DE2445087C2 - Für die Herstellung eines Kondensators bestimmter Keramikkörper und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Für die Herstellung eines Kondensators bestimmter Keramikkörper und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen einstückigen, gesinterten, für die Herstellung eines Kondensators bestimmten Keramikkörper
mit einer Vielzahl übereinanderliegender dünner Plättchen aus dichtem keramischen Material, die
mindestens an den Randbereichen miteinander versintert sind und bei denen innere ieere Bereiche zwischen
zwei gegenüberliegenden Oberflächen der Plättchen vorhanden «ind und einen dazwischenliegenden dünnen
Hohlraum bilden, der jeweils nach außen offen ist.
Ein derartiger Keramikkörper und ein Verfahren zu seiner Herstellung sind aus der DE-OS 22 18 170 bekannt
In seiner einfachsten Form besteht ein keramischer Kondensator aus einem relativ dünnen Plättchen der
gewünschten Form und Größe, das man durch Brennen einer dielektrischen Keramikmasse erhält und das auf
den gegenüberliegenden Oberflächen mit Elektroden versehen ist. In vielen Fällen ist es jedoch erwünscht,
einen Kondensator zu verwenden, der eine Vielzahl derartiger Plättchen aufweist, zwischen denen leitende
Schichten vorgesehen sind, wobei alternierende leitende Schichten an die gleichen Seitenflächen des Kondensators
herangeführt und dort, beispielsweise mit einer Abschlußelektrode, elektrisch verbunden sind.
Gemäß einem bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Keramikkondensatoren wird eine elektrodenbildende Paste aus einem Edelmetall, wie Platin oder Palladium, auf die obere Fläche eines kleinen, üblicherweise gegossenen, dünnen Plättchens aus einer geeigneten dielektrischen Keramikzusammensetzung, die mit Hilfe eines organischen Bindemittels vorübergehend gebunden ist, derart aufgetragen, daß sich die Elektrodenpaste nur bis zu einer Kante des Plättchens erstreckt und an den drei anderen Kanten ein freier Seitenrand bleibt. Dann wird eine Vielzahl der in dieser Weise bcschichteten Plättchen so aufeinandergestapelt, daß die aufeinanderfolgenden Plättchen um eine senkrecht durch die Ebene des jeweiligen Plättchens verlaufende Achse gedreht angeordnet werden. Dadurch erstreckt sich die Elektrodenpaste bei aufeinanderfolgenden Plättchen jeweils bis zu einander gegenüberliegenden Kanten des Stapels. Der Stapel wird dann in geeigneter Weise verfestigt und erhitzt, um die organischen Bindemittel des Keramikplättchens und der elektrodenbildenden Paste auszutreiben oder zu zersetzen und die dielektrische Masse zu einem einstückigen, vielschichtigen Körper zu sintern, der aufeinanderfolgende Elektroden aufweist, die jeweils bis an einander gegenüberliegende Seiten des Körpers herangeführt sind. Die an
Gemäß einem bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Keramikkondensatoren wird eine elektrodenbildende Paste aus einem Edelmetall, wie Platin oder Palladium, auf die obere Fläche eines kleinen, üblicherweise gegossenen, dünnen Plättchens aus einer geeigneten dielektrischen Keramikzusammensetzung, die mit Hilfe eines organischen Bindemittels vorübergehend gebunden ist, derart aufgetragen, daß sich die Elektrodenpaste nur bis zu einer Kante des Plättchens erstreckt und an den drei anderen Kanten ein freier Seitenrand bleibt. Dann wird eine Vielzahl der in dieser Weise bcschichteten Plättchen so aufeinandergestapelt, daß die aufeinanderfolgenden Plättchen um eine senkrecht durch die Ebene des jeweiligen Plättchens verlaufende Achse gedreht angeordnet werden. Dadurch erstreckt sich die Elektrodenpaste bei aufeinanderfolgenden Plättchen jeweils bis zu einander gegenüberliegenden Kanten des Stapels. Der Stapel wird dann in geeigneter Weise verfestigt und erhitzt, um die organischen Bindemittel des Keramikplättchens und der elektrodenbildenden Paste auszutreiben oder zu zersetzen und die dielektrische Masse zu einem einstückigen, vielschichtigen Körper zu sintern, der aufeinanderfolgende Elektroden aufweist, die jeweils bis an einander gegenüberliegende Seiten des Körpers herangeführt sind. Die an
don linden des Körpers freiliegenden Elektroden werden
dann in üblicher Weise mit einer Abschlußelektrode elektrisch verbunden.
Wegen der Notwendigkeit, bei dem genannten Verfahren
innere Elektroden aus Edelmetall zu verwenden, sind derartige einstückige Keramikkondensatoren kostspielig.
Billigere Silberelektroden, wie sie häufig für andere Keramikkondensatoren verwendet werden, sind
im allgemeinen für solche Kondensatoren rucht geeignet,
da das I λ Form einer Elektrodenpaste aufgetragene Silber während des Brennnens zur Herstellung der Keramik
hohen Temperaturen ausgesetzt und hierdurch beeinträchtigt wird. Deshalb besteht ein Bedürfnis für
ein Verfahren zur Herstellung von einstückigen Kondensatoren, bei dem es nicht erforderlich ist, Edelmetal-Ic
oder andere sehr kostspielige Metalle zu verwenden.
Ein Verfahren dieser Art ist in der eingangs genannten DE-OS 22 18 170 beschrieben. Dort ist die Bildung
eines Keramikkörpers aus alternierend abgeordneten Schichten aus dichtem und aus porösem Keramikmaterial
sowie das anschließende Abscheiden eines billigen leitenden Metalls in die porösen Schichten angegeben.
