DE2914663C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein keramisches Dielektrikum hoher Dielektrizitätskonstante nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die meisten keramischen Dielektrika für Kondensatoren mit einer Dielektrizitätskonstante enthalten als Grundbestandteile solche mit einer perovskiten Struktur, wie beispielsweise Bariumtitanat (BaTiO₃), Bariumstannat (BaSnO₃) und Calciumtitanat (CaTiO₃). Abhängig von den verschiedenen Anforderungen bei der Verwendung des Dielektrikums in einem Kondensator wird ein zusätzliches Element verwendet, um die Dielektrizitätskonstante der keramischen Dielektrika zu erhöhen, welches ein Substitut der Feststofflösung des Grundbestandteils bildet. Mit dem Grundbestandteil vermischt sein kann eine Verbindung, welche eine von einer perovskiten Struktur abweichende Struktur aufweist, um die Dielektrizitätskonstante der keramischen Dielektrika zu erhöhen. Bei den meist gebrauchten Dielektrika wird die Dielektrizitätskonstante wie vorstehend erwähnt erhöht. Bei einer derartigen Erhöhung der Dielektrizitätskonstante kann der Curiepunkt der Dielektrika eingestellt werden auf einen Wert entsprechend der Raumtemperatur, um die Dielektrizitätskonstante auf einen Maximalwert, von beispielsweise 4000 bis 20 000 zu bringen, was erreicht werden kann durch ein Dielektrikum, welches einen speziellen Grundbestandteil enthält. Die Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante eines solchen Dielektrikums wird jedoch bei Erhöhen der Dielektrizitätskonstante erhöht. Wenn andererseits die Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante vermindert wird, dann wird nachteiligerweise der Maximalwert der Dielektrizitätskonstante ebenfalls vermindert.

Geeignete Sintertemperaturen der zuvor erwähnten keramischen Dielektrika liegen im allgemeinen zwischen 1200 und 1400°C. Demgemäß ist für das Sintern eine große Wärmeenergie erforderlich. Infolge der hohen Sintertemperaturen von 1200 bis 1400°C wird der Sinterofen stark belastet und erodiert während des Sinterns. Dies führt dazu, daß die Unterhaltskosten derartiger Sinteröfen sehr hoch sind.

Der Wunsch nach kompakteren Keramikkondensatoren mit einer verbesserten Kapazität und einer hohen Zuver­ lässigkeit wird insbesondere von der Nachrichtentechnik geäußert. Es finden bereits keramische Dünnfilmkondensatoren von 0,1 bis 0,2 mm Dicke und keramische Laminarkondensatoren Verwendung, welche aus einer Vielzahl übereinander angeordneter Schichten bestehen, von denen jede eine Dicke von etwa 50 µm oder weniger aufweist.

Zum Herstellen eines keramischen Laminarkondensators muß der dielektrische Laminarkörper gesintert werden, wenn die inneren Elektroden des Keramikkondensators bereits im Laminarkörper eingesetzt sind. Da die Sintertemperaturen konventioneller keramischer Dielektrika über 1000°C liegt, müssen für die inneren Elektroden Edelmetalle, wie beispielsweise Platin oder Palladium, oder deren Legierungen verwendet werden, da nur diese Metalle bei diesen Temperaturen im Bereich von 1300°C den Beanspruchungen standhalten.

Der DE-OS 27 01 411 ist zu entnehmen, daß die Sintertemperatur eines keramischen Dielektrikums mit einer hohen Dielektrizitätskonstante vermindert werden kann auf 1000°C oder weniger durch Verwendung einer Zusammensetzung aus zwei Sinterprodukten, wie beispielsweise Pb(Fe_2/3W_1/3) _x O₃ und Pb(Fe_1/2Nb_1/2)_1-x O₃. Da ein derartiger keramischer Laminarkondensator bei einer Sintertemperatur von weniger als 1000°C hergestellt werden kann, ist es gemäß der DE-OS möglich, für die Elektroden billigere Materialien, wie beispielsweise Silber, Nickel und Aluminium zu verwenden. Es ist auf diese Weise möglich, Kondensatoren preisgünstiger herzustellen.

