DE1671200C3 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen Werkstotfes - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines keramischen WerkstotfesInfo
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Description
elsktrikum charakteristische Temperatur- und Feldabhängigkeit
der dielektrischen Eigenschaften aufwobei die letzteren unter bestimi.-.ien Einsaubedin,
gungen unerwünscht sein können und deshalb durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen vermieden werden
sollen. Eine verringerte Abhängigkeit der DK von der Temperatur und eine starke Abflachung des Temperaturmaximums
im Curiepunkt läßt sich aber allein durch das Anion (ALO3) nicht erzielen, sondern ist
nur in Verbindung von Kation und Anion erreichbar. Auf diese Weise gelangt man zu einem Kondensatorwerkstoff
mit einem stabileren Verhalten in bezug auf Spannungs-, Temperatur- und Frequenzabhängigkeit.
Ebenso wie das Curiemaximum ist der untere Umwandlungspunkt bei etwa 100C stark verflacht und
gegenüber reinem Bariumtitanat wen:g verschoben. Aus dem Werkstoff hergestellte Produkte besitzen eine
geringe Wechselfeldstärkeabhängigkeit und können in einem relativ großen Temperaturbereich eingesetzt
werden. Das durch den Aluminatzusatz verhinderte Kristallwachstum bewirkt ein dichtes Gefüge und damit
eine hohe Durchschlagsfestigkeit. Gegenüber bekannten HDK-Massen zeigen Kondensatoren aus dem
erfindungsgemäßen Werkstoff eine Alterung von 5%. Gewisse Nachwirkungserscheinungen bzw. Hystereseverluste,
wie sie bei BaTiO3 durch den Zusatz vor. Al2O3 hervorgerufen werden, treten nicht auf
Aus der Vielzahl der sich bietenden Möglichkeiten haben sich die gewünschten Eigenschaften überraschenderweise
nur bei den Verbindungen des Fe, Mg, Zn, Ni und Mn mit dem Aluminiumrest ergeben.
Daß die Elemente aus verschiedenen Gruppen des Periodensystems stammen und an sich völlig verschiedene
Eigenschaften aufweisen, spricht für das Vorliegen einer erfinderischen Auswahl. Die Erfindung
soll an mehreren Ausführungsbeispielen und an Hand von zwei grafischen Darstellungen näher erläutert
werden.
Bei der Herstellung des Werkstoffes wird von bereits vorgebildetem Bariumtitanat und vorgebildeten AIuminaten
ausgegangen. Titandioxyd und Bariumkarbonat werden in bekannter Weise gemischt und im
brikettierten Zustand bei 1200 bis 13UO0C verglüht.
Die Vorglühtemperatur der Aluminate liegt bei 950 bis 1050°C. Im Verlauf der anschließenden Mahlung
wird dem Bariumtitanat Eisenaluminat in Mengen von
1 bis 10 Gewichtsprozent zugesetzt. Die Masse wird dann zu keramischen Produkten durch Pressen,
Qeßen oder Ziehen verformt und gesintert. Die dielektrischen
Eigenschaften werden durch das verhältnismäßig große Sinterintervall von 1300 bis
1400° C wenig beeinflußt. An Kondensatoren aus einem Versatz mit 98 Gewichtsprozent Bariumtitanat
ίο und 2 Gewichtsprozent Eisenaluminat, Sintertemperatur
13100C, wurden folgende dielektrische Werte gemessen:
DK 2000
tano (bis 800 Hz) 150·
Ru >10»Ω
ίο-4
An Kondensatoren aus einem Versatz mit 94 Gewichtsprozent Bariumtitanat und 6 Gewichtsprozent
Eisenaluminat, Sintertemperatur 131O0C, wurden folgende dielektrische Werte gemessen:
DK 1500
tano (bis 800 Hz) 150· 10 '
Ru >1010Ω.
In den grafischen Darstellungen ist über der Temperatur
die prozentuale Änderung der Kapazität bei Raumtemperatur aufgetragen.