Obwohl auf diesem Weg sehr zufriedenstellende, relativ preisgünstige, einstückige Kondensatoren herstellbar
sind, hat es sich in gewissen Fällen ais problematisch erwiesen, das Metall in den Innenelektroden kontinuierlich
auszubilden. Weiterhin ist es erwünscht, insbesondere wenn für hohe Frequenzen einzusetzende Kondensatoren
hergestellt werden sollen, den Elektrodenwiderstand so niedrig wie möglich zu halten.
In der US-PS 28 75 501 ist ein Verfahren zur Herstellung
eines dielektrischen Keramikkörpers beschrieben. Dieser wird dadurch gebildet, daß man auf Textilendlosfäden
eine Keramikmasse abscheidet, die Fäden koplanar und parallel zueinander anordnet und die Keramikmasse
durch Brennen verfestigt, wobei die Fäden zerstört werden und im Keramikkörper zueinander parallel
zylindrische Hohlräume zurückbleiben.
Aus der US-PS 29 39 059 kann entnommen werden, daß sich die aus der US-PS 28 75 501 bekannten Keramikkörper
zur Herstellung von Kondensatoren eignen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Keramikkörper der eingangs genannten Art anzugeben,
bei dem die Hohlräume für das Elektrodenmaterial so beschaffen sind, daß die fertigen Elektroden einen geringcren
elektrischen Widerstand und eine größere Kontinuität aufweisen. Aufgabe der Erfindung ist es ferner,
ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Keramikkörpers anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Keramikkörper der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß in jedem Hohlraum mindestens ein Stützkörper aus Keramik oder Metall vorhanden ibt, der sich
zwischen den den Hohlraum bildenden gegenüberliegenden Oberflächen zweier Keramikplättchen erstreckt
und diese berührt, wobei sich der Stützkörper über die gesamte Höhe des Hohlraums, in dem er verwendet
wird, hinweg erstreckt, und daß die Stützkörper, wenn eine Vielzahl davon vorhanden ist, einzeln und voneinander
getrennt angeordnet sind, und nicht mehr als 40% des Volumens des Hohlraums ausmachen.
Bevorzugte Ausführungsformen des Keramikkörpers und seiner Herstellung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Somit ist es ohne weiteres möglich, ein leitendes Matcrial, wie ein Metall, in die Hohlräume des Kermikkörpers
einzuführen, dann abwechselnd ununterbrochene, leitende Schichten und dielektrische Keramikschichten
aufweist Die inneren Elektroden des so erhaltenen Kondensators besitzen einen geringen Widerstand, da
die Hohlräume zwischen den dielektrischen Schienten nur in geringem Umfang Hindernisse enthalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung und der Beispiele erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine Schnittansicht eines aus einem Keramikkörper hergestellten Kondensators;
F i g. 2 eine Ansicht eines Schnitts durch den Kondensator gemäß F i g. 1 längs der Linie 2-2;
F i g. 3 eine vergrößerte, perpektivische Ansicht von zwei Plättchen aus einer Keramikzusammensetzung mit
jeweils einer aufgebrachten Zwischenschicht, die sich beim Brennen der Keramik verflüchtigt;
F i g. 4 eine Teildraufsicht auf ein Plättchen aus einer Keramikzusammensetzung mit einer in Form eines Musters
aufgebrachten Zwischenschicht, die sich beim Brennen der Keramik verflüchtigt;
F i g. 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines aus einer Vielzahl von Plättchen gemäß F i g. 3 zusammengefügten
und dann verfestigten sowie gesinterten Keramikkörpers; und
F i g. 6 eine vergrößerte Ansicht eines gebundenen, zusammengesetzten Keramikkörnchens, das als Stützkörper
geeignet ist
In der Zeichnung sind gewisse relative Abmessungen übertrieben wiedergegeben. Teile und Prozentangaben
beziehen sich auf das Gewicht.
Der Keramikkörper bzw. der daraus herstellbare Kondensator kann wie folgt erhalten werden:
Man stellt eine Vielzahl dünner Plättchen aus einer fein verteilten Keramikzusammensetzung her, die man
unter Verwendung eines sich in der Hitze verflüchtigenden Bindemittels, zum Beispiel eines Harzes oder eines
Cellulosederivats, zubereitet. Die Keramikzusammensetzung ist so ausgewählt, daß sie beim Sintern eine
dichte dielektrische Schicht bildet. Solche Zusammensetzungen sind vielfach bekannt und schließen zum Beispiel
Bariumtitanat, das gegebenenfalls mit Mitteln zum Modifizieren der Dielektrizitätskonstante und/oder anderer
Eigenschaften vermischt sein kann, sowie viele andere Keramikmassen ein. Dann trägt man auf jedes
der Plättchen eine dünne Zwischenschicht auf, die im wesentlichen aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden
Material besteht, in dem eine geringe Menge von Keramik- und/oder Metallkörnchen dispergiert sind, die
eine solche Größe aufweisen, daß sie sich im wesentlichen über die gesamte Dicke der Zwischenschicht hinweg
erstrecken. Diese Schichten können vorgebildet sein, werden jedoch vorzugsweise dadurch hergestellt,
daß man auf die Plättchen eine flüssige oder pastenförmige Masse aufträgt, was durch Aufmalen oder durch
Siebdrucken erfolgt. Das sich in der Hitze verflüchtigende Material dieser Zwischenschichten kann ein geeignetes
brennbares und/oder flüchtiges, organisches, filmbildendes Material sein, besteht jedoch vorzugsweise
aus einer Mischung aus feinen brennbaren und/oder flüchtigen Teilchen, die mit einem derartigen filmbildenden
Material gebunden sind. Die Keramik- und/oder Metall-Körnchen können mit dem filmbildenden Material
der Zwischenschichten vermischt und darin dispergiert werden.