Sintertemperaturen von weniger als 1000°C werden bei der vorgenannten Mischung jedoch nur erreicht durch Beigabe weiterer Oxide, wie Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃, Pb(Mn_1/3Ta_2/3)O₃ und Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃.

Die US-PS 36 66 665 beschreibt ein Dielektrikum, das eine Sintertemperatur unter 950°C aufweist und das aus Pb(Fe_1/2Nb_1/2)O₃, BiFeO₃, PbZrO₃ und LaFeO₃ besteht, wobei die drei letztgenannten Oxide unabdingbare Bestandteile sind. Die Dielektrizitätskonstante, der dielektrische Verlustfaktor und der Isolationswiderstand sind nicht angegeben.

Das Dielektrikum nach der DE-OS 25 07 395 besteht aus Pb(Mg_1/3Ta_2/3)O₃, PbTiO₃ und PbZrO₃, wobei anstelle von Mg auch Zn, Cd, Sn, Mn, Fe, Co oder Ni treten kann. Die Sintertemperaturen liegen hierbei jedoch stets zwischen 1200 und 1300°C, so daß diese Sinterprodukte nicht für ein Dielektrikum mit niederer Sintertemperatur geeignet erscheinen.

Es besteht die Aufgabe, ein Dielektrikum, das als Sinterprodukt Pb(Fe_1/2Nb_1/2)O₃ enthält, in bezug auf eine hohe Dielektrizitätskonstante, einen niedrigen dielektrischen Verlustfaktor und einen hohen Isolationswiderstand zu verbessern.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die nachfolgenden dielektrischen Zusammensetzungen vorgeschlagen, von denen jede ein Additiv zusätzlich zu den beiden Sinterprodukten aufweisen.

• A. Eine modifizierte keramische Zusammensetzung besteht aus einer Grundzusammensetzung von 60,72 bis 67,17% PbO, 3,26 bis 11,41% Fe₂O₃, 0,20 bis 2,56% MgO, 5,42 bis 19,00% Nb₂O₅ und 2,22 bis 28,04% Ta₂O₅. Alle diese Prozentangaben sind Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Grundzusammensetzung. Weiterhin ist enthalten Pb(Mn_2/3W_1/3)O₃ in einem Anteil von 0,05 bis 5,0 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Grundzusammensetzung.
• B. Eine modifizierte keramische Zusammensetzung weist eine Grundzusammensetzung entsprechend A auf. Weiterhin ist enthalten Pb(Mn_1/2W_1/2)O₃ in einem Anteil von 0,05 bis 5,0 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Grundzusammensetzung.
• C. Eine modifizierte keramische Zusammensetzung besteht aus der Grundzusammensetzung nach A. Weiterhin ist enthalten Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃ in einem Anteil von 0,05 bis 5,0 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsprozent der Grundzusammensetzung.
• D. Ein modifiziertes keramisches Dielektrikum weist die Grundzusammensetzung nach A auf. Weiterhin ist enthalten MnO in einem Betrag von 0,001 bis 1,0 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Gewichtsteile der keramischen Grundzusammensetzung.
• E. Eine modifizierte keramische Zusammensetzung enthält die Grundzusammensetzung nach A. Weiterhin ist enthalten Pb(Mn_1/3Ta_2/3)O₃ in einem Anteil von 0,05 bis 5,0 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der keramischen Grundzusammensetzung.
• F. Ein modifiziertes keramisches Dielektrikum besteht aus der Grundzusammensetzung nach A. Weiterhin ist enthalten Li₂O mit 0,01 bis 2,0 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Gew.-% der Grundzusammensetzung.
• G. Ein modifiziertes keramisches Dielektrikum ist aus der Grundzusammensetzung nach A hergestellt. Weiterhin ist enthalten mindestens ein Teil der Cr₂O₃ und CeO₂ enthaltenden Gruppe in einem Anteil von 0,05 bis 2,0 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Gewichtsprozente der Grundzusammensetzung.

