DE2445087C2

DE2445087C2 - Für die Herstellung eines Kondensators bestimmter Keramikkörper und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2445087C2
Application number: DE2445087A
Authority: DE
Inventors: Truman Clifford Niagara Falls N.Y. Rutt; James Albert Lewiston N.Y. Stynes
Original assignee: Tam Ceramics LLC
Current assignee: Tam Ceramics LLC
Priority date: 1973-09-24
Filing date: 1974-09-20
Publication date: 1985-11-21
Also published as: ES449442A1; FR2245064A1; SE7800029L; SE7800031L; CA1032236A; IL45511A0; DE2445087A1; CH586993A5; IE40175L; SE7411925L; JPS5725972B2; SE7800030L; IE40175B1; ES449443A1; ES430300A1; PH13422A; PH24123A; JPS5060506A; IN144212B; NL162776B

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

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.

Beispiel 1

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.

Beispiel 2

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

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.

Beispiel 3

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-

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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% _wj_rd 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

Patentansprüche:

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.