Die Zwischenschichten besitzen eine geringere Fläche als die dünnen Keramikplättchen. auf die sie aufgetragen
werden, und jede Zwischenschicht hai eine solche Form, daß über den größten Teil ihres Umfangs auf
dem Keramikplättchen ein Rand freigelassen wird, während ein Teil der Zwischenschicht sich bis zu dem Rand
des Plättchens erstreckt, auf dem sie abgeschieden ist. Vorzugsweise sind die Schichten von gleicher Größe.
Dann wird eine Vielzahl der Plättchen aus der Keramikzusammensetzung
aufeinandergestapelt, wobei die die Körnchen enthaltenden Zwischenschichten zwischen
den Plättchen angeordnet und dann verfestigt werden. Das Verfestigen kann durch Maßnahmen erfolgen,
welche auf die verwendeten Materialien abgestimmt sind, zum Beispiel durch Verpressen, Erhitzen
und/oder Verwenden eines Lösungsmittels. Die Plättchen und die Zwischenschichten werden in dem Stapel
so angeordnet, daß sich aufeinanderfolgende Zwischenschichten zu verschiedenen Randbereichen des verfestigten
Stapels hin erstreckender Hauptteil der Ränder eines jeden Plättchens jedoch mit den Rändern der angrenzenden
Plättchen des Stapels in Berührung steht. Dann wird der verfestigte Stapel aus den Plättchen und
den Zwischenschichten gebrannt, um die sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien zu entfernen und die
Keramikzusammensetzung zu sintern. Hierbei wird ein einheitlicher gesinterter Keramikkörper gebildet, der
eine Vielzahl von dünnen Schichten aus dichtem dielektrischem Material aufweist, die an den Randbereichen
verbunden sind, jedoch voneinander über wesentliche Bereiche ihrer einander gegenüberliegenden Oberfläche
voneinander getrennt sind und dazwischenliegende Hohlräume aufweisen, die lediglich durch ein oder mehrere
einzelne Stützkörper aus Keramik und/oder Metall unterbrochen sind, die im wesentlichen getrennt voneinander
angeordnet sind, wenn eine Vielzahl davon vorhanden ist.
An den Randbereichen des gesinterten Körpers, bis zu denen sich die Zwischenschichten erstreckten, befinden
sich öffnungen, die in die Hohlräume zwischen den aneinander angrenzenden Keramikschichten führen.
Durch diese Öffnungen kann ein leitendes Material, wie ein Metall, mittels eines geeigneten Verfahrens, zum
Beispiel gemäß der DE-OS 22 18 170, in die Hohlräume eingeführt werden. Dann erhält man einen Keramikkörper,
an dem in beliebiger V/eise Abschlußelektroden befestigt werden können, so daß sich ein Kondensator
ergibt Dieser kann gewünschtenfalls eingekapselt werden, nachdem Leitungsdrähte an diesen Abschlußelektroden
befestigt worden sind.
Durch vierstündiges Vermählen in einer Kugelmühle stellt man eine Dispersion der folgenden Zusammensetzung
her:
400 g eines dielektrischen Pulvers (aus 96 Gewichtsteilen BaTiO3 und 4 Gewichtsteilen
CeÜ2 · ZrO2, jeweils mit einer durchschnittlichen
Teilchengröße von 1 bis 2 μΐη
4 g Diäthylenglykol-Iaurat
30 g Butylbenzylphthalat und
120 ml Toluol.
Nach dem Vermählen gibt man die Dispersion zu einer Lösung, die man durch Auflösen von 37 g Äthylcellulose
in 180 ml Toluol erhalten hat, und rührt gründlich.
Dann entlüftet man die Mischung und bildet aus der Mischung auf einer glatten Glasplatte mittels einer Rakel
einen etwa 100 mm χ 1500 mm großen Film. Der nach dem Trocknen eine Dicke von etwa 0,045 mm aufweisende
Film wird abgenommen und in kleine, rechtekkise Plättchen zerschnitten, die jeweils etwa
10 mm χ 20 mm groß sind.
Dann kann man eine sich in der Hitze verflüchtigende Zusammensetzung zum Abscheiden einer Zwischenschicht
auf den in der obigen Weise gebildeten Plättchen dadurch herstellen, daß man 25 g fein verteilten
Kohlenstoff mit 50 g einer 50%igen Lösung eines mit Phenol modifizierten Kolophoniumesterharzes in einem
hochsiedenden, aliphatischen Naphtha mit einer Kauri-Butanol-Zahl
von 33,8 auf einer Dreiwalzenmühle vermischt. Zu dieser Masse gibt man 20 g der in der F i g. 6
dargestellten Keramikkörnchen, die eine Größe /wischen 20 ,um und 37 μηι haben und in der weiter unten
angegebenen Weise aus Bariumtitanatpulver erhallen worden sind. Dann wird die Viskosität der Masse durch
Vermischen mit weiterem Naphtha auf einen für den Siebdruck geeigneten Wert gebracht. Die erhaltene
Masse oder die sogenannte Druckfarbe wird nach dem Siebdruckverfahren auf eine Seite eines jeden Plättchens
aus der dielektrischen Zusammensetzung mit ciner Schichtdicke aufgedruckt, die nach dem Trocknen
eine Dicke von etwa 0,01 mm ergibt. Es sollte darauf geachtet werden, daß man zur Bildung der die Körnchen
enthaltenden Zwischenschichten Bestandteile verwendet, die das Bindemittel der Plättchen aus dem dielektrischen
Material nicht lösen oder zu sehr erweichen. Vorzugsweise verwendet man als Lösungsmittel
aliphatische Naphthas, die eine niedrige Kauri-Butanol-Zahl
(von etwa 35) und eine ausreichend geringe Verdampfungsgeschwindigkeit aufweisen, so daß die
Druckfarbe zwischen den Druckvorgängen das Drucksieb nicht verstopft. Die Körnchen enthaltende, sich in
der Hitze verflüchtigende Zwischenschicht aus der Druckfarbe wird derart auf jedes der Plättchen aus dem
dielektrischen Material aufgetragen, daß die Zwischenschicht sich bis zu einem Rand des Plättchens erstreckt,
jedoch auf dessen anderen Seiten einen ausreichenden Rand freiläßt.