Die Eigenschaften und die Ausführungsbeispiele der keramischen Dielektrika gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend erläutert.

Jedes keramische Dielektrikum mit einer hohen Dielektrizitätskonstante gemäß der vorliegenden Erfindung kann gesintert werden bei einer niederen Temperatur im Bereich von 800°C bis 1000°C. Beträgt der PbO Anteil der Grundzusammensetzung mehr als 67,17 Gew.-%, dann muß das Dielektrikum gesintert werden bei einer Temperatur über 1000°C. Liegt andererseits der PbO Anteil unterhalb von 60,72 Gew.-%, dann ist die Dielektrizitätskonstante zu gering, um das keramische Dielektrikum praktisch verwenden zu können. Die Sintertemperatur wird erhöht, wenn der Fe₂O₃ Anteil über 11,41 Gew.-% ansteigt. Andererseits nimmt die Dielektrizitätskonstante ab, wenn der Fe₂O₃ Anteil unter 3,26 Gew.-% abnimmt. Liegt der MgO Anteil über 2,56 Gew.-%, dann nimmt die Dielektrizitätskonstante ab. Liegt dagegen der MgO Anteil unter 0,20 Gew.-%, dann nimmt die Dielektrizitätskonstante ab und der dielektrische Verlust (tan δ) zu. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß bei einem Ta₂O₅ Anteil von über 28,04% die Dielektrizitätskonstante zu gering wird, während die Dielektrizitätskonstante abnimmt, wenn weniger als 2,22% Nb₂O₅ vorhanden sind. Hieraus ist ersichtlich, daß sich eine hohe Dielektrizitätskonstante, eine niedere Sintertemperatur und ein geringer dielektrischer Verlustfaktor ergibt, wenn die Grundzusammensetzung besteht aus 60,72 bis 67,17% PbO, 3,26 bis 11,41% Fe₂O₃, 0,20 bis 2,56% MgO und 5,42 bis 19,00% Nb₂O₅ und 2,22 bis 28,04% Ta₂O₅. Diese Zusammensetzung ergibt durch Sintern eine Feststofflösung mit 30 bis 95 mol% Pb(Fe_1/2Nb_1/2)O₃ und 5 bis 70 mol% Pb(Mg_1/3Ta_2/3)O₃.

Dieses keramische Dielektrikum kann gesintert werden bei einer Temperatur von unter 1000°C. Die relative Dielektrizitätskonstante (ε_s) welche als Dielektrizitätskonstante bezeichnet wird, liegt zwischen 5000 und 18 000, ist also hoch. Der dielektrische Verlustfaktor tan δ bei 1 kHz liegt zwischen 1,0 und 3,6%, ist also gering. Bei einer bevorzugten Zusammensetzung mit 64,0 bis 65,0% PbO, 6,9 bis 8,1% Fe₂O₃, 1,1 bis 1,6% MgO, 11,0 bis 14,0% Nb₂O₅ und 12,0 bis 16,0% Ta₂O₅ ist der Isolationswiderstand größer als 10¹⁰ Ω und liegt insbesondere bei mehr als 5×10¹⁰ Ω. Der Isolationswiderstand bezieht sich auf den Widerstand eines Keramikkörpers mit einer Dicke von näherungsweise 0,5 mm. Dieser Widerstandswert wird gemessen bei 20°C, wenn ein dielektrischer Strom von 500 Volt an den Keramikkörper angelegt wird.

