DE2459176A1 - Keramische stoffzusammensetzungen mit hohem tonerdegehalt und einem gehalt an mgo-al tief 2 o tief 3 -sio tief 2 oder cao-al tief 2 o tief 3 -sio tief 2 -glas - Google Patents
Keramische stoffzusammensetzungen mit hohem tonerdegehalt und einem gehalt an mgo-al tief 2 o tief 3 -sio tief 2 oder cao-al tief 2 o tief 3 -sio tief 2 -glasInfo
- Publication number
- DE2459176A1 DE2459176A1 DE19742459176 DE2459176A DE2459176A1 DE 2459176 A1 DE2459176 A1 DE 2459176A1 DE 19742459176 DE19742459176 DE 19742459176 DE 2459176 A DE2459176 A DE 2459176A DE 2459176 A1 DE2459176 A1 DE 2459176A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- deep
- matter
- sio
- ceramic
- alumina
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 78
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 67
- 239000004927 clay Substances 0.000 title claims description 25
- 239000011521 glass Substances 0.000 title description 29
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 53
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 31
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 229910018516 Al—O Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims 1
- 210000002105 tongue Anatomy 0.000 claims 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 9
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 4
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 4
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Inorganic materials [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 4
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 3
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 3
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052661 anorthite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWWPLLOVYSCJIO-UHFFFAOYSA-N dialuminum;calcium;disilicate Chemical compound [Al+3].[Al+3].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GWWPLLOVYSCJIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910004762 CaSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000907788 Cordia gerascanthus Species 0.000 description 1
- MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N Di-n-octyl phthalate Natural products CCCCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCCC MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017625 MgSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010067482 No adverse event Diseases 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N aluminum;potassium;oxygen(2-);silicon(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Si+4].[Si+4].[Si+4].[K+] DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
- H01G4/08—Inorganic dielectrics
- H01G4/12—Ceramic dielectrics
- H01G4/1209—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
- H01G4/08—Inorganic dielectrics
- H01G4/12—Ceramic dielectrics
- H01G4/129—Ceramic dielectrics containing a glassy phase, e.g. glass ceramic
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
Aktenzeichen der Anmelderin: FI 973 043
Keramische Stoffzusammensetzungen mit hohem Tonerdegehalt
und einem Gehalt an MgO-Al O3-SiO3 oder
und einem Gehalt an MgO-Al O3-SiO3 oder
Die vorliegende Erfindung betrifft keramische Stoffzusammensetzungen
mit hohem Tonerde— oder Aluminiumoxidgehalt, die einen glasartigen
Sinterhilfsstoff aus dem System MgO-Al2O3-SiO2 oder
CaO-Al2O3-SiO2 enthalten.
CaO-Al2O3-SiO2 enthalten.
Mehrschichtige keramische Strukturen finden insbesondere für
Schaltkreise in Datenverarbeitungsanlagen Anwendung und demgemäß sind an solche Bauelemente oder Baugruppen entsprechend strenge
Anforderungen sowohl von der Verarbeitung her als auch von den
sonst damit zusammenhängenden Forderungen her gesehen, zu erfüllen.
Schaltkreise in Datenverarbeitungsanlagen Anwendung und demgemäß sind an solche Bauelemente oder Baugruppen entsprechend strenge
Anforderungen sowohl von der Verarbeitung her als auch von den
sonst damit zusammenhängenden Forderungen her gesehen, zu erfüllen.
Mehrschichtige keramische Strukturen enthalten meistens eine Anzahl
keramischer Substrate in Kombination mit einer innenliegenden Metallisierung, wobei diese Kombination bei erhöhten Temperaturen
insbesondere im Bereich zwischen 1400 und 1700 0C gesintert worden
ist. Man verwendet dabei im allgemeinen eine Metallisierung, deren Schmelzpunkt höher liegt als die Sintertemperatur und dafür brauchbare hochschmelzende Metalle sind beispielsweise Molyb-
509828/0931
dan oder Wolfram. Der Einsatz hochschmelzender Metalle erfordert
jedoch nicht nur die Verwendung einer reduzierenden Umgebung, sondern auch eine sehr genaue Steuerung des Verfahrens, da der
Partialdruck des Sauerstoffs während des Sintervorgangs niedrig genug gehalten werden muß, um eine Oxidation des Metalls zu verhinaern.
Er darf jedoch nicht so niedrig gehalten werden, daß uie in dem keramischen Material enthaltende Kieselerde in hohem
Maße reduziert wird. Außerdem erfordert der Einsatz hochschmelzender Metalle auch eine sehr eindeutige Kontrolle der physikalischen
Eigenschaften des verwendeten keramischen Materials, damit das keramische Material wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
zwischen Metallisierung und Keramik und den dadurch auftretenden mechanischen Spannungen nicht mechanisch beschädigt oder zerstört
wird.
Außerdem hat man mit solchen reduzierenden Gasen im Stand der Technik die Erfahrung gemacht, daß die keramischen Materialien
zur blasenbildung oder Marmorierung neigen, wenn man nicht die Teilchengröße des keramischen Ausgangsmaterials außerordentlich
genau einhält.
Die US-Patentschrift 3 020 619 offenbart aus Forsterit bestehende keramische Stoffzusammensetzungen, deren wesentliche kristalline
Phase aus 2MgO.SiO„ besteht. Das Material wird z.B. synthetisch
aus Montana-Talkum, geschmolzenem MgO, Kalifeldspat, einem aus Kentucky stammendem Bindeton und ausgefälltem BaCO, hergestellt.
Die US-Patentschrift 3 480 452 offenbart ein Verfahren zum Herstellen
von porenfreiem kristallinen, glaskeramischen Materialien aus zv/ei Fritten, deren eine ein thermisch kristallisierbares
MgO-Al 0--3i0?-Glas und deren andere Phase 10 bis 30 % einer
bindefritte der Formel MgO-CaO-BaO-Al O-SiO« ist, wobei der sich
ergebende Körper eine dichroitische kristalline Phase enthält.
Die US-Patentschrift 3 489 627 offenbart ein Bindemittel und ein Verfahren zum Verbinden von keramischen Strukturen, wobei das
PI973Ü43 S09828/0931
ORIGINAL INSPECTED
Bindemittel im wesentlichen aus CaO, BaO und/oder SiO2 zusammengesetzt
ist, denen MgO, SrO und/oder Alo0_ beigefügt werden können. Dabei liegt der Anteil von Al0O- maximal bei etwa 75 Ge-Wichtsprozent.