Die bedruckten Plättchen werden dann ausgerichtet und in Gruppen von zehn Plättchen derart aufeinandergestapelt
daß die Plättchenränder, bis zu denen sich die aufgedruckten Zwischenschichten erstrecken, alternierend
zu gegenüberliegenden Seiten des Stapels zeigen. Dann werden oben und unten auf den Stapel nicht-bedruckte
Plättchen aufgelegt wonach der Stapel durch Anwendung eines Druckes von etwa 102 bar bei einer
Temperatur von etwa 85°C während einer Minute verfestigt
wird. Man erhält einen zusammenhängenden Körper. Dieser wird dann zum Entfernen der darin enthaltenen,
sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien und zum Sintern der Keramikzusammensetzung erhitzt.
Um einen möglichen Bruch der Körper wahrend des Brennens auszuschließen, werden diese zunächst langsam
in der Luft erhitzt, um die in der Hitze flüchtigen Bestandteile zu beseitigen, und anschließend bei höherer
Temperatur gebrannt wodurch kleine, zusammenhängende, gesinterte Keramikkörper gebildet werden,
die jeweils eine Vielzahl von dünnen Schichten aus dichtem, dielektrischem Keramikmaterial aufweisen, welche
an einer Vielzahl von Randbereichen miteinander verbunden sind und zwischen denen dünne Hohlräume vorhanden
sind, die lediglich durch einzelne Stützkörper aus Keramik unterbrochen sind, die im wesentlichen alle
voneinander getrennt das heißt in einem Abstand voneinander, angeordnet sind. Jeder der Hohlräume ist über
eine an einer Seite des Keramikkörpers vorliegende Öffnung zugänglich, da bei dem grünen, d. h. noch nicht
gebrannten Körper die aufgedruckten Zwischenschichten aus dem körnchenhaltigen, sich in der Hitze vcr-
flüchtigenden Material sich bis zu einem Rand des jeweiligen
PlüUchcns aus der dielektrischen Zusammensetzung erstreckten. Da die bedruckten Plättchen derart
aul'einandcrgcstapelt wurden, daß sich die körnchenhalligen
Zwischenschichten jeweils alternierend bis zu der gleichen Seite des Stapels hin erstreckten, liegen die
Öffnungen der aufeinaderfolgenden Hohlräume in dem gesinterten Keramikkörper jeweils auf gegenüberliegenden
Seiten dieses Körpers.
Ein geeignetes Aufheizschema zur Entfernung der sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien aus dem
ungebrannten Körper ist im folgenden angegeben:
Bis zu 1600C | 2 Stunden |
160° C bis 220° C | 10 Stunden |
220"Cbis225°C | 12 Stunden |
225° C bis 3100C | 20 Stunden |
310°Cbis314°C | 4 Stunden |
bei 4000C | 1 Stunde |
bei 5000C | 1 Stunde |
bei 6000C | 1 Stunde |
Nach Durchlaufen des obigen Aufheizschemas wird die Temperatur auf 1370° C gesteigert und während 1,25
Stunden beibehalten, um die Keramikkörper zu sintern.
Nach dem Abkühlen der gesinterten Keramikkörper können die darin vorhandenen Hohlräume mit einem
leitenden Material, vorzugsweise einem Metall, gefüllt werden, wozu man beispielsweise die Methode gemäß
der DE-OS 22 18 170 anwenden kann. Dann werden die Abschlußelektroden in geeigneter Weise aufgebracht,
was nach dem Fachmann geläufigen Methoden erfolgt. Alternativ kann man zunächst die Abschlußelektroden
anbringen und dann die Hohlräume mit Metall füllen.
In den F i g. 1 und 2 ist in vergrößertem und teilweise
übertriebenem Maßstab ein monolithischer Kondensator dargestellt, wie er nach dem oben beschriebenen
Verfahren aus dem Keramikkörper hergestellt werden kann. Der Kondensator 11 weist Schichten 13 aus dielektrischem
keramischem Material auf, zwischen denen sich Zwischenschichten 15 aus leitendem Material
befinden, die als innere Elektroden dienen. Diese Elektroden sind derart angeordnet, daß die aufeinanderfolgenden
Elektroden sich bis zu gegenüberliegenden Seitenflächen des Kondensators erstrecken, wobei die
Gruppe von Elektroden, die auf jeder Seitenfläche freilicgcn, mittels Abschlußelektroden 17 elektrisch miteinander
verbunden werden. Wo kein dazwischenliegendes leitendes Material vorhanden ist, sind die dielektrischen
Keramikschichten miteinander verbunden, wie es die Bezugsziffer 19 verdeutlicht Sie sind natürlich auch
durch die (nicht dargestellten) Stützkörper aus Keramik miteinander verbunden, die in die Zwischenschichten
eingebracht wurden.