Durch Beigabe bestimmter Mengen von Additiven, wie beispielsweise Pb(Mn_1/3W_1/3)O₃, Pb(Mn_1/2W_1/2)O₃, Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃, MnO, Pb(Mn_1/3Ta_2/3)O₃, Li₂O, Cr₂O₃ und CeO₂ zur Grundzusammensetzung kann der dielektrische Verlustfaktor und der Isolationswiderstand vermindert werden auf einen Wert unterhalb desjenigen der Grundzusammensetzung. Wenn der Anteil dieser Additive den Maximalbetrag übersteigt, wie er bei der Beschreibung der modifizierten keramischen Dielektrika erwähnt ist, dann wird die Dielektrizitätskonstante ε_s nachteilig vermindert und der dielektrische Verlustfaktor tan δ und der Isolationswiderstand werden beide vermindert auf einen Wert unter demjenigen, wie er für ein keramisches Dielektrikum brauchbar ist.

Es hat sich gezeigt, daß die Zugabe der vorgenannten Additive einen Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften wie ε_s und tan δ des keramischen Dielektrikums hat. Es hat sich gezeigt, daß die Zugabe von Li₂O in einer Menge, größer als vorstehend angegeben, zu einem Anwachsen der Sintertemperatur führt.

Eine modifizierte keramische Zusammensetzung mit Pb(Mn_2/3W_1/3)O₃ kan gesintert werden bei einer Temperatur unter 1000°C, wobei dieses Dielektrikum eine Dielektrizitätskonstante von e_s von näherungsweise 5100 bis 18 100, einen dielektrischen Verlustfaktor tan δ bei 1 kHz von 0,3 bis 2,0% und einen Isolationswiderstand von 1×10⁹ bis 6×10¹¹ Ω aufweist. Der Anteil des Additivs liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 5,0 Gew.-% und die Grundzusammensetzung besteht vorzugsweise aus 64,53 bis 67,17% PbO, 8,08 bis 11,41% Fe₂O₃, 13,45 bis 19,00% Nb₂O₅, 0,20 bis 1,16% MgO und 2,22 bis 12,78% Ta₂O₃. Bevorzugt liegen vor 64,53 bis 65% PbO, 8,08 bis 9% Fe₂O₃, 13,45 bis 14% Nb₂O₃ 1 bis 1,16% MgO und 12 bis 12,78% Ta₂O₅. Liegt die Grundzusammensetzung in den vorerwähnten bevorzugten Grenzen, dann ist die Dielektrizitätskonstante größer als 15 000, der dielektrische Verlustfaktor tan δ bei 1 kHz geringer als 1,0% und der Isolationswiderstand liegt bei 4×10¹¹ Ω oder mehr.

Bei einem weiteren modifizierten keramischen Dielektrikum mit Pb(Mn_1/2W_1/2)O₃ liegt die Sintertemperatur unter 1000°C, die Dielektrizitätskonstante ε_s liegt näherungsweise zwischen 5100 und 18 700, der dielektrische Verlustfaktor tan δ liegt zwischen 0,2 und 2,0% und der Isolationswiderstand hat einen Wert von 4×10⁸ Ω oder mehr. Der Additivanteil liegt zwischen 0,05 und 5,0 Gew.-% und die Grundzusammensetzung besteht vorzugsweise aus 64,53 bis 67,17% PbO, 8,08 bis 11,41% Fe₂O₃, 13,45 bis 19,00% Nb₂O₅, 0,20 bis 1,16% MgO und 2,22 bis 12,78% Ta₂O₅. Liegt der Additivanteil und die Grundzusammensetzung in den vorgenannten bevorzugten Bereichen, dann ist der dielektrische Verlustfaktor tan δ bei 1 kHz maximal 1,4%, während die Dielektrizitätskonstante mehr als 10 000 beträgt. Bei einer Grundzusammensetzung von 64 bis 65% PbO, 8,08 bis 9% Fe₂O₃, 13,45 bis 14% Nb₂O₅, 1,16 bis 2,22% MgO und 12,78 bis 13% Ta₂O₅ ist die Dielektrizitätskonstante mehr als 16 000.