Die US-Patentschrift 3 615 763 betrifft gesinterte keramische Gegenstände, die sich als elektrische Isolatoren eignen und die
im wesentlichen aus einem Reaktionsprodukt bestehen, das, aus den Oxiden berechnet, zu ungefähr 94 bis 96, 5 Gewichtsprozent
aus Al3O3 und einer Mischung aus SiO„, CaO und MgO besteht.
Die US-Patentschrift 3 631 131 offenbart ein Verfahren zur erneuten
Verwendung von ungebranntem, gegossenem TonerdesehrOtt, bei
dem Al0O- mit SiO9, MgCO-, CaCO und einem Bindemittel, wie z.B.
Polyvinyl-Butyral zur Bildung einer Sintercharge vermischt werden
kann.
Die US-Patentschrift 3 698 923 beschreibt ein gebranntes, aus Tonerde bestehendes keramisches Material, das im wesentlichen
aus 96 % Al3O3, 2 % CaSiO3 und 2 % MgSiO3 besteht, das bei 1500 0C
gebrannt wurde.
Ein Aufsatz von Miller und andere in Ceramic Bulletin, Band 48, Nr. 8, 1969, Seite 786, offenbart BaO-Al2O3-SiO2-GIaSeI: und
diskutiert diese im einzelnen.
Ein Aufsatz von Floyd in "Journal of the American Ceramic Society,
Band 47, Nr. 11 vom 21. November 1964, diskutiert die Einwirkung
sekundärer, kristalliner Phasen auf die dielektrischen Verluste in Körpern mit hohem Tonerdegehalt und schließt daraus, daß die
Anwesenheit eines der drei Euritporphyre oder Feldspate 2SiO2, CaO'Al2O3«2SiO2 oder SrO'Al2O3-2SiO2 dann hohe dielektrische
Verluste verursachen, wenn sie in Körpern mit hohem Tonerdegehalt vorhanden sind.
Ein Aufsatz von Goodyear und anderen in Ceramic Bulletin, Band
FI 973 043
S 09828/093 1 ORIGINAL INSPECT©
45, Wr. 8, 1966, Seite 706 ff liefert eine Untersuchung des CaO-Al2O3-SiO2-Systems.
Diese Veröffentlichung bezieht sich auf die Bildung von glasierten, keramischen Materialien, wie z.B.
Dichroit oder Kalkfeldspat. Der Charge werden besondere Glasfritten
zusammen mit den übrigen Rohmaterialien beigegeben, woraus sich die gewünschte Gesamtzusammensetzung mit den genauen Bestandteilen
der Phasen, wie Kalkfeldspat oder Dichroit ergibt. Die Zusammensetzung von Kalkfeldspat oder Anorthit und die endgültige
Zusammensetzung des von Goodyear und anderen beschriebenen keramischen Materials ist CaO-AlpO^«2SiO2. Die vorliegende
Anmeldung bezieht sich auf die Bildung von keramischen Stoffen mit hohem Tonerdegehalt, deren Eigenschaften sich jedoch grundlegend
von den Eigenschaften glasierter, keramischer Materialien, wie Kalkfeldspat oder Anorthit unterscheiden.
Caldwell und Gdula haben die Beimischung von Baria, Magnesia und
Kieselerde zu Tonerde als Flußmittel vorgeschlagen. Man hat jedoch im Stand der Technik angenommen, daß zwischen Kieselerde und
alkalinen Erdmetallen ein Verhältnis von etwa 1,5:1 erforderlich war, damit die damit erzeugten Körper wasserundurchlässig,
d.h. von geringer Porösität waren. Diese Zusammensetzungen fallen in einen Bereich des Baria-Magnesia-Kieselerde-Systems und
zeigen die Tendenz zur Phasentrennung an. Die beste der so erzielten Zusammensetzungen ergab die folgende Analysis:
A12O391 %; SiO2 5,60%; MgO 1,90%, BaO 1,50%; F 1,06%. Caldwell
und Gdula zeigen, daß man aus dem System BaO-MgO-SiO2 erzeugte
Gläser zur Herstellung von keramischen Körpern verwenden kann, die sich bis zu einer vernachlässigbaren Wasserabsorption verdichten,
wenn das Verhältnis von Kieselerde zu Alkalierdmetall in dem Glas bei 1,5:1 liegt, das keramische Material aus Al„0^-
Teilchen mit 4p Durchmesser hergestellt und in Luft gebrannt wird. In einer reduzierenden Umgebung und mit einer anderen
Teilchengröße der Tonerde ist das Verhalten der Glasflußmittel jedoch völlig anders und man erhält ganz andere Zusammensetzungen
im Vergleich mit den bereits erwähnten, die sich im Sinne der vorliegenden Erfindung hervorragend eignen. Zusätzlich dazu war
PI 973 O43
5 09 828/093 1
die beste Zusammensetzung, die Caldwell und Gdula angaben, eine,
die Fluor enthielt. Ein derartiges Glas eignet sich jedoch nicht, wenn es in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert werden soll.
Im Stand der Technik wurde ebenfalls bereits vorgeschlagen, als
Sinterhilfsmittel für Aluminium die Bestandteile Al3O3, CaO, MgO
und SiO9 zu verwenden. Derartige keramische Materialien neigen
jedoch während des Sinterns außerordentlich stark zur Blasenbildung
und zu einer gelegentlichen Marmorierung auf der Oberfläche
des gesinterten Körpers. Will man bei der Glassinterung mit den Hilfsstoffen besonders gute Qualität erreichen, dann ist es
weiterhin notwendig, merkliche Prozentsätze von TiO2, Fe3O3, Na„0
und K„0 beizugeben.
Aufgabe der Erfindung ist es also, keramische Stoffzusammensetzungen
mit hohem Tonerde- oder Aluminiumoxidgehalt zu schaffen, die in einer reduzierenden oder oxydierenden Atmosphäre
gesintert werden können, und die trotzdem dabei weder zur Blasenbildung noch zur Marmorierung neigen und nach dem Sintern
einen hohen Grad von Oberflächenperfektion, d.h. eine sehr glatte
Oberfläche aufweisen. Außerdem sollen die neuen, einen hohen Anteil an Aluminiumoxid enthaltenden keramischen Stoffzusammensetzungen
mit einer Metallisierung aus hochschmelzenden oder edlen Metallen verträglich sein.
Die aus diesen Stoffzusammensetzungen hergestellten gesinterten
Körper sollten so dicht sein, daß ihre Wasserabsorption praktisch null Prozent ist und ihre Gesamtporösität kleiner als 5 %.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch keramische Stoffzusammensetzungen mit hohem Tonerdegehalt erzielt, welche
außer Tonerde noch ternäre, glasartige Sinterhilfsstoffe aus
den Systemen MgO-Al2O3-SiO3 oder CaO-Al3O3-SiO3 enthalten.
Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
FI 973 043
509828/0931
Die unter Schutz zu stellenden Merkmale finden sich in den ebenfalls
beigefügten Patentansprüchen.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 ein vereinfachtes ternäres Zustandsdiagramm des
Systems MgO-Al2O3-SiO2 und
Fig. 2 ein vereinfachtes ternäres Zustandsdiagramm des
Systems
Obgleich es dem Fachmann ohne weiteres einleuchtet, daß keramische
Stoffzusammensetzungen mit hohem Tonerdegehalt, wie sie
durch die Erfindung vorgeschlagen werden, bei vielen Anwendungsgebieten einsetzbar sind, bei denen die zuvor aufgeführten Eigenschaften
wünschenswert sind, soll doch die nachfolgende Beschreibung sich zunächst nur auf die Bildung von mehrschichtigen
keramischen Strukturen beziehen, bei denen die keramische Stoffzusammensetzung
mit hohem Tonerdegehalt gemäß der vorliegenden Erfindung besonders günstig anwendbar ist.
Da man ferner die einzelnen keramischen Elemente einer Mehrschichtenkeramik
am besten durch Gießen und Verstreichen mit einer Rakel herstellt, wird sich die nachfolgende Beschreibung auf
solche keramische Stoffzusammensetzungen beziehen, die sich für solche Verfahren eignen. Selbstverständlich lassen sich auch
andere Verfahren wie Strangpressen, Spritzen, Pressen, Kalandrieren usw. anwenden.
Das Vergießen und das Verstreichen der keramischen Rohmasse mit einer Rakel, wobei die Rohmasse normalerweise aus keramischem
Material mit einem temporären" Bindemittel und einem Lösungsmittelsystem
besteht, geht im allgemeinen so vor sich, daß man das Rohmaterial auf einem Substrat oder einer Unterlage zur Bildung
einer grünen keramischen Folie aufgießt oder aufstreicht, worauf
anschließend das Bindemittel entfernt und das keramische Mate-
PT 971 O43
609828/0931
rial gesintert wird, wobei das Bindemittel und das Lösungsmittelsystem
ausgetrieben werden, so daß sich das keramische Material verdichtet, worauf dann die restlichen Verfahrensschritte erfolgen.
Die für die vorliegende Erfindung verwendete Tonerde ist von einem hohen Reinheitsgrad, d.h., der Anteil an Alpha-Al-O- beträgt
95 Gewichtsprozent oder mehr. Verunreinigungen wie Natriumoxid erhöhen den Verlustfaktor und die Dielektrizitätskonstante
der gesinterten keramischen Gegenstände und somit soll vorzugsweise eine Tonerde mit einem Reinheitsgrad von 99,5 %
oder noch höher benutzt werden.
Es ist ferner wichtig, daß die Teilchengröße der Tonerde oder
des Äluminiumoxids so ausgewählt wird, daß man eine streichfähige Stoffzusammensetzung geeigneter Viskosität erhält. Normalerweise
wird die Teilchengröße des Aluminiumoxids zwischen 0,2 Mikron und 10 Mikron liegen, wobei Teilchengrößen für die
Tonerde oder das Aluminiumoxid vorzugsweise zwischen 3 und 4 Mikron liegen sollen.
Ist die Teilchengröße der Tonerde wesentlich kleiner als 0,2
Mikron, dann wird die Viskosität der zum Aufstreichen oder Gießen
verwendeten Stoffzusammensetzung oft zu hoch sein, so daß
die Stoffzusammensetzung einen gummiartigen Charakter annimmt und das Verstreichen und Gießen extrem erschwert, wenn man nicht
übermäßig hohe Mengen am Lösungsmittel zugibt. Außergewöhnlich kleine Teilchengrößen der Tonerde haben außerdem eine Abnahme
der Dichte der grünen keramischen Folie zur Folge, so daß sich eine schlechte Packungsdichte ergibt. In diesem Fall werden hohe
Mengen an Bindemittel notwendig, so daß man bei der Sinterung eine sehr starke und schlecht kontrollierbare Schrumpfung und
eine geringe Durchlässigkeit der grünen keramischen Folie enthält, was zum Aufreißen einer MehrSchichtenstruktur führt.
Nimmt man andererseits eine Teilchengröße der Tonerde oder des FI 973 043
509828/0931
Aluminiumoxids über 10 Mikron, dann wird die Viskosität der zum
Gießen verwendeten Stoffzusammensetzung zu gering, und man erhält in den daraus hergestellten grünen keramischen Folien Risse
und Krater. Tonerde mit außergewöhnlich großen Teilchen läßt sich
auch sehr schwer verdichten, es sei denn bei Temperaturen, die
so hoch sind, daß die Glasphase diese Temperaturen nicht aushält.
Solche keramischen Materialien werden daher zu stark gebrannt,
bevor sie vollständig dicht sind.
Gießen verwendeten Stoffzusammensetzung zu gering, und man erhält in den daraus hergestellten grünen keramischen Folien Risse
und Krater. Tonerde mit außergewöhnlich großen Teilchen läßt sich
auch sehr schwer verdichten, es sei denn bei Temperaturen, die
so hoch sind, daß die Glasphase diese Temperaturen nicht aushält.
Solche keramischen Materialien werden daher zu stark gebrannt,
bevor sie vollständig dicht sind.
Vorzugsweise soll die Oberfläche der Tonerde kleiner sein als j
2 2 i
etwa 18 m /g und vorzugsweise kleiner sein als 15 m /g, da
es damit möglich ist, bevorzugte Mengen eines organischen Binde- ;
mittels bei der Herstellung der streich- oder gießförmigen Stoff- ,
zusammensetzung zu benutzen. Übermäßige Mengen an Bindemitteln ! können während der Sinterung eine übermäßig starke lineare !
Schrumpfung zur Folge haben.
