DE1269023B - Keramisches Dielektrikum - Google Patents
Keramisches DielektrikumInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
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Anmeldetag:
Auslegetag:
C04b
Deutsche Kl.: 80 b-8/131
P 12 69 023.2-45
16. Mai 1964
22. Mai 1968
16. Mai 1964
22. Mai 1968
Keramisches Dielektrikum
Die Erfindung betrifft keramische Dielektrika insbesondere für Kondensatoren, die überragende elektrische
Eigenschaften, wie eine hohe Dielektrizitätskonstante, sehr niedrige dielektrische Verluste und
ausgezeichnete Temperaturzuverlässigkeit, aufweisen.
Dielektrika für Kondensatoren müssen vor allem hohe Werte der Dielektrizitätskonstante und gleichzeitig
eine Stabilität gegen Temperaturschwankungen aufweisen. Weiter wird ein niedriger Wert für den
dielektrischen Verlust gefordert. Außerdem müssen die Dielektrika hohe Spannungen ertragen können
und einen hohen elektrischen Isolierwiderstand aufweisen. Ferner ist es erwünscht, daß die Dielektrika
leicht und bei möglichst niedriger Temperatur verglasbar sind.
Bariumtitanat-Dielektrika haben weite Verbreitung gefunden. Sie haben jedoch den Nachteil, daß, wie
aus A b b. 8 zu ersehen, die Dielektrizitätskonstante in Umgebung des Curie-Punktes bei etwa 120° C zu
einem sehr hohen Maximum scharf ansteigt. Deshalb konnten Bariumtitanat-Dielektrika für viele Anwendungen,
wo eine gute Beständigkeit gefordert wird, bisher nicht gebraucht werden.
Es wurden viele Versuche unternommen, um die Temperaturcharakteristik der Dielektrizitätskonstante
zu verbessern. Zum Beispiel wurde Bariumzirkonat und/oder Strontiumtitanat dem Bariumtitanat zugemischt.
Hierdurch konnte man den Curie-Punkt zu niedrigeren Temperaturen verschieben. Der Zusatz
von Calcium- und/oder Magnesiumtitanat bewirkt eine geringere Veränderlichkeit der Dielektrizitätskonstante
bei Temperaturwechsel. Mit den bekannten Verbesserungsversuchen konnte jedoch der Temperaturgang
der Dielektrizitätskonstante nicht befriedigend ausgeglichen werden. Außerdem wurden durch die
genannten Zusätze die Dielektrizitätskonstante erniedrigt und die dielektrischen Verluste erhöht, so daß
die praktische Verwendbarkeit solcher Stoffe stark begrenzt ist.
Trotz dieser Schwierigkeiten war man bemüht, Bariumtitanat nutzbar zu machen, da es eine ungewöhnlich
hohe, bei anderen Stoffen selten gefundene Dielektrizitätskonstante aufweist. Zum Beispiel behandelt
Acta Techn. Akad. Sei., Hung., 5 (2), S. 207 bis 218 (1952), die Struktur sowie die ferroelektrischen
und dielektrischen Eigenschaften von festen Lösungen von BaTiO3 — RTiO3, worin R Be, Mg, Ca, Zn, Sr,
Cd oder Pb sein kann. Wenn R in der festen Lösung Be ist, dann ist bei einem BaTiO3-Gehalt von 50 Molprozent
die Sintertemperatur verhältnismäßig niedrig. Sie erreicht jedoch eine Höhe von 1350° C bei einem
BeTiO3-Gehalt von 25°/0. Hohe Sintertemperaturen
Anmelder:
TDK Electronics Co., Ltd. Tokio
Vertreter:
Dr. G. Lotterhos und Dr.-Ing. H. Lotterhos,
Patentanwälte, 6000 Frankfurt, Annastr. 19
Als Erfinder benannt:
Kunio Honma, Akita-ken (Japan)
Beanspruchte Priorität:
Japan vom 18. Mai 1963 (26 019)
haben neben dem Energieaufwand den Nachteil, daß die Temperaturverteilung im Ofen ungleichmäßig ist,
der Ofen eine kürzere Lebenszeit hat und daß der gebrannte Körper ungleichmäßige elektrische Eigenschaften
sowie einen niedrigeren Isolierwiderstand bekommt. Bei hohem BeTiO3-GeImIt wird die Dielektrizitätskonstante
zu niedrig. Wenn man den Gehalt auf 25 Molprozent verringert, erreicht die Dielektrizitätskonstante die relative Höhe von 760,
jedoch ist dann ihre Temperaturabhängigkeit zu groß. Beim Curie-Punkt bei 118°C hat die Dielektrizitätskonstante
den Maximalwert von 2500. Bei allen beschriebenen Stoffen ist der Temperaturkoeffizient
der Dielektrizitätskonstante positiv. Dies ist erwünscht, denn die Verwendungsmöglichkeiten von dielektrischem
Material mit positiven Temperaturkoeffizienten sind stark eingeschränkt.