Eine weitere modifizierte keramische Zusammensetzung mit Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃ weist eine Sintertemperatur von unter 100°C, eine Dielektrizitätskonstante ε_s von näherungsweise 4900 bis 17 600, einen dielektrischen Verlustfaktor tan δ bei 1 kHz von 0,3 bis 2,1% und einen Isolationswiderstand von 3×10⁹ bis 8×10¹¹ Ω auf. Der Additivanteil beträgt vorzugsweise 0,5 bis 5,0 Gewichtsteile und die Grundzusammensetzung besteht vorzugsweise aus 64,53 bis 67,17 Gew.-% PbO, 8,08 bis 11,41 Gew.-% Fe₂O₃, 13,45 bis 19,00 Gew.-% Nb₂O₅, 0,20 bis 1,16 Gew.-% MgO und 2,22 bis 12,78 Gew.-% Ta₂O₅. Insbesondere soll die Grundzusammensetzung bestehen aus 64,53 bis 65 Gew.-% PbO, 8,08 bis 9 Gew.-% Fe₂O₃, 13,45 bis 14 Gew.-% Nb₂O₅, 1 bis 1,16 Gew.-% MgO und 12 bis 12,78 Gew.-% Ta₂O₅. Liegt die Grundzusammensetzung in diesen zuvor erwähnten Grenzen, dann liegt die Dielektrizitätskonstante bei mehr als 16 000 und der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz ist 1,2% oder weniger.

Ein modifiziertes keramisches Dielektrikum mit MnO hat eine Sintertemperatur von weniger als 1000°C, eine Dielektrizitätskonstante ε_s von näherungsweise 7700 bis 14 000, einen dielektrischen Verlustfaktor tan δ bei 1 kHz von 0,5 bis 2,0%, einen Isolationswiderstand von 9×10⁹ bis 7×10¹⁰ Ω. Der Additivanteil beträgt 0,001 bis 0,1 Gewichtsteile. Die Grundzusammensetzung besteht vorzugsweise aus 64,45 65,56% PbO, 6,92 bis 9,83% Fe₂O₃, 11,51 bis 15,62% Nb₂O₅, 0,79 bis 1,55% MgO und 8,66 bis 15,57% Ta₂O₅. Liegt der Additivanteil innerhalb der vorgenannten bevorzugten Grenzen, dann beträgt der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz 1,2% oder weniger, der Isolationswiderstand von 4×10¹⁰ Ω oder mehr und die Dielektrizitätskonstante ε_s ist größer als etwa 12 000. Die Grundzusammensetzung besteht insbesondere bevorzugt aus 64 bis 65,56 Gew.-% PbO, 8 bis 9,83 Gew.-% Fe₂O₃, 13 bis 14 Gew.-% Nb₂O₅, 1 bis 1,55 Gew.-% MgO und 12 bis 13 Gew.-% Ta₂O₅. Liegt die Grundzusammensetzung innerhalb der vorgenannten Grenzen, dann ist die Dielektrizitätskonstante ε_s näherungsweise 17 000 und der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz beträgt 0,9% oder weniger.

Bei einem modifizierten Dielektrikum mit Pb(Mn_1/3Ta_2/3)O₃ weist eine Sintertemperatur von weniger als 1000°C auf. die Dielektrizitätskonstante ε_s beträgt näherungsweise 4950 bis 17 700, der dielektrische Verlustfaktor tan δ bei 1 kHz liegt zwischen 0,1 und 2,2% und der Isolationswiderstand weist Werte von 4×10⁹ bis 4×10¹¹ Ω auf. Die Grundzusammensetzung besteht vorzugsweise aus 64 bis 65 Gew.-% PbO, 8 bis 9 Gew.-% Fe₂O₃, 13 bis 14 Gew.-% Nb₂O₅, 1 bis 2 Gew.-% MgO und 12 bis 13 Gew.-% Ta₂O₅. Liegt die Grundzusammensetzung innerhalb dieser Grenzen, dann ist der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz 1,4% oder weniger, der Isolationswiderstand 7×10⁹ Ω oder mehr und die Dielektrizitätskonstante näherungsweise 16 000 oder mehr.