Eine weitere wichtige Überlegung bei der Herstellung der keramischen
Stoffzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung ι mit hohem Tonerdegehalt ist das Verhältnis von Tonerde zu terti- ;
ären Glas-Sinterhilfsstoffen. Ist die Teilchengröße der Tonerde !
größer, dann kann weniger Tonerde benutzt werden, während bei !
einer geringeren Teilchengröße der Tonerde größere Mengen an j Tonerde erforderlich sind. Beträgt die Teilchengröße der Tonerde j
etwa 4 Mikron oder mehr, so kann man mit dem Anteil an Tonerde
auf 80 bis 85 Gewichtsprozent heruntergehen, während mit Tonerde
einer kleineren Teilchengröße von z.B. weniger als 1 Mikron, ' mindestens 90 % Tonerde in der keramischen Stoffzusammensetzung : gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden sollten. Eine
typische Stoffzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung I für Tonerde mit einer Teilchengröße von 3 bis 4 Mikrons liegt
bei 89 Gewichtsprozent Tonerde und 11 Gewichtsprozent des
auf 80 bis 85 Gewichtsprozent heruntergehen, während mit Tonerde
einer kleineren Teilchengröße von z.B. weniger als 1 Mikron, ' mindestens 90 % Tonerde in der keramischen Stoffzusammensetzung : gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden sollten. Eine
typische Stoffzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung I für Tonerde mit einer Teilchengröße von 3 bis 4 Mikrons liegt
bei 89 Gewichtsprozent Tonerde und 11 Gewichtsprozent des
ternären Glas-Sinterhilfsstoffes.
In manchen Fällen kann es notwendig sein, ein Aluminiumoxidpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 1
FI 973 043
B09828/0931
ORIGINAL INSPECTED
Mikron zu benutzen, um eine außergewöhnlich glatte Oberfläche
des gesinterten keramischen Materials zu erzielen. Tonerde mit so kleinen Teilchengrößen können normalerweise zu einer höheren
als der 98 %-igen theoretischen Dichte ohne Beigabe eines Glashilfsstoffes gesintert werden. Solche nicht geflossenen keramischen
Materialien aus Tonerde sind jedoch mit innenliegendem hochschmelzenden metallischen Schichten deswegen nicht verträglich,
da die Wärmeausdehnungskoeffizienten von keramischem Material und Metall zu verschieden sind. Die Beimischung eines
Glas-Sinterhilfsstoffes gemäß der vorliegenden Erfindung zu der Tonerde kann aber das keramische Material und das Metall bezüglich
des Wärmeausdehnungskoeffizienten miteinander verträglich machen. Alle bisher bekannten Glasarten hatten dann, wenn sie
'< zusammen mit Tonerde mit einer Teilchengröße von weniger als
1 Mikron benutzt werden, eine Blasenbildung zur Folge. Das ist darauf zurückzuführen, daß bei dem schnellen Sintern des
keramischen Materials flüchtige Stoffe, wie z.B. aus SiO„ reduziertes
SiO in dem Material eingeschlossen sind. Die tertiären oder ternären Glas-Sinterhilfsstoffe gemäß der vorliegenden
] Erfindung bewirken keine Blasenbildung und kein übermäßiges
Brennen oder Sintern in Verbindung mit Tonerde von einer Teil-
; chengröße von weniger als 1 Mikron, so daß sie zusammen mit
; hochschmelzenden Metallen benutzt werden können.
Die ternären Glas-Sinterhilfsstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung,
mit deren Hilfe die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst werden kann, werden nunmehr im einzelnen erläutert.
MgO-Al-O-SiO« ternäre, glasartige Sinterhilfsstoffe, die gemäß
der Erfindung benutzt werden können, werden vorzugsweise aus den eutektischen Stoffzusammensetzungen ausgewählt, die in Fig.
durch die Punkte A und B gekennzeichnet sind. Statt dessen können auch die Zusammensetzungen, die durch die Linie A'-B1 in
Fig. 1 gekennzeichnet sind, die die beiden ternären, eutektischen Punkte im Zustandsdiagramm der Fig. 1 miteinander verbinden,
benutzt werden.
FI 973 043
509828/0931
- AQ -
Ein ternärer, glasartiger Sinterhilfsstoff aus dem System
CaO-Al O3-SiO2, der in der vorliegenden Erfindung mit Erfolg einsetzbar
ist, wird vorzugsweise aus den beiden ternären, eutektischen Stoffzusammensetzungen ausgewählt, die durch die Punkte C
und D in Fig. 2 gekennzeichnet sind oder aus Stoffzusammensetzungen,
die durch die Linie C1-D1 dargestellt sind, die die beiden
eutektischen Punkte in Fig. 2 miteinander verbindet.
Die Punkte A und B stellen die folgenden Stoffzusammensetzungen
dar:
Die Punkte C und D stellen die folgenden Stoffzusammensetzungen dar:
Punkt Gewichts-% Gewichts-% Gewichts-%
CaO A12°3 Si02
| Gewichts-% | 20 | Gewichts-% | Gewichts-% |
| MgO | 26 | Al2O3 | SiO2 |
| 18 | 62 | ||
| 22 | 52 |
C 23 15 62
D .38 20 42
Die Verwendung von ternären, eutektischen Stoffzusammensetzungen
wird bevorzugt, da dadurch die überwachung und Kontrolle der Stoffzusammensetzungen vereinfacht wird. Geringfügige Abweichungen
von der eutektischen Zusammensetzung oder der Verbindungslinie zwischen ihnen hat keinen wesentlichen Einfluß auf die Art der
hier beschriebenen keramischen Körper.
Die sich aus den keramischen Stoffzusammensetzungen mit hohem Tonerdegehalt
gemäß der Erfindung ergebenden gesinterten Keramika, die einen ternären, glasartigen Sinterhilfsstoff der oben be-
FI 973 °43 BO 98 28/093 1
schriebenen Systeme enthalten, erfüllen alle Anforderungen, die
an mehrschichtige keramische Strukturen zu stellen sind. Die keramischen Körper sind chemisch inert und thermisch stabil, haben
einen hohen elektrischen Widerstand von beispielsweise
14
10 Ohm χ cm oder höher, und sind ausgezeichnete Isolatoren für elektrische Bauelemente. Sie haben außerdem eine sehr hohe me-
10 Ohm χ cm oder höher, und sind ausgezeichnete Isolatoren für elektrische Bauelemente. Sie haben außerdem eine sehr hohe me-
chanische Festigkeit von mehr als 2800 kg/cm und sind daher gegen Zerbrechen sehr widerstandsfähig. Sie können so gebrannt
werden, daß die Oberflächenrauhigkeit zwischen 0,00012 und 0,00051 mm liegt, so daß sich für eine Oberflächenmetallisierung
ein sehr hoher Grad von Gleichförmigkeit ergibt. Diese Körper
■ haben auch eine sehr geringe Porosität, die angenähert unter
maximal 1 % liegt. Sie haben ferner eine sehr kleine Dielektri-
;zitätskonstante, die beispielsweise gleich oder kleiner ist als
9,5, so daß sich bei Datenverarbeitungsanlagen sehr hohe Schaltgeschwindigkeiten
erzielen lassen. In Verbindung mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante weisen sie einen sehr kleinen Verlustfaktor
von beispielsweise weniger als 0,005 auf, wodurch das Entstehen elektrischer Leckströme vermieden wird.