In der Fig.3 sind in vergrößertem Maßstab zwei
Plättchen 31,33 aus keramischem, dielektrischem Material wiedergegeben, das mit einem sich in der Hitze
verflüchtigenden Bindemittel gebunden ist, und auf denen jeweils eine Zwischenschicht 35 aufgetragen ist, die
aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material besteht, in dem eine Vielzahl von Keramikkörnchen dispcrgiert
ist. Es ist zu ersehen, daß sich die auf dem Plättchen 31 vorhandene Zwischenschicht 35 bis zu dem
vorderen Rand des Plättchens erstreckt, jedoch an den Seilcnkanten und an der hinteren Kante des Plättchens
einen Rand freiläßt, während tlie auf dem Plättchen 33
vorliegende Zwischenschicht 35 sich bis zu der hinteren Kante des Plättchens erstreckt und an den Seiten und
der vorderen Kante des Plättchens einen Rand freiläßt. Wenn somit eine Vielzahl mit Keramikschichten 35 versehene
Plättchen 31,33 abwechselnd aufeinandergestapelt,
verfestigt und gebrannt wird, befinden sich die Öffnungen der Hohlräume, die sich durch das Entfernen des
sich in der Hitze verflüchtigenden Materials der Zwischenschicht 35 in dem sich ergebenden Sinterkörper
bilden, auf gegenüberliegenden Seiten des Keramikkörpers.
In der Fig.5 ist in noch stärker vergrößertem Maßstab
der Aufbau eines gebrannten Keramikkörpers wiedergegeben, der als Matrix für die Herstellung eines
monolithischen Kondensators geeignet ist. Die Schichten 37 bestehen aus dem dielektrischen Material und die
dazwischen vorliegenden, durch das Entfernen des sich in der Hitze verflüchtigenden Materials der Zwischenschichten
35 gebildeten Hohlräume 39 sind, mit Ausnahme der Stützkörper 41, frei von Hindernissen.
Die einstückigen Kondensatoren können gemäß dem vorstehenden Beispiel hergestellt werden. Es ist jedoch bevorzugt, wenn eine beträchtliche Anzahl von Kondensatoren hergestellt werden soll oder die einzelnen Kondensatoren sehr klein sind ein Verfahren anzuwenden, bei dem eine Vielzahl von ungebrannten Körpern aus Keramikmaterial gleichzeitig hergestellt und gleichzeitig gesintert wird. Ein solches Verfahren wird in dem folgenden Beispiel 2 beschrieben.
Die einstückigen Kondensatoren können gemäß dem vorstehenden Beispiel hergestellt werden. Es ist jedoch bevorzugt, wenn eine beträchtliche Anzahl von Kondensatoren hergestellt werden soll oder die einzelnen Kondensatoren sehr klein sind ein Verfahren anzuwenden, bei dem eine Vielzahl von ungebrannten Körpern aus Keramikmaterial gleichzeitig hergestellt und gleichzeitig gesintert wird. Ein solches Verfahren wird in dem folgenden Beispiel 2 beschrieben.
Unter Anwendung der dielektrischen Keramikzusammensetzung und des dafür verwendeten provisorischen
organischen Bindemittels, wie sie in dem vorhergehenden Beispiel beschrieben sind, werden in der dort
beschriebenen Weise Plättchen mit den Abmessungen 50 mm χ 75 mm hergestellt, die nach dem Trocknen eine
Dicke von etwa 0,05 mm aufweisen. Unter Anwendung der in Beispiel 1 verwendeten Druckfarbe werden
die Körnchen enthaltenden, sich in der Hitze verflüchtigenden Zwischenschichten in Form eines sich wiederholenden
Musters auf die Plättchen aufgedruckt. Nachdem der Auftrag getrocknet ist, wobei sich ein Film mit einer
Dicke von etwa 0,01 mm ergibt, werden die bedruckten Plättchen ausgerichtet und in Gruppen von zehn Plättchen
aufeinandergestapelt, wobei das aufgedruckte Filmmuster des folgenden Plättchens jeweils in bezug
auf das vorhergehende Plättchen versetzt angeordnet wird. Dann werden Blöcke gebildet, indem man die aufeinandergestapelten
Plättchen verfestigt, wobei vorzugsweise ein oder mehrere nicht bedruckte Plättchen
auf die Oberseite und die Unterseite des Stapels aufgebracht werden und das Verfestigen dadurch erfolgt, daß
man während etwa einer Minute bei einer Temperatur von etwa 85° C einen Druck von etwa 102 bar auf den
Stapel ausübt In dieser Weise erhält man einen ungebrannten,
festen Block, der mit geeigneten Vorrichtungen, beispielsweise Messern, in kleinere Blöcke zerteilt
wird.