Ein modifiziertes keramisches Dielektrikum mit Li₂O hat eine Sintertemperatur von 800 bis 950°C, eine Dielektrizitätskonstante ε_s von 5600 bis 17 400 und einen dielektrischen Verlustfaktor tan δ bei 1 kHz von 0,5 bis 1,2%. Der Additivanteil beträgt vorzugsweise 0,01 bis 0,5 Gew.-% und die Grundzusammensetzung besteht vorzugsweise aus 64 bis 65% PbO, 8 bis 9% Fe₂O₃, 13 bis 14% Nb₂O₅ und 1 bis 2% MgO. Liegt der Additivanteil und die Grundzusammensetzung innerhalb der vorgenannten Grenzen, dann beträgt der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz 1,2% oder weniger und die Dielektrizitätskonstante ε_s ist näherungsweise 10 000 oder mehr.

Bei einer modifizierten Zusammensetzung mit Cr₂O₃ und/oder CeO₂ ist die Sintertemperatur unter 1000°C, die Dielektrizitätskonstante ε_s liegt näherungsweise zwischen 5000 und 10 300, der dielektrische Verlustfaktor tan δ bei 1 KHz ist 0,7 bis 2,4% und der Isolationswiderstand liegt zwischen 2×10⁸und 4×10¹⁰ Ω. Der Anteil der Additive liegt zwischen 0,05 und 2 Gew.-%. Die Grundzusammensetzung besteht vorzugsweise aus 67 bis 68% PbO, 11 bis 12% Fe₂O₃, 18 bis 19% Nb₂O₅ und 0,2 bis 1,0% MgO. Liegt der Additivanteil innerhalb der vorgenannten Grenzen, dann ist die Dielektrizitätskonstante näherungsweise 10 000.

Die keramische Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen hohen Isolationswiderstand auf und kann deshalb zur Herstellung hochspannungsfester Kondensatoren verwendet werden. Das keramische Material kann weiterhin in den Kondensatoren als Dünnfilm mit einer Dicke von 30 bis 40 µm verwendet werden. Der hohe Isolationswiderstand ist nützlich bei der Lösung des Problems der Elektromigration, welche eine Verschlechterung der Eigenschaften eines Kondensators bewirken kann, indem Ionen des keramischen Materials unter der Wirkung einer angelegten Spannung von der Kondensatorelektrode ins keramische Material wandern.

Eine für Kondensatoren wesentliche Eigenschaft ist eine gewünschte geringe Abhängigkeit der Dielektrizitätskonstante von der Temperatur. Die Dielektrizitätskonstante der Grundzusammensetzung nimmt um nicht mehr als näherungsweise 60% ab, wenn die Temperatur von der Raumtemperatur auf -25°C erniedrigt wird. Die Dielektrizitätskonstante wird erhöht oder vermindert, wenn die Temperatur von Raumtemperatur auf 85°C erhöht wird, wobei die Veränderung nicht größer als näherungsweise 70% ist. Die Gesamtveränderung bei der oben er­ wähnten Temperaturzu- und abnahme übersteigt nicht näherungsweise 130% und liegt vorzugsweise bei 100%. Durch die Zugabe von Mangan enthaltenen Additiven kann dieser Bereich weiter vermindert werden, d. h., die Temperaturabhängigkeit wird stabilisiert.

Eine wesentliche Eigenschaft bei keramischen Materialien, welche PbO enthalten, besteht in der Verhinderung des Verdampfens von PbO während des Sinterns. Dieser Effekt kann verhindert werden durch Zugabe von Mangan enthaltenden Additiven, welche somit zur Stabilisierung des Sinterprozesses beitragen.

