondere liegt bei diesen bekannten Dielektrika der Nickeloxydgehalt zwischen 0,25 und 3 o/a. Es sind auch Dielektrika bekanntgeworden, die Stoffe mit Perowskitstruktur, wie Titanate der Zusammensetzung MelI - Melv - 03, z. B. BaTiOs, und Metalloxydzusätze, z. B. Nickeloxyde bis zu 10 "/o, enthalten. Es ist jedoch nicht bekannt, daß diese Stoffe mit Perowskitstruktur, die, wie z. B. das Bariumtitanat (BaTi03), an sich ferroelektrisch sind, also bei Wechselspannungsbelastung eine Hystereseschleife mit gegenüber antiferroelektrischen Stoffen weiter Öffnung ergeben, durch entsprechende Erhitzung mit den zugesetzten Metalloxyden einen antiferroelektrischen Charakter erhalten können. Diese Erkenntnis liegt aber der vorliegenden Erfindung zugrunde. Der elektrische Kondensator nach der Erfindung mit antiferroelektrischen Eigenschaften, dessen Dielektrikum Stoffe mit Perowskitstruktur auf Titanatbasis der Zusammensetzung MelI - Melv - 0s und Metalloxydzusätze enthält, ist dadurch gekennzeichnet, daß 0,2 bis 3 Molprozent (bezogen auf die Molmenge der perowskitbildenden Bestandteile) an Metalloxyden solcher Metalle im Perowskitkörper anwesend sind, die wie Nickel bevorzugt zwei- und dreiwertige Oxyde zu bilden vermögen, und daß deren Metallionen zweiwertig in das Perowskitgitter eingebaut sind.
  • Die antiferroelektrischen Eigenschaften, die eine teilweise nicht geöffnete Hystereseschleife zur Folge haben, werden also überraschenderweise mit Stoffen erzielt, die, wie z. B. das Bariumtitanat, an sich ferroelektrisch sind. Hierdurch werden neue Wege zur Herstellung hochwertiger keramischer Kondensatoren eröffnet, indem nunmehr die günstigen antiferroelektrischen Eigenschaften nicht mehr an Stoffe gebunden sind, die von Natur aus antiferroelektrisch sind, wie z. B. das Bleizirkonat, sondern gewissermaßen künstlich herbeigeführt werden können. Dadurch wird nicht nur die Zahl antiferroelektrischer Stoffe wesentlich vergrößert, sondern es werden zugleich ungünstige Eigenschaften der von Natur aus antiferroelektrischen Stoffe vermieden. Das Bleizirkonat besitzt z. B. bei Zimmertemperatur nur eine sehr niedrige DK, die sogar unter der des Titandioxyds und weit unter der des Bariumtitanats liegt; dagegen besitzt ein erfindungsgemäßes Dielektrikum, z. B. aus Bariumtitanat mit geringen Zusätzen von Nickeloxyden, eine um ein Vielfaches größere DK. Der Grund dafür dürfte im wesentlichen darin zu sehen sein, daß die Stoffe mit Perowskitstruktur, die gemäß der Erfindung als Dielektrikum für den elektrischen Kondensator dienen, nachdem sie durch entsprechende Erhitzung mit den Zusätzen in ihrem Verhalten antiferroelektrisch gemacht worden sind, eine Curie-Temperatur dicht an der oberen Grenze des Betriebstemperaturbereiches besitzen und daß diese Stoffe mindestens in einem großen Teil des Betriebstemperaturbereiches, insbesondere bei Zimmertemperatur, noch eine tetragonale Struktur besitzen. Beim Bleizirkonat liegt dagegen der übliche Betriebstemperaturbereich, der sich etwa von 0 bis 100° C erstreckt, und insbesondere die Zimmertemperatur schon unterhalb desjenigen Umwandlungspunktes, bei dem das Perowskitgitter des Bleizirkonats bereits rhombisch verzerrt ist.