Aufgabe der Erfindung war es, ein Bariumtitanat-Dielektrikum herzustellen, das bei hoher Dielektrizitätskonstante
eine vorteilhafte Temperaturcharakteristik und niedrigen dielektrischen Verlust hat und
bei niedriger Sintertemperatur herstellbar ist. Es wurde gefunden, daß dies bei einer Mischung von
Bariumtitanat und Berylliumtitanat unter Zusatz von Wismutstannat erreicht werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist ein keramisches Dielektrikum, das durch Sinterung eines Gemisches von
65 bis 97,5 Molprozent BaTiO3, 1 bis 34 Molprozent BeTiO3 und 1 bis 20 Molprozent Bi2(Sn03)3 hergestellt
ist.
Zur Herstellung kann man mit Vorteil ein Gemisch äquimolarer Mengen von BaCO3 und TiO2 bei 1280° C
und ein Gemisch äquimolarer Mengen von BeO und TiO2 bei 1150° C brennen, dann mit Bi2O3 und SnO2
und einer geringen Menge eines Mineralbildners, wie
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La2O3, vermischen und nach Formung des gewünsch- TiO2 und Brennen bei 11500C ei'n rohes Beryllmmten
Körpers sintern. titanat hergestellt, bei dem dessen Struktur noch nicht
Bei dem Mischungsverhältnis müssen die ange- vollständig ausgebildet ist. Diese beiden Rohmaterigebenen
Grenzen eingehalten werden, denn es wurde alien wurden mit Wismut(III)-oxyd und Zinn(IV)-oxyd
folgendes gefunden: 5 vermischt. Dann wurde eine geringe Menge eines
Wenn der Gehalt an BaTiO3 unterhalb 65 Mol- Mineralbildners, wie La2O3-, zugegeben. Die einzelnen
prozent liegt, wird die Dielektrizitätskonstante kleiner Komponenten wurden in solchen Mengen zugegeben,
als 350. Bei mehr als 97,5 Molprozent beträgt die daß die fertige Mischung 85,9 Molprozent BaTiO3,
Änderung der Dielektrizitätskonstante mehr als 4,5 Molprozent BeTiO3 und 9,6 Molprozent Bia(Sn03)3
±10%. Wenn der Gehalt an BeTiO3 unter 1 Mol- io enthielt. Nach Zugabe einer geringen Menge eines
prozent liegt, erreicht man nicht die durch diesen Mineralisators, wie La2O3, wurde diese Mischung
Zusatz erzielbare Verbesserung des Temperaturgangs geformt und zu einem keramischen Körper gesintert,
der Dielektrizitätskonstante. Bei mehr als 34 Mol- Das Dielektrikum hatte folgende Eigenschaften:
Prozent erhält man_ eine niedrigere Dielektrizitäts-- Dielektrizitätskonstante (e):.:."..... 882
konstante und dxe Verglasung wird- schwierig da die 15 Dielektrischer Verlust (tg«5) 1,2%
Sintertemperatur beschrankt ist. Wem der Gehalt an isolierwiderstand 2,2 2,5
Wismutstannat unter 1 Molprozent hegt, ist der Temperaturgang
der Dielektrizitätskonstante mit mehr als Die Änderung der Dielektrizitätskonstante mit
±10 %, bezogen auf 25° C, schlecht. Wenn der Gehalt Bezug auf 25° C ist in A b b. 6 gezeigt.