Die Art und Weise, in der dies geschieht, ergibt sich deutlicher aus der F ΐ g. 4. Ein (etwas vergrößertes und schematisch dargestelltes) großes Plättchen 51 aus einem keramischen dielektrischen Material ist vorübergehend mit einem sich in der Hitze verflüchtigenden Bindemittel gebunden. Die auf dem Plättchen 51 angeordneten, rechteckigen Elemente 53 bestehen aus Zwischenschichten aus eienm Körnchen enthaltenden, sich in der Hitze verflüchtigenden Material, das auf dem Plättchen abgeschieden worden ist, beispielsweise mit
Die Art und Weise, in der dies geschieht, ergibt sich deutlicher aus der F ΐ g. 4. Ein (etwas vergrößertes und schematisch dargestelltes) großes Plättchen 51 aus einem keramischen dielektrischen Material ist vorübergehend mit einem sich in der Hitze verflüchtigenden Bindemittel gebunden. Die auf dem Plättchen 51 angeordneten, rechteckigen Elemente 53 bestehen aus Zwischenschichten aus eienm Körnchen enthaltenden, sich in der Hitze verflüchtigenden Material, das auf dem Plättchen abgeschieden worden ist, beispielsweise mit
Hilfe des Siebdruckverfahrens. Bei der Bildung eines
Stapels derartiger bedruckter Plättchen, die nach dem Austreiben des flüchtigen Materials einen großen Block
ergeben, werden alle Plättchen derart ausgerichtet, daß die darauf vorhandenen Elemente 53 vertikal längs zwei
gegenüberliegenden Seiten des Blocks ausgerichtet sind, wobei jedoch die Elemente aufeinanderfolgender
Plättchen derart versetzt sind, daß nur jeweils die Elemente 53 des übernächsten Plättchens mit dem ersten
Plättchen vertikal fluchten. Dies ist in der Fig.4 durch
die mit gestrichelten Linien dargestellten Bereiche 55 wiedergegeben, die für die versetzten Elemente 53 auf
den Plättchen oberhalb und unterhalb des in der F i g. 4 wiedergegebenen Plättchens 51 gelten. Nach der Verfestigung
der bedruckten Plättchen zu einem (nicht gezeigten) ungebrannten, großen Block, wird dieser zum
Beispiel durch Schnitte längs der Linien 57 und 59 in eine Vielzahl kleinerer, ungebrannter, keramischer
Blöcke zerteilt, in denen die Elemente 53 alternierend bis an gegenüberliegende Seiten des jeweiligen Blocks
herangeführt sind.
Die kleineren Blöcke werden in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise erhitzt, um die in der Hitze flüchtigen
Materialien zu entfernen und die dielektrische Masse zu jeweils einem einheitlichen Keramikkörper zu sintern,
der dielektrische Keramikschichten aufweist, die durch dazwischen vorliegende dünne Hohlräume getrennt
sind, wobei diese Hohlräume lediglich durch einzelne Stützkörper unterbrochen sind, welche getrennt
voneinander angeordnet sind. Durch geeignete Verfahrensweisen kann ein leitendes Material, vorzugsweise
ein Metall, dann in die Hohlräume eingebracht werden, wonach Abschlußelektroden an beiden Seiten des Keramikkörpers
vorgesehen werden, um die bis an diese Seiten heranreichenden leitenden Schichten elektrisch
miteinander zu verbinden. In dieser Weise erhält man sehr zufriedenstellende monolithische Kondensatoren.
Ein modifiziertes Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung einer Vielzahl von Keramikkörpern ist im folgenden
beschrieben.
Man verwendet die in Beispiel 2 angegebenen Materialien und Verfahrensweise zur Bildung ungebrannter
Blöcke, wobei man von Plättchen aus einer dielektrischen Masse ausgeht, die dünne Filme oder Elemente
aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material umfassen, in dem Körnchen aus Metall und/oder Keramik
enthalten sind. Anstatt den Block in eine Vielzahl von ungebrannten kleineren Blöcken zu unterteilen,
wird der gesamte P-lock erhitzt um die in der Hitze
flüchtigen Materialien zu entfernen und das Keramikmaterial zu sintern. Die Aufheiz- und Sinter-Bedingungen
entsprechen im wesentlichen den obigen Angaben. Wegen der größeren Masse der großen Blöcke kann
jedoch eine längere Behandlungszeit erforderlich sein, um ein sauberes Sintern zu erreichen. Nach dem Sintern
werden die Blöcke, beispielsweise mit einer Diamantsäge, zu den gewünschten Keramikkörpern zerteilt, indem
man die Blöcke längs der in der F i g. 4 dargestellten Linien 57,59 durchschneidet
Obwohl die in den vorhergehenden Beispielen verwendeten dielektrischen Materialien modifizierte Bariumtitanatzusammensetzungen
sind, können auch andere bekannte, keramische, dielektrische Massen verwendet werden. Beispielsweise kann man ΤΪΟ2, Glas, Steatit
und Bariumstrontiumniobat sowie Bariumtitanat verwenden, wobei in an sich bekannter Weise die Brennbedingungen
verändert werden, um ein befriedigendes Sintern zu erreichen. Es ist selbstverständlich, daß beim
Einsatz von Materialien mit höheren oder niedrigeren Dielektrizitätskonstanten die Kapazitäten und anderen
Eigenschaften der erhaltenen Kondensatoren sich verschieden einstellen.
Auch die Zusammensetzung der Körnchen enthaltenden Zwischenschichten kann selbstverständlich verändert
werden. Die Körnchen können aus einem geeigneten Keramikmaterial oder aus einem hochschmelzcnden,
oxidationsbeständigen Metall, wie Palladium, Platin, Gold oder Legierungen .'.. on, gebildet werden. Keramikmaterialien,
die zur Herstellung der Körnchen eingesetzt werden können, sind Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid
und Bariumtitanat. Da es jedoch im allgemeinen von Bedeutung ist, eine Reaktion zwischen den
Körnchen und dem dielekrischen Keramikmaterial zu verhindern, da hierdurch die dielektrischen Eigenschaften
des letzteren verändert werden könnten, sind Keramikmaterialien, die schmelzen oder mit dem dielektrischen
Material reagieren, nicht geeignet. In den meisten Fällen ist es bevorzugt, ein Material zu verwenden, das
die gleiche Zusammensetzung hat we das dielektrische
Material. Wie oben bereits erwähnt, sollten die Körnchen eine solche Größe aufweisen, daß sie sich im wesentlichen
über die gesamte Dicke der Schicht, in der sie verwendet werden, hinweg erstrecken. Die Anzahl oder
die Menge der in den Schichten vorhandenen Körnchen kann in breitem Maße variieren, in Abhängigkeit von
der Anzahl der Stützkörper, die in den Hohlräumen erwünscht sind. Sehr zufriedenstellende Ergebnisse erzielt
man, wenn man als Körnchen kleine, keramische Aggregate verwendet
In F i g. 6 ist in stark vergrößertem Maßstab ein derartiges keramisches Aggregat vor dem Brennen dargestellt.