  • Der Zusatz des Nickels zum Titanat darf gemäß der vorliegenden Erfindung nicht groß sein und liegt nur in den Grenzen von 0,2 bis 3 Molprozent, bezogen auf die Molmenge des Titanats, dem das Nickel zugesetzt ist. Es werden solche Metalle zugesetzt, die, wie z. B. das Nickel, bevorzugt zwei-oder dreiwertige Oxyde zu bilden vermögen, und insbesondere wird das Metall in Form von Oxyden dem Titanat beigefügt. Die Eigenschaft der Mehrwertigkeit des Nickels ist, so wird vermutet, der Grund dafür, daß das Nickel dem Bariumtitanat auch beigemischt und sogar in sein Kristallgitter eingebaut werden kann, ohne daß es notwendig zu antiferroelektrischen Eigenschaften kommt. Um diese antiferroelektrischen Eigenschaften zu erhalten, muß vielmehr das Nickel zweiwertig in das Perowskitgitter eingebaut sein: Vorzugsweise erfolgt dieser Einbau des zweiwertigen Metalls in das Gitter des Perowskits während des Umsetzens, indem z. B. pulverförmiges Ti02, das insbesondere in Form von Anatas vorliegt, mit Bariumcarbonatpulver unter Beifügung von Nickeloxydpulver innig miteinander vermischt und gemeinsam erhitzt wird. Durch diese Erhitzung und die nachfolgende Haltezeit, bei der die Temperatur etwa konstant gehalten wird, wird eine Reaktion der pulverförmigen, festen Stoffe miteinander bewirkt, wobei unter Bildung eines Perowskitgitters durch Einbau des BaO in das Ti02 Gitter zugleich auch NiO eingebaut wird. Nach diesem Umsatz wird dann der Stoff nochmals gemahlen, in üblicher Weise zu Kondensatorformlingen verpreßt und dann gesintert, wobei darauf geachtet wird, daß die Sinterung nicht zu scharf durchgeführt wird. Die günstigen Eigenschaften des Nickeloxydes bewirken nämlich, daß man schon bei verhältnismäßig geringer Sinterung einen dichten keramischen Körper mit nur geringem Porenvolumen von höchstens 10 %, insbesondere von höchstens etwa 5 % des Gesamtvolumens erhält und daß trotzdem noch das dabei entstehende keramische Dielektrikum polykristallin ist mit einem Durchschnitt der sehr kleinen Kristallkörner von höchstens 5 g, insbesondere von nur 2,u Größe oder kleiner. Auch diese Sinterbedingungen können jeweils durch Versuche festgelegt werden.
  • Statt das gesamte Dielektrikum auf diese Weise herzustellen, kann das bei dem Umsatz gewonnene Barium-Nickel-Titanat auch mit anderen Stoffen, insbesondere mit anderen keramischen Stoffen, zu einem dielektrischen Körper geformt werden, z. B. durch Beimischen des Barium-Nickel-Titanats in Pulverform zu einem Kunststoff. In einem anderen Fall wird antiferroelektrisches Barium-Nickel-Titanatpulver mit einem anderen Metalloxydpulver, insbesondere Magnesiumtitanatpulver, gemischt; danach wird diese Mischung zu einem Kondensatvrkörper in üblicher Weise verpreßt, wobei Bindemittel, z. B. aus Kohlenwasserstoflen, verwendet werden, und dann gemeinsam mit dem Magnesiumtitanat gesintert, wobei jedoch auch wiederum die Sinterbedingungen (zeitlicher Temperaturverlauf) so zu wählen sind, daß die Magnesiumkörner nicht oder nur oberflächlich mit den Barium-Nickel-Titanatkörnern einen Mischkristall nach Art eines Barium-Nickel-Magnesium-Titanats bilden. Dieser Weg des Zusammensinterns des antiferroelektrischen Perowskitpulvers mit einem Magnesiumtitanatpulver ist insbesondere dann von Vorteil, wenn unter Ausnutzung der durch die Antiferroelektrizität gegebenen Vorteile ein hochwertiges keramisches Dielektrikum mit einer DK unter 1000, insbesondere zwischen etwa 100 und etwa 1000, hergestellt werden soll.
  • Statt, wie bisher angegeben, nur Nickel oder Nickeloxyd dem Perowskitstoff beizufügen, kann zusätzlich auch noch ein vierwertiges Metall, insbesondere in Form eines Oxydes, hinzugesetzt werden. So ist es besonders vorteilhaft, dem Bariumtitanat bzw. seinen Ausgangsstoffen Nickeloxyd und Zirkonoxyd hinzuzusetzen, wobei die gegenüber der Molmenge des Titanats nur kleine, d. h. höchstens etwa 10 0/0 betragende Molmenge des Zirkonoxydes der Molmenge des beigefügten Nickels gleich oder insbesondere auch größer, z. B. etwa doppelt so groß wie die Molmenge des Nickels ist.