Insbesondere wichtig ist es, daß sie in einer reduzierenden Atmosphäre stabil sind und zusammen mit unedlen, hochschmelzenden Metallen,
wie z.B. Molybdän oder Wolfram gesintert werden können und daher bei einem gemeinsamen Sintern mit solchen relativ preiswerten
Metallen keine Risse oder Verwerfungen zeigen.
Nachdem nunmehr die Bestandteile der keramischen Stoffzusammensetzung
gemäß der vorliegenden Erfindung mit hohem Aluminiumoxid- j gehalt und die einzelnen Anteile klargestellt sind, sollen nunmehr
ein bevorzugtes Verfahren erläutert werden, mit dessen Hilfe
mehrschichtige keramische Strukturen aus Stoffzusammensetzungen
gemäß der vorliegenden Erfindung herstellbar sind.
Der erste Verfahrensschritt gemäß der vorliegenden Erfindung besteht
im allgemeinen darin, Tonerde und einen ternären Glas-Sinterhilfsstoff
in Teilchenform miteinander zu vermischen. Dies
FI 973 043
509828/093 1
2459178
kann beispielsweise in einer Kugelmühle oder einer ähnlichen
Apparatur erfolgen. Da Tonerde oder Aluminiumoxid viel härter ist als der ternäre Glas-Sinterhilfsstoff gemäß der Erfindung,
wird man die Stoffe so lange in der Kugelmühle bearbeiten, bis das Glas auf die Teilchengröße der Tonerde zerkleinert ist. Um
zu lange Zeiten in der Kugelmühle zu umgehen, wird man ein Glas verwenden, dessen Teilchengröße vor dem Einbringen in die Kugelmühle
zwischen 44 und 50 Mikron liegt. Die Materialien bleiben so lange in der Kugelmühle, bis die Teilchengröße des Glases in
der Größenordnung der Tonerde liegt, d.h.- zwischen 0,2 und 10 Mikron.
Man kann die Tonerdeteilchen und und die Glasteilchen auch für sich getrennt in der Kugelmühle behandeln und anschließend mit
einem organischen Bindemittel, Lösungsmittel usw. zur Herstellung der gieß- oder streichfähigen Stoffzusammensetzung vermischen
oder, falls gewünscht, kann man zu diesem Zeitpunkt das Lösungsmittel
und das Harzbindemittel zur Herstellung der streich- und gießförmigen Stoffzusammensetzung beifügen und die sich daraus
ergebende Stoffzusammensetzung unmittelbar in die Kugelmühle eingeben,
um dadurch die streich- und gießfähige Stoffzusammensetzung
herzustellen·
Streich- oder gießförmige Stoffzusammensetzungen dieser Art sind ,
beispielsweise in dem Aufsatz von R. E. Mistler, Bulletin America j
Ceramic Soc, Band 52(11), Seiten 850 bis 854 (1973), dem Auf- j satz von H. D. Kaiser und anderen, Solid State Technology, Mai
1972, Seite 35 und in der US-Patentschrift 2 966 719 offenbart.
Die genaue Art des verwendeten Harzbindemittels und des Lösungsmittelsystems
der streich- oder gießfähigen Stoffzusammensetzung sind nicht besonders kritisch. Bei komerzieller Anwendung wird
die Stoffzusammensetzung so hergestellt, daß sie eine. Viskosität von etwa 500 bis 5000 cps aufweist und sich damit ausgezeichnet
vergießen oder verstreichen läßt. Obgleich höhere oder geringere Viskositäten annehmbar sind, sind doch beispielsweise Viskosi-
FI 973 043
509828/0931
" 13 ' 2459 776
täten wesentlich unterhalb von 500 cps, beispielsweise in der Größenordnung von 200 cps ungünstig, da die Stoffzusammensetzung
dann zu dünn wird, um bearbeitbar zu sein und mit Viskositäten wesentlich über 5000 cps wird die Stoffzusammensetzung zu zähflüssig, um leicht bearbeitbar zu sein.
Gewöhnlich beträgt der Anteil der Aluminiumteilchen und der ternären
Glas-Sinterteilchen zwischen 25 und 75 Gewichtsprozent der gieß- oder streichfähigen Stoffzusammensetzung (wobei die Viskosität
das wichtigste Kriterium ist), wobei der Rest der Stoffzusammensetzung
aus üblichen Lösungsmitteln, Bindemitteln, Weichmachern und ähnlichen Komponenten besteht.
Die sich daraus ergebende streich- oder gießförmige Stoffzusammensetzung
wird dann unter Verwendung einer Rakel oder eines ähnlichen Verfahrens auf einem Substrat, beispielsweise auf einer
Mylarfolie ausgebreitet. Die Dicke der grünen, keramischen Folie hängt offensichtlich von den Erfordernissen ab. Die grüne, keramische
Folie ist im allgemeinen ausreichend dick, so daß sie sich leicht handhaben läßt, ist jedoch nicht so dick, daß das
Austreiben von flüchtigen Stoffen und Bindemitteln behindert wird. Für die Herstellung grüner Folien, die später zu mehrschichtigen,
keramischen Strukturen laminiert werden sollen, liegt die Dicke typischerweise in der Größenordnung zwischen
0,15 und 0,31 mm.
Die grüne Folie wird dann gemäß üblicher Verfahren getrocknet, beispielsweise durch Infrarotaufheizung, Heizplatten oder dergleichen.
Auch Trocknen mit heißer Luft läßt sich wirtschaftlich
einsetzen.
Nach dem Trocknen beträgt die Dichte der grünen, keramischen Folie zwischen 2,0 und etwa 2,3 g/cm , doch, wie noch gezeigt
werden wird, sind dies keine zwingend vorgeschriebenen Grenzen.
Falls gewünscht, können zu diesem Zeitpunkt die grünen, kerami-FI
973 043
509 8 28/0931
sehen Folien mit üblichen Verfahren metallisiert werden, man
kann in senkrechter Richtung durchgehende Bohrungen durch übliche Lochverfahren oder unter Verwendung von Elektronenstrahlen
oder optischen Strahlen hoher Energie herstellen, und man kann die grünen, keramischen Folien mit einer guten Bindung zwischen
den Folien laminieren. Die genauen Bedingungen für ein Laminieren sind nicht besonders kritisch. Ist die Folie selbst ausreichend
stark, so muß sie natürlich nicht laminiert werden und kann so benutzt werden, wie sie ist.
Ein wesentlicher Vorteil der Stoffzusammensetzung mit hohem Tonerdegehalt
gemäß der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß sie in einer reduzierenden Gasatmosphäre ohne Blasenbildung und ohne
Marmorierung gebrannt und gesintert werden kann.