Die Keramikteilchen 71 sind mit einem in der Hitze flüchtigen Bindemittel 73 miteinander verbunden.
Diese Aggregate können in einfacher Weise beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß man eine Mischung
aus fein verteiltem, keramischem, dielektrischem Material, wie es für die dielektrischen Plättchen verwendet
wird, und einem temporären Bindemittel, wie es für die Herstellung der dielektrischen Plättchen verwendet
wird, bereitet und die Mischung trocknen läßt Dann wird die Masse zerkleinert und die verbundenen Aggregate
der gewünschten Größe werden durch Aussieben gewonnen. Diese Aggregate können unter geeigneten
Bedingungen gebrannt werden, so daß die darin enthaltenen einzelnen Keramikteilchen zusammensintern. Es
zeigt sich jedoch, daß, wenn man ungebrannte Aggregate der vorbeschriebenen Art als Körnchen verwendet
das Sintern der Keramikteilchen in den Aggregaten gleichzeitig mit dem Sintern des dielektrischen Keramikmaterials
der Plättchen erfolgt Dabei ergeben sich kaum Probleme dadurch, daß durch die Verwendung
unterschiedlicher Materialien ein ungleichmäßiges Schrumpfen eintritt Es besteht keine Gefahr einer
schädlichen Reaktion zwischen den Körnchen und dem dielektrischen Material, unabhängig davon, ob die Aggregate
in gebranntem oder nicht gebranntem Zustand vorliegen. Da die Art des temporären, sich in der Hitze
verflüchtigenden Bindemittels, das zur Bildung der genannten Aggregate verwendet wird, nicht besonders
kritisch ist (obwohl es nicht in dem Lösungsmittel löslich sein sollte, das zum Abscheiden der Zwischenschichten
verwendet wird), kommen für dieses Bindemittel viele Materialien in Frage, zum Beispiel jene, die für die di-
11
elektrischen Keramikplättchen eingesetzt werden, men mit derartigen teilchenförmigen Materialien zur
Die aus den erfindungsgemäßen Keramikkörpern Bildung der Zwischenschichten verwendet werden könherstellbaren
Kondensatoren können sehr verschiedene nen, sind Äthylcellulose, Acryloidharze und Polyvinylal-Größen
aufweisen. Es können ohne weiteres Kondensa- kohol. Ein geeignetes Lösungsmittel für das filmbildentoren
mit den Abmessungen 5 de Material wird in einer solchen Menge verwendet, daß
2,0 mm χ 3,0 mm χ 0,9 mm mit zwanzig dielektrischen die Masse die gewünschte Viskosität erhält.
Keramikschichten mit einer Dicke von etwa 0,03 mm Die Funktion der Stützkö-per besteht darin, die Hohl-
und neunzehn inneren Elektroden mit einer Dicke von räume oder Kanäle der erfindungsgemäß gebrannten
etwa 0,01 mm hergestellt werden, obwohl auch größere Körper zu stützen, wodurch die Druckfestigkeit der Ke-Kondensatoren
möglich sind. Im allgemeinen ist es er- 10 ramikkörper gesteigert und die Gefahr eines Bruches
wünscht, die dielektrischen Schichten und die Elektro- bei der Handhabung verkleinert wird. Offensichtlich vaden
so dünn wie möglich zu machen, da eine geringere riiert die Anzahl der Stützkörper, die notwendig ist, um
Menge des kostspieligen dielektrischen Materials ver- zu der gewünschten Festigkeit zu führen, mit der Größe
wendet wird und die Kapazität pro Volumeneinheit des und der Form der Hohlräume in dem Keramikkörper.
Kondensators gesteigert wird, wodurch der Raumbe- 15 Um in den Hohlräumen eine offene Struktur aufrechtrfarf
des Kondensators in einem Schaltkreis vermindert zuerhalten, sollten die Stützkörper nicht mehr als 40%
wjrd des Volumens des Hohlraums ausmachen, wobei in den
Es ist selbstverständlich, daß eine oder mehrere zu- meisten Fällen 10% oder weniger erwünscht sind. Wenn
sälzliche dielektrische Keramikplättchen auf die Unter- der Hohlraum sehr klein ist, kann in der Tat nur ein
seite und/oder die Oberseite eines Stapels aus alternie- 20 einziger Stützkörper ausreichen. Wenn die Stützkörper
rend angeordneten dielektrischen Plättchen und Körn- mittels keramischer oder metallischer Körnchen in der
chen enthaltenden Zwischenschichten aufgebracht wer- Zwischenschicht gebildet werden, sind sie natürlich staden
können. Dies erfolgt häufig zu dem Zweck, den tistisch angeordnet. Sie sollten jedoch so weit voneinan-K
undensatoren eine zusätzliche mechanische Festigkeit der getrennt angeordnet sein, daß sie kein wesentliches
zu verleihen und/oder deren Dicke einzustellen. 25 Hindernis für das Eindringen des leitenden Materials in
Es sei noch erwähnt, daß das in den Beispielen 1 und 2 die Hohlräume darstellen. Daher sollte die Konzentraangegebene
Verfahren noch modifiziert werden kann. tion der Körnchen in der Zwischenschicht nicht größer
Zum Beispiel kann man anstelle des Aufdruckens der sein als diejenige Konzentration, die zur Erzielung der
Körnchen enthaltenden Zwischenschicht auf die unge- gewünschten Festigkeit notwendig ist.
brannten Keramikplättchen zwischen diese Plättchen 30
kleine Stückchen eines vorgebildeten, in der Hitze zer- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
setzbaren Kunststoffilms geeigneter Größe und Form, der dispergierte Metall- und/oder Keramikkörnchen
und feines, brennbares Material enthält, legen, wenn der Pläuchenstapel aufgebaut wird. Als weiteres Alternativverfahren
kann die Zwischenschicht auf beide Seiten eines gebundenen, dielektrischen oder isolierenden Keramikmaterials
aufgetragen werden, wodurch es überflüssig wird, solche Zwischenschichten auf die in dem
Stapel darüber- und darunterliegenden Plättchen aufzubringen.