  • Die Verwendung des zweiwertigen Metalls (Nickeloxyd) einerseits und des vierwertigen Metalls (Zirkondioxyd) andererseits ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn, wie z. B. bei Nickel und Zirkon gegeben, der Ionenradius des zweiwertigen Metalls (Nickel) kleiner ist als der des zweiwertigen Bariums im Perowskitgitter und zum Ausgleich der Ionenradius des vierwertigen Metalls (Zirkon) etwas größer ist als der des vierwertigen Titans im Perowskitgitter; auch die Umkehrung dieser Größenverhältnisse der zwei- und vierwertigen Zusatzionen ist möglich. Die Verzerrungen des Titanatgitters durch den zu kleinen (bzw. zu großen) Radius des Nickelions werden also in gewissem Umfang durch den größeren (bzw. kleineren) Zirkonradius kompensiert.
  • Vorteilhaft ist es ferner, die Summe der Molmengen der zweiwertigen Metalle gleich der Summe der Molmengen der vierwertigen Metalle zu machen; jedoch können die vierwertigen bis zu etwa 5 % die Mol= menge der zweiwertigen Metalle überwiegen. Vermutlich durch dieses Überwiegen der vierwertigen Metalle entstehen besonders günstige Sintereigenschaften des keramischen Körpers bezüglich der Erzielung eines dichten, aber trotzdem feinkörnigen keramischen Scherbens.
  • Bei der Sinterung soll der keramische Körper in Anwesenheit oxydierender Atmosphäre auf die Sintertemperaturen erhitzt und auch bei Anwesenheit dieser oxydierenden Atmosphäre auf diesen Sintertemperaturen gehalten werden; gemäß der Erfindung soll der Körper also möglichst vollständig oxydiert sein und praktisch keine Sauerstoff-Fehlstellen mehr besitzen.
  • Erwähnt sei noch, daß z. B. bei der Umwandlung des Bariumtitanats in einen Stoff mit antiferroelektrischen Eigenschaften durch den Einbau des Nickeloxyds mittels Erhitzung das Auftreten der antiferroelektrischen Eigenschaften an der Farbe erkannt werden kann; antiferroelektrische Körper dieser Art besitzen nämlich einen grünlichen Farbton. Im folgenden wird ein Beispiel zur Herstellung eines Körpers mit grünlichem Farbton und antiferroelektrischen Eigenschaften gegeben: Zunächst werden 195,0 g BaC03 mit 79,0 g TiO2, 1,'i g Ni203 und 1,2 g Zr0l gut miteinander vermischt und bei etwa 1000° C und einer Haltezeit während etwa 2 Stunden miteinander zur Reaktion gebracht. Auch bei einem derartigen Umsatz der Ausgangsstoffe empfiehlt es sich, eine oxydierende Atmosphäre aufrechtzuerhalten, um Sauerstoff-Fehlstellen im Gitter möglichst zu vermeiden; besonders vorteilhaft ist daher auch die Verwendung eines dreiwertigen Metalloxyds, wie des Ni203, weil dieses dann beim Umsatz infolge seines nur zweiwertigen Einbaus Sauerstoff abzugeben vermag. Bei dem geschilderten bevorzugten Verfahren entsteht ein Stoff mit Perowskitstruktur mit etwa der Zusammensetzung (BaNi)(TiZr)03 in Form eines etwas zusammengebackenen Pulvers. Dieser Stoff wird anschließend erneut zermahlen, vorzugsweise bis -zu Korngrößen unter etwa 2 #t, und dann unter Verwendung eines üblichen Plastifizierungsmittels, z. B. eines Kohlenwasserstoffes, zu einem Kondensatorkörper verpreßt. Dieser Preßling wird dann zwecks Sinterung bei etwa 1320° C und einer Haltezeit (Scharfbranddaüer) von etwa 10 Minuten in oxydierender Atmosphäre gesintert, wobei der zeitliche Sintertemperaturverlauf so gewählt ist, daß aus dem Pulver durch diesen Sintervorgang ein dichter Körper mit einem geringen Porenvolumen unter etwa 10 % des Gesamtvolumens und geringer mittlerer Korngröße von unter etwa 5 Nt, insbesondere von 2 ti oder weniger, entsteht.