Reduzierende GasatmoSphären, die dabei in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung einsetzbar sind, sind z.B. Wasserstoffgas
oder gekracktes Ammoniak. Man soll dabei im allgemeinen unter Bedingungen sintern, bei dem in dem keramischen Gegenstand die
Porosität kleiner als 5 % bleibt. Üblicherweise liegen die Sintertemperaturen
in der Größenordnung zwischen 1300 und 1600 0C
und bei diesen erhöhten Temperaturen erhält man mehr als 90 % der theoretischen Dichte. Man hält dabei den zu sinternden Gegenstand
genausolange bei Sintertemperatur, wie bisher üblich, und die Sinterzeit bei dieser Temperatur liegt in der Größenordnung von
3 std. Der wesentlichste Teil der Sinterung findet während der ersten Stunde statt, und das Sintern wird nach Ablauf von 3 std
ziemlich wirkungslos, obgleich Sinterzeiten von mehr als 3 std nicht schädlich sind.
Man kann natürlich auch für die Sinterung eine oxidierende Atmosphäre
benutzen. Die Temperaturen und Zeiten sind bei Benutzung einer reduzierenden Atmosphäre zur Sinterung die gleichen.
Nachdem die Erfindung nunmehr in allgemeinen Worten dargestellt,
ist, sollen nunmehr bestimmte Ausführungsbeispiele angegeben
FI973043 509828/0931
werden, um die bevorzugte Anwendung der Erfindung darzulegen. Beispiele
Die folgenden ternären, glasartigen Sinterhilfsstoffe gemäß der
vorliegenden Erfindung wurden gebildet.
Glas Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% MgO CaO
MgO-Al2O3-SiO2 G1 20,3
CaO-Al2O3-SiO2 G2
23,0
61,4
62,0
18,3
15,0
Die in diesem Beispiel benutzte Tonerde hatte die folgende Zusammensetzung
:
Gewichtsprozent
Teilchengröße in Mikron
Reinheitsgrad Oberfläche
(Gew.-% Alpha
Al2O3
| 1 | 0,04 |
| 2 | 0,04 |
| 3 | 0,08 |
| 4 | < 0,01 |
1,4 4,0 0,5 1,0
99,7 99,6 99,6 99,98
m2/g m2/g
m2/g m2/g
Die gieß- oder streichbaren Stoffzusammensetzungen wurden gemäß
einem von zwei Verfahren hergestellt. Alle Proben mit Ausnahme ' der Proben 3 und 4 wurden dadurch hergestellt, daß alle Bestandteile
in eine hohe Tonerdekugelmühle eingegeben und für zwölf Stunden gemahlen wurden, wordurch man unmittelbar die gieß- oder
streichfähige Zusammensetzung erhielt.
FI 973 043
509828/0931
2459178
Die Proben 3 und 4 wurden durch gemeinsames Vermählen von Tonerde
und Glas für 2 std hergestellt, worauf das gemahlene Pulver getrocknet und gebrochen wurde und dann mit einem Harzbindemittel,
Lösungsmittel und einem Weichmacher vermischt und anschließend für weitere 12 std in einer Kugelmühle gemahlen wurde. Die Formel i
für keramisches Grundmaterial und Trägermaterial war für alle ! Proben die gleiche und ist wie folgt:
Keramische Masse (A1„O + Glas) 66,7 %
Polyvinyl-Butyral 3,8 %
Dioktylphthalat als Weichmacher
für Polyvinyl-Butyral 1,9 %
Methanol ' 5,3 %
Toluol 7,9
Cyclohexanon 14,3 %
Die Verhältnisse zwischen Tonerde und Glas sind in der Tabelle weiter unten angegeben.
Die so gebildete gieß- oder streichfähige Stoffzusammensetzung wurde dann mittels einer Rakel auf einem Mylarsubstratfilm von
15,24 cm Breite mit einer Dicke von 0,15 bis 0,2 mm in üblicher
Weise aufgetragen.
Die Folien wurden in Luft für 24 std zum Austreiben der flüchtigen
Lösungsmittel getrocknet und dann von ihrem Mylarträger abgezogen und in Folien von je 10,1 χ 10,1 cm unterteilt.
Der Einfachheit halber wurden keine Metallisierungen aufgebracht '
und keine durchgehenden Bohrungen hergestellt. Wenn man solche j herstellen wollte, würde man sie allgemein bei dieser Verfahrensstufe herstellen. ;
Anschließend wurden 10 der sich daraus ergebenden Folien aufeinan-*
dergestapelt und bei 95 0C und einem Druck von 196 kg/cm für
FI 973 043
509828/0931
10 min laminiert.
Die so laminierten Proben wurden dann in einer Wasserstoffatmosphäre
in einem Herdofen gesintert. Der Taupunkt der Wasserstoffgasatmosphäre
in dem Ofen wurde bei 30 0C gehalten, während die
Sintertemperatür zwischen 1300 und 1600 0C lag, wie dies in der
nachfolgenden Tabelle angezeigt ist. Diese Temperatur wurde für 3 std gehalten. Alle verbleibenden, nichtkeramischen Bestandteile
wurden während des Sinterns verdampft. Das Substrat wurde von Zimmertemperatur auf die Sintertemperatur mit einer Aufheizgeschwindigkeit
von 200 bis 250 °C/std aufgeheizt.
Die nachfolgend genannten keramischen Stoffzusammensetzungen wurden gemäß dem oben geschilderten Verfahren hergestellt. Die
Zahlen in Klammer zeigen die Gewichtsteile der einzelnen Bestandteile an.
| 1 | Zusammensetzung | #1 | (90) | + G1 | (10) | Sintertemperatur (0C) | |
| Probe | 2 | Al2O3 | #2 | (90) | + G1 | (10) | 1560 |
| Probe | 3+ | Al2O3 | #1 | (90) | + ■ G1 | (10) | 1560 |
| Probe | 4+ | Al2O3 | #2 | (90) | + G1 | (10) | 1560 |
| , Probe | 5 | A12°3 | #3 | (97) | + G2 | (3 ) | 1560 |
| .Probe | 6 | Al2O3 | #3 | (95) | + G2 | (5 ) | 153O++ |
| Probe | 7 | Al2O3 | #4 | (95) | + G2 | (5 ) | 153O++ |
| Probe | 8 | Al2O3 | #1 | (95) | + GI | (5 ) | 1560 |
| Probe | 9 | Al2O3 | #1 | (95) | + G2 | (5 ) | 1560 |
| Probe | Al2O3 | 1560 | |||||
FI 973 043
509828/0931
2459m
Die verschiedenen Eigenschaften der gesinterten Gegenstände werden
anschließend besprochen. Für die Proben 1 bis 4 wurden folgende Eigenschaften bestimmt:
| 1 | Oberflächenrauhig- | Dielektrizitäts | Verlustfak | |
| 2 | keitxiO"3 mm | konstante | tor | |
| Probe | 3 | 0,6 | 9,13 | 0,00293 |
| Probe | 4 | 0,86 | . 9,56 | 0,00264 |
| Probe | O,43+++ | ca. 9,13 | ca. 0,00293 | |
| Probe | O,36+++ | ca. 9,56 | ca. 0,00264 | |
Die obengenannten Proben ergaben die günstigsten Eigenschaften für die Herstellung von mehrschichtigen keramischen Strukturen.