Die keramischen Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung können wie nachfolgend beschrieben hergestellt werden. Fein verteilte Teilchen oder Pulver der entsprechenden Metalloxyde werden unter Verwendung einer Kugelmühle miteinander vermischt. Danach wird dem Pulver ein Binder zugefügt und das Pulver wird beispielsweise in Scheibenform vorgepreßt. Die Scheiben werden gesintert bei einer Temperatur von 800 bis 1000°C über eine Dauer von 1 bis 2 Stunden. Die Sinterung erfolgt in einem Magnesia-Keramikkessel. Jede Scheibe wird mit Silber, Nickel oder Aluminiumelektroden platiert. Anstelle der Metalloxyde können auch Metallcarbonate verwendet werden.

Beispiel

Gemäß einem Beispiel werden Bleioxyd PbO, Magnesiumoxyd MgO, Eisenoxyd Fe₂O₃, Nioboxyd Nb₂O₃, Tantaloxyd Ta₂O₅, Manganoxyd MnO, Wolframoxyd WO₃, Lithiumoxyd Li₂O, Chromoxyd Cr₂O₃ und Ceriumoxyd CeO₂ in Pulverform und in einer Menge vermischt, so daß sich eine keramische Zusammensetzung ergibt, wie in Tabelle 1 gezeigt. Diese Oxydmischung dient als Rohmaterial für das keramische Material und wird vermischt in einer Schüssel mit einem organischen Harz unter feuchten Bedingungen, danach vorgesintert in einem Temperaturbereich von 700 bis 850°C über eine Dauer von 2 Stunden. Zwischen den Pulvern tritt folglich eine chemische Reaktion auf. Das gesinterte Pulver, dessen Bestandteile miteinander reagiert haben, wird zerkleinert in feine Teilchen mit einem Durchmesser von einigen µm und diese Teilchen werden abermals miteinander vermischt, so daß eine Pudermischung erhalten wird. Ein bestimmter Anteil eines Binders aus Polyvinylalkohol wird dem Pulver hinzugefügt und diese Mischung sodann zu Tabletten verpreßt und zwar mit einem Druck von 3 MN/m², wobei die Tabletten einen Durchmesser von 16,5 mm und eine Dicke von 0,6 mm aufwiesen. Diese Tabletten wurden unter Luftabschluß in einem Ofen gesintert, wobei verhindert wurde, daß die Bleikomponente von den Tabletten abdampft. Die Endsinterung wurde 2 Stunden lang durchgeführt. Danach wurden Silberelektroden auf jede Seite der Tabletten aufgebracht. Diese Keramikkörper mit den beiden Elektroden wurden bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften vermessen, d. h., bezüglich der Dielektrizitätskonstante ε_s bei 1 kHz und 20°C, des dielektrischen Verlustfaktors tan δ bei 1 kHz und 20°C und 85°C und des Isolationswiderstandes IR. Die Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante ε_s bei 1 kHz wurde bei einigen Proben gemessen bei +85°C auf der Basis der Raumtemperatur von 20°C als Standardwert. Die gemessenen Resultate sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Die mit einem Sternchen versehenen Beispiele sind Kontrollproben.

Die Sintertemperaturen der Proben 1 bis 8 und die Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante ist in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Die Sintertemperaturen der Proben No. 87 bis 100 sind in Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3

Die Sintertemperatur der anderen, nicht in den Tabellen 2 und 3 erwähnten Proben sind nachfolgend angegeben. Die Sintertemperatur der Kontrollproben betrug 1000°C. Die Sintertemperatur der Proben gemäß der Erfindung mit Pb(Mn_1/2W_1/3)O₃ und Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃, Pb(Mn_1/3Ta_2/3)O₃, Pb(Mn_2/3W_1/3)O₃, Li₂O, MnO, Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃, Cr₂O₃ und CeO₂ lag im Bereich zwischen 850 und 950°C.

Die Proben mit der Zusammensetzung nach Probe 5 und eine Kontrollprobe mit 63,63 mol% Pb(Fe_1/2Nb_1/2)O₃ - 35,82 mol% Pb(Fe_2/3W_1/3)O₃ - 0,5 Gew.-% Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃ wurden gesintert bei 900, 950, 1000 und 1080°C. Der Isolationswiderstand dieser Proben wurde gemessen. Die Meßresultate sind in Tabelle 4 wiedergegeben.