  • Bei der Einwaage der Ausgangsstoffe braucht, worauf besonders hingewiesen sei, hinsichtlich des Verhältnisses von Nickel zu Zirkon nicht darauf geachtet zu werden, daß die beiden Stoffe wie im angegebenen Beispiel etwa in stöchiometrisch gleichen Mengen in dem Körper enthalten sind; der Anteil des Nickels kann vielmehr von dem des Zirkons verschieden sein. Beispielsweise empfiehlt es sich, den Anteil des Zirkons etwas größer zu machen als den Anteil des Nickels, so daß die Ausgangszusammensetzung auf 1 Mol Ni etwa die doppelte Molzahl Zr enthält.
  • Zum homogenen Einbau des Nickels in das Gitter des Bariumtitanats hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wie schon oben erwähnt, nicht dem fertigen Titanatpulver aus BaTi03 das Nickeloxyd oder insbesondere Nickeloxyd-Zirkondioxyd (NiO - ZrO2) zuzusetzen, sondern den Einbau des Nickels in das Perowskitgitter des Bariumtitanats bereits beim Umsetzen des Bariumcarbonats mit dem TiO2 zu Bariumtitanat zu bewirken. Es kann jedoch auch Nickeloxyd oder eine Nickelverbindung, insbesondere zusammen mit Zr02, einem vorher umgesetzten Bariumtitanat hinzugefügt werden. Vorteilhafter aber ist es, um einen geringeren Ausschuß bei der Fertigung zu haben, das Nickeloxydpulver zusammen mit Zirkondioxydpulver den Ausgangsstoffen für die Bildung des Bariumtitanats zuzufügen und diese Zusätze gemeinsam mit diesen Ausgangsstoffen zusammen durch Erhitzen umzusetzen. Nach dem Umsatz wird dann, wie geschildert, der so entstandene Stoff nochmals fein gemahlen unter Verwendung von Plastifizierungsmitteln, wie z. B. von Kohlenwasserstoffen, zu Körpern verpreßt und anschließend gesintert.
  • Das Dielektrikum nach der Erfindung besitzt im Vergleich zu denjenigen Dielektrika, die im ferroelektrischen Bereich betrieben werden, also z. B. gegenüber reinem Bariumtitanat, einen wesentlich geringeren Verlustwinkel (tg8). Diese Verringerung beruht zum großen Teil darauf, daß die Hystereseschleife sich auch dort, wo sie sich nach überschreiten der kritischen Feldstärke EK öffnet, nur in wesentlich geringerem Maße öffnet als bei den ferroelektrischen Dielektrikas.
  • In der Zeichnung ist eine solche Hystereseschleife qualitativ dargestellt. Es ist die Polarisation P gegenüber der Feldstärke E aufgetragen. Unterhalb 1 EK I ist P eine lineare Funktion von E; also die Dielektrizitätskonstante E wegen P = (1- a) # E feldunabhängig. Oberhalb J EK I ist s feldabhängig; in diesem Bereich ist das Dielektrikum ferroelektrisch. Da diese ferroelektrischen Zustände jedoch nur unter äußerem Feld stabil sind, tritt in jeder Schleife im Mittelbereich wieder antiferroelektrisches Verhalten auf. Die hieraus resultierende Einschnürung des Mittelbereichs ist gegen Einflüsse jeder Art (Spannungsalterung, zeitweilige Temperaturänderung) äußerst stabil, so daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Substanzen leicht von den ferroelektrischen Substanzen .unterschieden -werde können; die eine ähnliche, jedoch instabile Einschnürung der Hystereseschleife durch Alterungseffekte zeigen.
  • Das Auftreten des ferroelektrischen Zustandes bei überschreiten eines kritischen Feldes EK in an sich antiferroelektrischen Substanzen ist für den erfinderischen Zweck dann nachteilig, wenn EK kleiner ist als die Feldstärken; die bei normaler Wechselfeldbelastung im Kondensator auftreten. Um AK möglichst groß zu machen, muß der ferroelektrische Zustand energetisch, gegenüber dem antiferroelektrischen benachteiligt werden. Dies wird erreicht durch die erwähnte Führung der Sinterung in der Weise, daß das gesinterte Dielektrikum eine Korngröße unter 5 [, besser unter 2 w aufweist.