20 Molprozent überschreitet, sinkt die dielektrische ao Wie die Werte für Dielektrizitätskonstante, dielek-Konstante auf 350. . irischen Verlust und tg<5 (%) vom Mischungsverhältnis
20 Molprozent überschreitet, sinkt die dielektrische ao Wie die Werte für Dielektrizitätskonstante, dielek-Konstante auf 350. . irischen Verlust und tg<5 (%) vom Mischungsverhältnis
Das Dreiecksdiagramm der A b b. 1 zeigt die abhängen, ist aus den Diagrammen der A b b. 1
Beziehungen zwischen dem Mischungsverhältnis und und 2 zu entnehmen,
der Dielektrizitätskonstanten. Die Eigenschaften verschiedener erfindungsgemäß
der Dielektrizitätskonstanten. Die Eigenschaften verschiedener erfindungsgemäß
Das Dreiecksdiagramm der Abb. 2 zeigt die 25 hergestellter dielektrischer Körper sind in der Tabelle
Beziehungen zwischen dem Mischungsverhältnis und aufgeführt. Der elektrische Isolierwiderstand IR
dem dielektrischen Verlust. # bezieht sich auf ΙΟ5 ΜΩ unter 500 V (Sek.). AUe
Die A b b. .3 bis 7 zeigen die Änderung der Di- Messungen wurden bei einer Frequenz von 1 Kiloelektrizitätskonstante mit Bezug auf 25° C. Die hertz durchgeführt.
Kurven der A b b. 3 bis 7 entsprechen den in der 30 Aus der Tabelle und den A b b. 1 und 2 ist zu
Tabelle aufgeführten Probennummern 3, 7, 11, 12 ■ entnehmen, daß dielektrische Körper gemäß der
und 14. Erfindung hohe Werte für die Dielektrizitätskonstante
Abb. 8 zeigt den Temperaturgang der Dielek- und niedrige Werte für die dielektrischen Verluste
trizitätskonstante des bekannten Bariumtitanat-Di? aufweisen. Die hervorragende Temperaturcharakte-
elektrikums. 35 ristik gibt ihnen eine große Beständigkeit bei wechseln-
Beispiel den Temperaturen. Aus diesen Stoffen lassen sich
Kondensatoren von geringen Abmessungen herstellen,
Durch Mischung äquimolarer Mengen von BaCO3 die eine äußerst niedrige Induktanzbeanspruchung
und TiO2 und Brennen bei 12800C wurde ein rohes aufweisen.
Bariumtitanat hergestellt, bei dem die Bariumtitanat- 40 Aus der Tabellenspalte für ε und aus den A b b. 3
struktur noch nicht vollständig ausgebildet ist. Ebenso bis 7 ist ersichtlich, daß die Temperaturstabilität der
wurde durch Mischen äquimolarer Mengen BeO und dielektrischen Körper ausgezeichnet ist.