Die Proben 1 bis 4 wurden außerdem im trockenen Wasserstoffgas
bei 1590 0C gesintert. Die Proben zeigten keine Blasenbildung.
Die Eigenschaft der MgO-Al2O3-SiO2-haltigen Proben, keine Blasenbildung
zu zeigen, selbst unter schwierigsten Bedingungen, macht sie besonders attraktiv.
Wägt man alle Faktoren gegeneinander ab, so weisen gesinterte, keramische Materialien aus MgO-Al2O3-SiO2 als ternäre glasartige
Sinterhilfsstoffe und Aluminiumoxid verschiedene wesentliche Vorteile auf. Insbesondere ist das MgO-Al O_-SiO„-Glas ein
eutektisches Dreikomponentenglas, dessen Zusammensetzung, Reinheit
und Eigenschaften sich leicht kontrollieren lassen. Die
Mit Vibrationsmühle gemahlen
Proben wurden bei 560° gebrannt und zeigten wegen der geringen Teilchengröße der Tonerde Oberflächen-Blasenbildung
Dabei sollte die Auswirkung von Vibrationsmahlen auf die Oberflächenrauhigkeit des Substrats beachtet werden. Durch
Vibrationsmahlen werden Agglomarate in dem keramischen Pulver aufgebrochen, so daß sich ein wesentlich glatters Substrat
ergibt.
FI 973 043
509828/0931
2459178
keramischen Materialien lassen sich in Wasserstoff sehr dicht sintern und haben für eine optimale Prozeßsteuerung einen breiten
Sinterbereich (angenähert von 1530 bis 1600 °C). Das Sintern in Wasserstoffatmosphäre hat keine nachteiligen Einwirkungen auf
die keramischen Materialien. Sie sintern weiß und sind blasenfrei an der Oberfläche und weisen nur eine Spur einer sekundären
Spinellphase auf. Die keramischen Materialien können zusammen mit einer massiven, inneren Metallisierung aus Molybdän gesintert
werden, ohne daß dabei das keramische Material zerstört oder beschädigt wird. Die Gesamtexgenschaften sind bei mehrschichtigen
keramischen Strukturen ausgezeichnet.
Die Proben 5 und 6 zeigen, daß man mit CaO-Al2O3-SiO2-ternären
glasartigen Sinterhilfsstoffen vorsichtig sein muß, wenn man Tonerde
mit einer sehr kleinen Teilchengröße verwendet, wenn man eine Blasenbildung vermeiden will. Die dabei erforderlichen geringeren
Sintertemperaturen hatten eine Abnahme in der Dichte zur Folge.
In der Probe 7 wurde etwas gröberes Aluminiumoxidpulver benutzt und man stellte bei einer Sintertemperatur von 1560 0C keine
Blasenbildung fest, und es wurde eine Dichte von 3,70 bis 3,75 g/cm erzielt.
,Proben 8 und 9, die nur 5 % der ternären glasartigen Sinterhilfsstoffe
enthielten, zeigten Eigenschaften ähnlich denen der Proben 1 und 2. In dieser Hinsicht zeigte Probe 8 eine sehr flache
]Sinterkurve (Dichte über der Temperatur aufgetragen) in dem Bereich
zwischen 1530 und 1600 °C, eine Eig zeßsteuerung außerordentlich wichtig ist.
reich zwischen 1530 und 1600 °C, eine Eigenschaft, die für Pro-
Alle Proben zeigten keine Blasenbildung in einer reduzierenden !Atmosphäre bei den geeignten Sintertemperaturen, extrem hohe
'■ Oberflächengüte und Verträglichkeit mit einer Metallisierung
aus hochschmelzenden Metallen und eine sehr geringe Porosität.
FI 973 043
50 9 828/0931
Claims (14)
1. Gesinterte tonerdehaltige keramische Stoffzusammensetzung,
dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus Tonerde und einem ternären glasartigen Sinterhilfsstoff aus dem
System MgO-Al O3-SiO oder CaO-Al-O3-SiO2 besteht.
2. Gesinterte keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß der ternäre, glasartige"
Sinterhilfsstoff dem System MgO-Al2O3-SiO2 entstammt.
3. Gesinterte keramische Stoff zusammensetzung nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß der ternäre, glasartige Sinterhilfsstoff aus den eutektischen Stoffzusammensets
zungen ausgewählt ist, die durch die Punkte A und B in Fig. 1 dargestellt sind.
4. Gesinterte keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß der ternäre glasartige Sinterhilfsstoff aus Stoffzusammensetzungen längs der
Linie A'-B1 in Fig. 1 ausgewählt ist.
5. Gesinterte keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß der ternäre glasartige Sinterhilfsstoff aus dem System CaO-Al-O-SiO2 ausgewählt
ist.
6. Gesinterte keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet, daß der ternäre glasartige Sinterhilfsstoff aus den eutektischen Stoffenzusammensetzungen
ausgewählt ist, die durch die Punkte C oder D in Fig. 2 dargestellt sind.
7. Gesintere keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der ternäre glasartige Sinter-
FI 973 043
509828/0931
hilfsstoff aus Stoffzusammensetzungen ausgewählt ist, die
längs der Linie C-D1 in Fig. 2 liegen.
8. Gesinterte keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 80 Gewichtsprozent Tonerde enthält.
9. Gesinterte keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 90 Gewichtsprozent Tonerde enthält.
10. Gesinterte keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerde mindestens aus 95 Gewichtsprozent Alpha-Tonerde besteht.
11. Gesinterte keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 99,5 Gewichtsprozent der Tonerde aus Alpha-Tonerde besteht.
12. Gesinterte keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch
11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerde eine Teilchengröße zwischen 3 und 4 Mikron aufweist.
13. Gesinterte keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerdepulver eine Oberfläche von weniger als 18 m /g aufweist.