  • Aus diesen Gründen eignet sich der Kondensator besonders als Wechselstrom- und insbesondere auch als Hochfrequenzkondensator. Zugleich hat das gesinterte Dielektrikum durch das wie ein Flußmittel wirkende zweiwertige Zusatzmetall (Ni), eventuell auch durch das Zusammenwirken des zweiwertigen (Ni) mit dem vierwertigen Zusatzmetall (Zr) ein sehr kleines Porenvolumen, d. h: eine sehr große Dichte. Dies in Verbindung mit der Feinkörnigkeit der Kristallstruktur des gesinterten Dielektrikums hat zur Folge, daß das Material eine sehr hohe Durchschlagsfeldstärke besitzt, die etwa 120 kV/cm beträgt. Man kann deshalb den Kondensator auch für hohe Spannungen, und zwar sowohl für hohe Gleich- als auch für hohe Wechselspannungen verwenden, bei denen im Dielektrikum hohe Feldstärken bis fast zu der angegebenen Durchschlagsfeldstärke auftreten. So empfiehlt sich z. B: der Kondensator auch als Erdungskondensator bei Hochfrequenzsendern.
  • Besonders geeignet sind Dielektrika dieser Art für Störschutzkondensatoren. Ein Störschutzkondensatar ist so zu dimensionieren, daß für die an ihn' anzulegende Betriebswechselspannung der ihn durchfließende Blindstrom nicht zu groß wird. Hieraus folgt eine obere Grenze für seine bei der (verhältnismäßig hohen) Betriebswechselspannung wirksame Kapazität. .
  • Andererseits sollen die (verhältnismäßig schwachen) hochfrequenten Störspannungen möglichst gut über den Kondensator kurzgeschlossen werden. Das heißt, daß der Kondensator für diese geringen Spannungen und bei diesen hohen Frequenzen im gesamten Anwendungstemperaturbereich eine möglichst hohe Kapazität aufweisen soll.
  • Zusammenfassend ergibt sich hieraus als Bedingung für Störschutzkondensatoren, daß der Quotient wobei C."., = Maximum der Kapazität für hohe Wechselspannungen und niedrige Frequenzen (Betriebspannung, Betriebsfrequenz) im Anwendungstemperaturbereich und C"1" = Minimum der Kapazität für kleine Wechselspannung und hohe Frequenzen (Störspannungen, Störfrequenzen) im Anwendungstemperaturbereich möglichst klein sein sollen. (Es sei bemerkt, daß Cmax und Cmt" nach dieser Definition in der Regel bei verschiedenen Temperaturen liegen.) Von der Frequenzabhängigkeit dieses Quotienten p kann man in erster Näherung absehen.
  • Bei Kondensatoren mit üblichen (nicht ferroelektrischen) Dielektrika ist p praktisch gleich 1. Will man sich die hohen DK ferroelektrischer Dielektrika zunutze machen, so muß man nach dem Stand der Technik einen p-Wert wesentlich größer als 1 in Kauf nehmen. Andererseits wird gerade für einen Störschutzkondensator ein p-Wert möglichst wenig größer als 1 angestrebt. Als Richtwert sei beispielsweise p = 1,4 genannt (gemessen bei Betriebsfeldstärke 6 kV/cm, Betriebsfrequenz 50 Hz, »Störfeldstärke« 10 V/cm, »Störfrequenz« 800 Hz im Anwendungstemperaturbereich von 10 bis 100° C).
  • Vergleicht man nun diese Bedingungen mit den Eigenschaften der bekannten ferroelektrischen Dielektrika (Bariumtitanate u. dgl.), so ergibt sich beispielsweise unter Bezug auf einen Temperaturbereich zwischen 10 und 100° C, daß sie i. a. p-Werte der Größenordnung 2 bis 3 aufweisen. Am ehesten genügen unter den vorhandenen Massen diejenigen der gestellten p-Bedingung, deren DK verhältnismäßig niedrig ist.
  • Dagegen wird bei einem Dielektrikum nach der Erfindung, das neben Bariumtitanat 2 Molprozent Nickeltitanat enthält, ein p-Wert < 1,6 erzielt.