| Mischungsverhältnis Molprozent |
BeTiO3 | Bi2(SnO3), | Mineral büdner La8O3 |
Bei Raumtemperatur | ε | Lg δ | IR | Änderung der | 0C | maximum | 0C | Sinter temperatur |
|
| Probe XT- |
5,0 | 1,0 | 2172 | % | Sekunden | 85 | negativ | -30 | |||||
| .LNr. | 4,9 | 1,4 | Gewichts | 2123 | 3,07 | 9,7 bis 12,0 | Dielektrizitätskonstante ε (—30+ 850Q |
85 | Vo | -30 | |||
| BaTiO3 | 4,9 | 1,7 | prozent | 2116 | 2,62 | 9,7 bis 14,5 | maximum | 0 | -9,5 | 75 | 0C | ||
| 94,0 | 9,8 | . 1,7 | 0,2 | 2090 | 1,88 | 7,5 bis 10,4 | positiv | 2 | -6,6 | 60 | 1220 | ||
| 1 | 93,7 | 9,8 | 1,9 | 0,2 | 1800 | 1,82 | 7,5 bis 8,0 | % | -30 | -4,3 | 55 | 1220 | |
| 2 | 93,4 | 9,7 | 2,6 | 0,2 | 1225 | 2,00 | 6,9 bis 8,8 | 9,7 | -30 | -4,2 | 85 | 1240 | |
| 3 | 88,5 | 19,6 | 2,0 | 0,2 | 892 | 1,55 | 4,3 bis 5,6 | 7,0 | -10 | -1,6 | 60 | 1240 | |
| 4 | 88,3 | 29,5 | 1,5 | 0,2 | 983 | 2,18 | 2,0 bis 3,0 | 2,6 | -20 | -5,7 | 85 | 1220 | |
| 5 | 87,7 | 4,8 | 4,2 | 0,2 | 1100 | 2,08 | 4,5 bis 5,5 | 4,4 | -30 | -2,8 | 85 | 1220 | |
| 6 | 78,4 | 9,6 | 4,3 | 0,2 | 935 | 1,1 | 2,8 bis 3,1 | 6,7 | -30 | -9,5 | 85 | 1240 | |
| 7 | 69,0 | 28,9 | 3,6 | 0,2 | 408 | 1,1 | 2,5 bis 2,8 | 8,1 | -30 | -7,6 | 85 | 1260 | |
| 8 | 91,0 | 4,5 | 9,6 | 0,2 | 886 | 0,95 | 2,2 bis 2,5 | 4,0 | -13 | -7,3 | 85 | 1140 | |
| 9 | 86,1 | 9,0 | 9,9 | 0,2 | 750 | 1,2 | 2,2 bis 2,5 | 6,1 | -20 | -6,0 | 85 | 1140 | |
| 10 | 67,5 | 18,2 | 8,8 | 0,2 | 385 | 1,1 | 2,4 bis 2,9 | 5,1 | —30 | -5,7 | 85 | 1130 | |
| 11 | 85,9 | 4,3. | 14,1 | 0,2 | 597 | 0,8 | 2,0 bis 2,4 | 5,3 | -30 | -5,7 | 85 | 1130 | |
| 12 | 81,1 | 8,5 | 14,6 | 0,2 | 705 | 0,9 | 2,2 bis 2,6 | 3,8 | -10 | -7,2 | 85 | 1130 | |
| 13 | 73,0 | 4,0 | 19,8 | 0,2 | 440 | 1,5 | 2,6 bis 2,8 | 1,7 | -30 | -7,6 | 85 | 1150 | |
| 14 | 81,6 | 0,2 | 0,9 | 2,2 bis 2,2 | 2,8 | -4,5 | 1140 | ||||||
| 15 | 76,9 | 0,2 | 4,2 | -8,1 | 1120 | ||||||||
| 16 | 76,2 | 0,2 | 4,3 | 1160 | |||||||||
| 17 | 1,1 | ||||||||||||
| 3,7 | |||||||||||||
Claims (1)
1. Keramisches Dielektrikum auf Basis von Bariumtitanat, dadurch gekennzeichnet,
daß es durch Sinterung eines Gemisches von 65 bis 97,5 Molprozent BaTiO3,1 bis 34 Mol-Prozent
BeTiO3 und 1 bis 20 Molprozent Bi2(SnOs)3
hergestellt ist.
2, Herstellung eines Dielektrikums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch
äquimolarer Mengen von BaCO3 und TiO2
bei 128O0C und ein Gemisch äquimolarer Mengen von BeO und TiO2 bei 1150° C gebrannt, dann mit
Wismut(III)-oxyd und Zinn(IV)-oxyd und einer geringen Menge eines Mineralbildners, wie La2O3,
vermischt werden, worauf nach Formung des gewünschten Körpers die Sinterung erfolgt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Acta Techn. Akad. Sei., Hung., 5 (2), S. 207 bis (1952).
Acta Techn. Akad. Sei., Hung., 5 (2), S. 207 bis (1952).
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
809 550/420 4.58 © Bundesdruckerei Berlin
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|---|---|---|---|
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