14. Gesintere keramische Stoffzusammensetzung nach Anspruch
13, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerdepulver eine
2
Oberfläche von weniger als 15 m /g aufweist.
Oberfläche von weniger als 15 m /g aufweist.
FI 973 043
509828/0931
Leerse ite
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US43013674A | 1974-01-02 | 1974-01-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2459176A1 true DE2459176A1 (de) | 1975-07-10 |
Family
ID=23706201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19742459176 Pending DE2459176A1 (de) | 1974-01-02 | 1974-12-14 | Keramische stoffzusammensetzungen mit hohem tonerdegehalt und einem gehalt an mgo-al tief 2 o tief 3 -sio tief 2 oder cao-al tief 2 o tief 3 -sio tief 2 -glas |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5098911A (de) |
| DE (1) | DE2459176A1 (de) |
| FR (1) | FR2256122A1 (de) |
| GB (1) | GB1452849A (de) |
| IT (1) | IT1027868B (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5053370A (en) * | 1989-07-27 | 1991-10-01 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Aluminum oxide ceramics having improved mechanical properties |
| US5424257A (en) * | 1992-04-04 | 1995-06-13 | Hoechst Ceramtec Aktiengesellschaft | Ceramic moldings composed of aluminum oxide having high metallization adhesion |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2909291C2 (de) * | 1979-03-09 | 1983-11-10 | Feldmühle AG, 4000 Düsseldorf | Tragelement für das Sieb bzw. den Filz einer Papier- oder Kartonmaschine und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JPS58142778A (ja) * | 1982-02-17 | 1983-08-24 | 日本電気株式会社 | セラミツクヒ−タ− |
| JPS58142780A (ja) * | 1982-02-17 | 1983-08-24 | 日本電気株式会社 | セラミツクヒ−タ− |
| JPS58142779A (ja) * | 1982-02-17 | 1983-08-24 | 日本電気株式会社 | セラミツクヒ−タ− |
| JPS60127259A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-06 | 松下電器産業株式会社 | 薄膜用基板の製造方法 |
| JPS60260465A (ja) * | 1984-06-01 | 1985-12-23 | 鳴海製陶株式会社 | 低温焼成セラミツクス |
| JPS62171943A (ja) * | 1986-01-23 | 1987-07-28 | Matsushita Electric Works Ltd | ガラス粉末焼結体 |
-
1974
- 1974-11-20 GB GB5035174A patent/GB1452849A/en not_active Expired
- 1974-11-22 FR FR7441910A patent/FR2256122A1/fr not_active Withdrawn
- 1974-12-14 DE DE19742459176 patent/DE2459176A1/de active Pending
- 1974-12-20 IT IT3079274A patent/IT1027868B/it active
- 1974-12-24 JP JP49147718A patent/JPS5098911A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5053370A (en) * | 1989-07-27 | 1991-10-01 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Aluminum oxide ceramics having improved mechanical properties |
| US5424257A (en) * | 1992-04-04 | 1995-06-13 | Hoechst Ceramtec Aktiengesellschaft | Ceramic moldings composed of aluminum oxide having high metallization adhesion |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2256122A1 (de) | 1975-07-25 |
| GB1452849A (en) | 1976-10-20 |
| IT1027868B (it) | 1978-12-20 |
| JPS5098911A (de) | 1975-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3227657C2 (de) | Keramische Vielschicht-Schaltungsplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| DE2602429C2 (de) | Sinterfähiges Glaspulver im System MgO-Al&darr;2&darr;O&darr;3&darr;-SiO&darr;2&darr;-MO | |
| DE3151206C2 (de) | Glasiertes, keramisches Trägermaterial | |
| DE2901172A1 (de) | Verfahren zum herstellen von mehrschichtigen gesinterten glaskeramiksubstraten mit aus gold, silber oder kupfer bestehenden leitungsmustern und dadurch hergestellte substrate | |
| DE602005003250T2 (de) | Dielektrische keramische Zusammensetzung und mehrschichtiges keramisches Bauteil enthaltend diese Zusammensetzung | |
| DE10141910B4 (de) | Glaskeramiksinterprodukt und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE2126909A1 (de) | Dielektrische Zusammensetzung | |
| DE112016001804B4 (de) | Niedertemperatur-Einbrand-Keramik, keramischer Sinterkörper und elektronisches Keramikbauteil | |
| DE2504658A1 (de) | Bei niedrigen temperaturen sinterbare keramische stoffzusammensetzung mit hoher dielektrizitaetskonstante und verfahren zu deren herstellung. | |
| DE3701973C2 (de) | ||
| DE2364242C2 (de) | Keramikplatten und ihre Verwendung | |
| DE1596851A1 (de) | Widerstandsmaterial und aus diesem Widerstandsmaterial hergestellter Widerstand | |
| DE2714196B2 (de) | Beschichtetes Aluminiumoxidsubstrat und Pulvergemisch zur Beschichtung solcher Substrate | |
| DE69306863T2 (de) | Glaskeramisches Mehrschichtsubstrat und Verfahren zur seiner Herstellung | |
| DE102017217283B3 (de) | Verfahren zur Herstellung von Glaskeramikartikeln mittels Schlickerguss sowie deren Verwendung | |
| DE2154898A1 (de) | Nicht reduzierbare teilweise kristallisierte Überkreuzungsdielektrika und Gläser zu deren Herstellung | |
| DE2459176A1 (de) | Keramische stoffzusammensetzungen mit hohem tonerdegehalt und einem gehalt an mgo-al tief 2 o tief 3 -sio tief 2 oder cao-al tief 2 o tief 3 -sio tief 2 -glas | |
| DE3148809C2 (de) | Keramische Trägerplatte für feinlinige elektrische Schaltungen und Verfahren zu deren Herstellung | |
| DE68915354T2 (de) | Entfernen von Kohlenstoff aus keramischen Schichtsubstraten. | |
| DE3785750T2 (de) | Elektrische widerstaende, elektrische widerstandspaste und herstellungsverfahren. | |
| DE2459177A1 (de) | Keramische stoffzusammensetzung mit hohem tonerdegehalt zur herstellung von gesinterten, keramischen gegenstaenden | |
| DE2460931A1 (de) | Bei niedrigen temperaturen sinterbare stoffzusammensetzung | |
| DE2309385C3 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumoxydsubstrats | |
| DE2714220B2 (de) | Beschichtetes Aluminiumoxidsubstrat und Pulvergemisch zur Beschichtung von solchen Substraten | |
| DE2932914B1 (de) | Hochfeste Tonerdeporzellanmasse fuer elektrische Isolatoren |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHJ | Non-payment of the annual fee |