Da der Zweck des sich in der Hitze verflüchtigenden Materials der Zwischenschichten darin besteht einen
Träger für die keramikhaiiigen Plättchen zu bilden und
diese zu trennen, bis sie selbst tragend geworden sind, so daß nach dem Brennen die gewünschten Hohlräume in
dem gesinterten Keramikkörper zurückbleiben, sollten die Zwischenschichten die temporär gebundenen Keramikplättchen
nicht beeinträchtigen und so lange vorhanden bleiben, bis die Plastizität der Plättchen so weit
abgenommen hat, daß sie steif geworden sind und sich nichi verformen oder durchhängen und dadurch die
Hohlräume verschließen. Wenn das zum Aufdrucken der Zwischenschichten verwendete filmbildende Material
diesem Erfordernis nicht entspricht, ist es notwendig, ein teilchenförmiges, sich in der Hitze verflüchtigendes
Material zuzusetzen, welches das gewünschte Ergebnis liefert.
Bei der Auswahl eines solchen teilchenförmigen, sich in der Hitze verflüchtigenden Materials ist es jedoch
wichtig, jene Materialien zu vermeiden, die bei dem Verbrennen eine merkliche Menge Achse hinterlassen,
welche Elemente enthält, die für die in den Keramikplättchen verwendete dielektrische Zusammensetzung
schädlich sind. Im allgemeinen sind für diesen Zweck feine Teilchen aus Kohlenstoff oder einem verkohlbaren
Material, wie Stärke und Cellulose, geeignet Bevorzuste filmbildende Materialien dieser Art die zusam-
Claims (11)
1. Einstückiger, gesinterter, für die Herstellung eines Kondensators bestimmter Keramikkörper mit
einer Vielzahl übereinanderliegender dünner Plättchen aus dichtem keramischem Material, die mindestens
an den Randbereichen miteinander versintert sind und bei denen innere leere Bereiche zwischen
zwei gegenüberliegenden Oberflächen der Plättchen vorhanden sind und einen dazwischenliegenden dünnen
Hohlraum bilden, der jeweils nach außen offen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem
Hohlraum (39) mindestens ein Stützkörper (41) aus Keramik oder Metall vorhanden ist, der sich zwischen
den den Hohlraum (39) bildenden gegenüberliegenden "Oberflächen zweier Keramikplättchen
(13; 37) erstreckt und diese berührt, wobei sich der Stützkörper über die gesamte Höhe des Hohlraums
(39), in dem er verwendet wird, hinweg erstreckt, und
, daß die Stützkörper (41), wenn eine Vielzahl davon vorhanden ist, einzeln und voneinander getrennt angeordnet
sind, und nicht mehr als 40% des Volumens des Hohlraums (39) ausmachen.
2. Keramikkörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Hohlraum (39) eine Vielzahl
von Stützkörpern (41) vorhanden ist.
3. Keramikkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkörper (41)
nicht mehr als 10% des Volumens des Hohlraumes (39) ausmachen.
4. Keramikkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach auOen führenden Öffnungen
der Hohlräume (39) alternierend zu gegenüberliegenden Randbereichen des Keramikkörpers verlaufen.
5. Keramikkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (39) dünner
sind als die Keramikschichten (13,37).
6. Keramikkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der Hohlräume
(39) gleich groß sind.
7. Keramikkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material
ein Titanat enthält.
8. Keramikkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Titanat Bariumtitanat ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines einstückigen, für die Herstellung eines Kondensators bestimmten
Keramikkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine Vielzahl dünner Plättchen aus ungebranntem
Keramikmaterial zu einem Stapel geschichtet wird, wobei jeweils zwischen zwei dieser
Keramikplättchen eine Zwischenschicht eingebracht wird, die sich nur in einem Bereich des unterlegten
Keramikplättchens bis zu dessen Rand erstreckt und aus der beim Sintern ein teilweise leerer,
nach einem Randbereidi hin offener Raum entsteht, während an den anderen Randbereichen die Keramikplättchen
miteinander versintern, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenschicht (35) ein sich
in der Hitze verflüchtigendes Material mit einer geringen Menge keramischer und/oder metallischer
Körnchen (71) solcher Größe eingesetzt wird, daß sich die Körnchen (71) über die gesamte Dicke der
Zwischenschicht (35) hinweg erstrecken, und daß der Stapel bei Temperaturen gebrannt wird, die so hoch
liegen, daß das in der Hitze sich verflüchtigende Ma-
terial entfernt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichten (35) so angeordnet
werden, daß aufeinanderfolgende Zwischenschichten (35) sich abwechselnd zu gegenüberliegenden
Randbereichen des Keramikkörpers erstrecken.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß auf jedem Keramikplättchen (51) die Zwischenschicht auf einer Vielzahl von Bereichen
(53,55) aufgebracht wird, daß aus einer Vielzahl der
beschichteten Keramikplättchen (51) ein Stapel gebildet wird, und daß der Stapel entweder erst gebrannt
und dann in kleinere Körper zerteilt wird oder erst in kleinere Körper zerteilt und diese Körper
dann gebrannt werden.
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