F i g. 1 zeigt die erstrebte Abflachung des Temperaturmaximums
in Curiepunktnähe in Beziehung zu den Verhältnissen bei reinem Bariumtitanat, wie sie
durch die mit »1<< bezeichnete Kurve dargestellt werden. Kurve 2 zeigt die Abflachung der Curiespitze bei einem
Eisenaluminatanteil von 1 Gewichtsprozent, Kurve 3 die bei einem Eisenaluminatanteil von 2 Gewichtsprozent.
Bemerkenswert sind die geringfügigen Kapazitätsänderungen im aufgetragenen Temperaturbereich
von —200C bis +1200C bei dieser Werkstoff zusammensetzung.
In F i g. 2 sind die gleichen Verhältnisse wie in F i g. 1 für Werkstoffzusammensetzungen mit Eisenaluminatanteilen zwischen 3 und 6 Gewichtsprozent angegeben. Die gleiche Abflachung der Curiespitze ist auch in diesen Bereichen noch wirksam.
In F i g. 2 sind die gleichen Verhältnisse wie in F i g. 1 für Werkstoffzusammensetzungen mit Eisenaluminatanteilen zwischen 3 und 6 Gewichtsprozent angegeben. Die gleiche Abflachung der Curiespitze ist auch in diesen Bereichen noch wirksam.
Gleichzeitig fällt jedoch die DK von 2000 auf 1500
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen gelungen, die durch die Tempcraturänderur.geri bei
Werkstoffes auf der Basis von Bariumtitanat mit s Bariumtitanatwerkstoffen auftretenden Kapazitätshoher
Dielektrizitätskonstante (DK), geringer Ab- Schwankungen stark einzudämmen. Ähnliche Erfolge
hängigkeit der DK von der Temperatur und wurden auch mit einer noch nicht zum Stand der
starker Abflachung des Temperaturmaximums in Technik gehörenden Verfahrensweise erzielt, nach der
Curiepunkt, wobei die geringe TempenUurabhän- tetragonalem Bariumtitanat Oxyde, Titanate, Zirkogigkeit
und die Abflachung im Maximum auf dem io nate, Stannate, Niobate, Silikate und Ferrite in Men-Vorhandensein
einer ferroelektrischen und einer gen von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent mit dem Ziel der
antifenoelektrischen Phase im Werkstoff beruhen, Senkung der Temperaturabhängigkeit beigegeben
die in breiten Konzentrationsbereichec keine feste wurden.
Lösung bilden, dadurch gekennzeich- Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen durch
net, daß tetragonalem Bariumtitanat Aluminate «5 Beeinflussung des Kristallwachstums im Sinterprozeß
des Eisens, Magnesiums, Zinks, Nickels und oder durch Einflußnahme auf die chemischen und
Mangans oder Verbindungen dieser Stoffe bei- physikalischen Eigenschaften der Rohstoffe ein güngegeben
werden, die Aluminate bilden, und das stiger Verlauf der Temperaturabhäng/gkeit der DK
Gemisch an Luft bzw. in oxydierender Atmosphäre erreichbar ist. Schließlich sind auch Verfahren bebei
Temperaturen von 1280 bis 1450cC gebrannt 10 kannt, bei denen dem Bariumtitanat Oxyde oder Verwird,
bindungen, wie sie weiter unten aufgeführt sind, zu-
2. Verfahren zur Herstellung eines keramischen gesetzt werden, wodurch der steile Anstieg der DK in
Werkstoffes nach Anspruch 1, dadurch gekenn- der Nähe des Curiepunktes weitgehend beseitigt wird.
zeichnet, daß dem tetragonalen Bariumtitanat Höhe der DK undTempcraturabhängigkeit sind letzten
Eisenaluminat in Mengen von 1 bis 10 Gewichts- 25 Endeb v^n Zusammensetzung und Herstellungsverprozent,
vorzugsweise 2 bis 6 Gewichtsprozent, fahren des keramischen Werkstoffes abhängig. Durch
zugesetzt wird. Zusatz von Stoffen, wie Zcroxyd und Magnesium-
3. Verfahren zur Herstellung eines keramischen titanat, Wismutzirkonat, Eisenzirkonat, Wismutalu-Werkstoffes
nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge- minat, Wismutstannat, lassen sich Werkstoffe mit
kennzeichnet, daß das Gemisch bei Temperaturen 30 hoher DK und geringer Temperaturabhängigkeit hervon
1280 bis 135O°C gebrannt wird. stellen.