  • Dieser p-Wert kann nun sogar praktisch gleich 1 gemacht werden, wenn die Feldstärke, die die hohe Wechselspannung niedriger Frequenz (Betriebsspannung, Betriebsfrequenz) im Dielektrikum hervorruft, etwa gleich oder kleiner ist als die kritische Feldstärke j EK 1, bei deren Überschreiten sich die Hystereseschleife zu öffnen beginnt.
  • Unabhängig hiervon ist festzustellen, daß ferroelektrische Dieiektrika in Störschutzkondensatoren infolge der dort herrschenden großen Feldstärken starken elektrostriktiven Beanspruchungen ausgesetzt sind und daher rasch altern, viel weniger hingegen die Dielektrika nach der Erfindung.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Elektrischer Kondensator mit antiferroelektrischen Eigenschaften, dessen Dielektrikum Stoffe mit Perowskitstruktur auf Titanatbasis der Zusammensetzung Meii - Meiv - O., und Metalloxydzusätzeenthält,dadurch gekennzeichnet, daß 0,2 bis 3 Molprozent (bezogen auf die Molmenge der perowskitbildenden Bestandteile) an Metalloxyden solcher Metalle im Perowskitkörper anwesend sind, die wie Nickel bevorzugt zwei-und dreiwertige Oxyde zu bilden vermögen; und daß deren Metallionen zweiwertig in das Perowskitgitter eingebaut sind.
  2. 2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Dielektrikum neben den das Perowskitgitter bildenden Bestandteilen (z. B. Ba und Ti) und den Zusatzmetallen, die wie Nickel bevorzugt zwei- und dreiwertige Oxyde zu bilden vermögen, noch der Ionenradienkompensation dienende vierwertige Metalle in Mengen bis zu 10 Molprozent enthält, die bei vom Innenradius des zweiwertigen Perowskitbestandteiles abweichendem Radius des zweiwertig in das Perowskitgitter eingebauten Zusatzmetalls einen demgegenüber vom Innenradius des vierwertigen Perowskitbestandteiles im entgegengesetzten Sinne abweichenden lonenradius besitzen.
  3. 3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Bariumtitanat als Dielektrikum mit zweiwertig in das Perowskitgitter eingebautem Nickel als vierwertiges Zusatzmetall Zirkon enthält, wobei die Molmenge des Zirkons (bezogen auf die Molinenge des Bariumtitanats) der Molmenge des Nickels gleich oder größer als sie ist.
  4. 4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Molmenge des Zirkons (bezogen auf die Molmenge des Bariumtitanats) um das Doppelte größer als die Molmenge des Nickels ist.
  5. 5. Kondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Molinengen der vierwertigen Metalle mindestens gleich, insbesondere bis etwa 5 % größer ist als die Summe der Molmengen der zweiwertigen Metalle.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der zweiwertige Einbau der Metallionen in das Perowskitgitter durch etwa 2stündiges Erhitzen der Ausgangsstoffe bei etwa 1000° C in oxydierender Atmosphäre bewirkt wird und danach nach bekannten keramischen Methoden der Kondensatorkörper unter Anwendung oxydierender Bedingungen bei der Sinterung erzeugt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechende Mengen Bariumcarbonat (BaCOs), Titanoxyd (Ti0$), Nickeloxyd, insbesondere NiO", und gegebenenfalls Zirkonoxyd (ZrOE) oder ein Doppeloxyd aus Nickel und Zirkon (Ni0 - ZrO2) miteinander vermischt und in oxydierender Atmosphäre bei etwa 1000° C und einer Haltezeit von etwa 2 Stunden zur Reaktion gebracht werden, daß danach das Produkt gemahlen, insbesondere bis zu Korngrößen unter 2 pm, dann das Pulver unter Verwendung bekannter Plastifizierungsmittel durch Pressen in die gewünschte Form gebracht und bei etwa 1320° C und einer Haltezeit von 10 Minuten in oxydierender Atmosphäre zu einem polykristallinen keramischen Körper mit höchstens etwa 10 04, insbesondere höchstens etwa 5 % des Gesamtvolumens betragenden Porenvolumen und einer mittleren Korngröße kleiner als 5 Nm, insbesondere kleiner als 2 #tm, gesintert wird. B. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vermahlene Reaktionsprodukt von seiner Weiterverarbeitung mit Magnesiumtitanat vermischt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 574 577; Zeitschrift angew. Phys., 6 (1954), 9, S. 385 bis 390; Proc. IRE vom Dezember 1955, S. 1738 bis 1793.