Die bekannten Verfahren erweisen sich insofern von
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen Nachteil, daß sie brenntechnisch oft schwer zu be-
C Kapazität herrschen sind. Bei Überschreitung bestimmter Sinter-
°C Grad Celsius 35 bedingungen bilden sich mitunter große Kristalle, so
/ Temperatur daß die geringe Temperaturabhängigkeit wieder ver-
DK Dielektrizitätskonstante lorengeht. Bei der Masseherstcllung muß beachtet
tan ό Verlustfaktor werden, daß beim Sintern keine Reduktion erfolgt,
Rn Isolationswiderstand. welche zur Bildung von leitenden oder halbleitenden
40 Werkstoffen führen kann. Die Reproduzierbarkeit solcher Massen ist deshalb in der Fertigung immer
mit Schwierigkeiten verbunden.
Zweck der Erfindung ist es, die den bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile zu beseitigen bzw. wei-45
testgehend zu vermeiden. Der Erfindung liegt deshalb
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines keramischen Werkstoffes auf der Basis von eines keramischen Werkstoffes auf der Basis von
Bariumtitanat mit hoher Dielektrizitätskonstante(DK), Bariumtitanat mit hoher DK, geringer Abhängigkeit
geringer Abhängigkeit der DK von der Temperatur der DK von der Temperatur und starker Abflachung
und starker Abflachung des Temperaturmaximums im 50 des Temperaturmaximums im Curiepunkt zu ent-Curiepunkt,
wobei die geringe Temperaturabhängig- wickeln, wobei die Erfindung vom Vorhandensein
keit und die Abflachung im Maximum auf dem Vor- einer ferroelektrischen und antiferroelektrischen Phase
handensein einer ferroelektrischen und einer anti- im Werkstoff ausgeht, die in breiten Konzentrationsferroelektrischen
Phase im Werkstoff beruht, die in bereichen keine festen Lösungen bilden,
breiten Konzentrationsbereichen keine feste Lösung 55 Erfindungsgemäß werden dem tetragonalen Barium-' bilden. titanat Aluminate des Eisens, Magnesiums, Zinks,
breiten Konzentrationsbereichen keine feste Lösung 55 Erfindungsgemäß werden dem tetragonalen Barium-' bilden. titanat Aluminate des Eisens, Magnesiums, Zinks,
Es ist bekannt, daß reines Bariumlitanat infolge Nickels und Mangans oder Verbindungen dieser
ungünstiger ferroelektrischer Eigenschaften nicht als Stoffe beigegeben, die Aluminate bilden, und das
Kondensatormaterial verwendbar ist. Bariumtitanat Gemisch wird an Luft bzw. in oxydierender Atmohat
eine sehr hohe DK, die mit steigender Temperatur 60 sphäre bei Temperaturen von 1280 bis 14500C gerasch
wäscht und bei 12O0C ein scharf ausgeprägtes brannt.
Maximum aufweist. Weitere Maxima treten bei etwa Zwar ist bereits bekannt, daß der Zusatz von Al2O3
+ 100C und —700C auf. Diese Maxima deuten auf die dielektrischen Eigenschaften von BaTiO3 beein-Phasenumwandlungen
hin. Während das Barium- flußt, jedoch ist bekanntlich BaTiO3 allein nur sehr
titanat oberhalb 1200C kubisch kristallisiert, erfolgt 65 bedingt als Kondensatorenwerkstoff geeignet. Erst
bei den anderen Maxima der Übergang vom tetrago- durch den Zusatz anderer Stoffe oder Stoffsysteme,
nalen zum orthorhombischen bzw. vom orthorhorn- beispielsweise von Stinnaten, Zirkonaten und Titabischen
zum rhomboedrischen Gitter. naten, treten hohe DK-Werte und die für ein Ferro-
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEV0029290 | 1965-09-07 | ||
| DEV0029290 | 1965-09-07 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1671200A1 DE1671200A1 (de) | 1971-10-28 |
| DE1671200B2 DE1671200B2 (de) | 1975-05-07 |
| DE1671200C3 true DE1671200C3 (de) | 1976-01-15 |
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