DES55615A 1957-10-22 1957-10-22 Elektrischer Kondensator mit antiferro-elektrischen Eigenschaften, dessen Dielektrikum Stoffe mit Perowskitstruktur enthaelt Pending DE1178517B (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES55615A DE1178517B (de) 1957-10-22 1957-10-22 Elektrischer Kondensator mit antiferro-elektrischen Eigenschaften, dessen Dielektrikum Stoffe mit Perowskitstruktur enthaelt
DE1960S0069968 DE1234323B (de) 1957-10-22 1960-08-17 Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators mit antiferroelektrischen Eigenschaften

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES55615A DE1178517B (de) 1957-10-22 1957-10-22 Elektrischer Kondensator mit antiferro-elektrischen Eigenschaften, dessen Dielektrikum Stoffe mit Perowskitstruktur enthaelt

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1178517B true DE1178517B (de) 1964-09-24

Family

ID=7490570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DES55615A Pending DE1178517B (de) 1957-10-22 1957-10-22 Elektrischer Kondensator mit antiferro-elektrischen Eigenschaften, dessen Dielektrikum Stoffe mit Perowskitstruktur enthaelt

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1178517B (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB574577A (en) * 1942-12-08 1946-01-11 Dubilier Condenser Co 1925 Ltd Improvements in or relating to ceramic compositions

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB574577A (en) * 1942-12-08 1946-01-11 Dubilier Condenser Co 1925 Ltd Improvements in or relating to ceramic compositions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010050554B4 (de) Dielektrische Keramikzusammensetzung und elektronische Komponente
DE1614605B2 (de) Kondensatordielektrikum mit inneren Sperrschichten und geringerer Temperaturabhängigkeit
DE2942187A1 (de) Nichtlineares dielektrisches element
DE69923635T2 (de) Piezoelektrische Keramiken
DE69009628T2 (de) Pulverzusammensetzung zum Sintern in eine modifizierte Bariumtitanat halbleitende Keramik.
DE102005061528B4 (de) Piezokeramisches Bauteil mit Bleizirkonattitanat mit Eisen-Wolfram-Dotierung, Verfahren zum Herstellen des piezokeramischen Bauteils und seine Verwendung
DE2437518A1 (de) Dielektrische keramikmasse
DE69000733T2 (de) Ferroelektrisches keramisches material.
DE4343029B4 (de) Dielektrische keramische Zusammensetzung für die Hochfrequenz
DE1116742B (de) Ferroelektrische keramische Mischung fuer ein elektromechanisches Wandlerelement
DE1178517B (de) Elektrischer Kondensator mit antiferro-elektrischen Eigenschaften, dessen Dielektrikum Stoffe mit Perowskitstruktur enthaelt
DE1671165B1 (de) Piezoelektrisches keramik material
DE1771923B1 (de) Calciniertes bariumtitanatpulver und verfahren zu seiner herstellung
DE2930634A1 (de) Verfahren zur herstellung eines dielektrischen materials mit innerhalb des volumens verteilten isolierenden barrieren
DE1185103B (de) Verfahren zur Herstellung eines ferromagnetischen Ferritmaterials
DE3206502A1 (de) Dielektrikum auf der basis von bleititanaten sowie verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung
DE1471483B2 (de) Keramisches dielektrikum
DE1671166B1 (de) Piezoelektrisches keramik-material
DE2430042C3 (de) Keramisches Dielektrikum
DE1935216A1 (de) Piezoelektrisches Keramikmaterial
DE1646776B1 (de) Piezoelektrischer keramikstoff
AT214831B (de) Keramischer Körper, insbesondere zur Verwendung als Kondensatordielektrikum
DE1117766B (de) Keramisches Kondensatordielektrikum mit hoher Dielektrizitaetskonstante und geringerTemperaturabhaengigkeit
DE976584C (de) Verfahren zur Herstellung eines Perowskitstruktur besitzenden Dielektrikums fuer elektrische Kondensatoren oder elektrostriktive Schwinger und Kondensator mit diesem Dielektrikum
DE1671200C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines keramischen Werkstotfes