Tabelle 4

Der Isolationswiderstand der Probe 5 und der oben erwähnten Kontrollproben wurde gemessen bei 20, 40, 60, 80 und 100°C. Die Meßergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 5

Die Sintertemperatur lag bei 950°C.

Claims (20)

1. Kermamisches Dielektrikum hoher Dielektrizitätskonstante, das als Sinterprodukt Pb(Fe_1/2Nb_1/2)O₃ enthält, das aus einer PbO₃, Fe₂O₃ und Nb₂O₃ und Nb₂O₅ enthaltenden Grundzusammensetzung hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundzusammensetzung aus 60,72% bis 67,17% PbO, 3,26% bis 11,41% Fe₂O₃, 5,42% bis 19,00% Nb₂O₅ und zusätzlich aus 0,20% bis 2,56% MgO sowie 2,22% bis 28,04% Ta₂O₅ besteht, wobei die Prozentangaben sich auf das Gesamtgewicht der Grundzusammensetzung beziehen, somit als weiteres Sinterprodukt Pb(Mg_1/3Ta_2/3)O₃ vorhanden ist und das Dielektrikum eine Dielektrizitätskonstante von 5 000 bis 18 000, einen dielektrischen Verlustfaktor (tan δ bis 1 kHz) von 1,0% bis 3,6% und einen Isolationswiderstand von mehr als 10⁹ Ω aufweist.

2. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundzusammensetzung besteht aus 64,0 bis 65,0% PbO, 6,9 bis 8,1% Fe₂O₃, 1,1 bis 1,6% MgO, 11,0 bis 14,0% Nb₂O₅ und 12,0 bis 16,0% Ta₂O₅.

3. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin enthält Pb(Mn_2/3W_1/3)O₃ in einem Anteil von 0,05 bis 5,0 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Grundzusammensetzung, und daß es eine Dielektrizitätskonstante von näherungsweise 5 100 bis 18 000, einen dielektrischen Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) von 0,3 bis 2,0% und einen Isolationswiderstand von bis 6×10¹¹ Ω aufweist.

4. Dielektrikum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil Pb(Mn_2/3W_1/3)O₃ zwischen 0,5 und 5,0 Gew.-% liegt und die Grundzusammensetzung besteht aus 64,53 bis 67,17% PbO, 8,08 bis 11,41% Fe₂O₃, 13,45 bis 19,00% Nb₂O₅, 0,20 bis 1,16% MgO, und 2,22 bis 12,78% Ta₂O₅.

5. Dielektrikum nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundzusammensetzung besteht aus 64,53 bis 65% PbO, 8,08 bis 9% Fe₂O₃, 13,45 bis 14% Nb₂O₅, 1 bis 1,16% MgO und 12 bis 12,78% Ta₂O₃, wobei diese keramische Zusammensetzung eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 15 000, einen dielektrischen Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) von weniger als näherungsweise 1,0% und einen Isolationswiderstand von nicht weniger als 4×10¹¹ Ω aufweist.

6. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin Pb(Mn_1/2W_1/2)O₃ in einem Anteil von 0,05 bis 5,0 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Grundzusammensetzung, enthält, und daß seine Dielektrizitätskonstante ε_s zwischen näherungsweise 5 100 und 18 700 liegt und der dielektrische Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) zwischen 0,2 und 2,0% beträgt.

7. Dielektrikum nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil Pb(Mn_1/2W_1/2)O₃ zwischen 0,05 und 5,0 Gew.-% liegt und die Grundzusammensetzung besteht aus 64,53 bis 67,17% PbO, 8,08 bis 11,41% Fe₂O₃, 13,45 bis 19,00% Nb₂O₅, 0,20 bis 1,16% MgO und 2,22 bis 12,78% Ta₂O₅, wobei das Keramikmaterial einen dielektrischen Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) von 1,4% oder weniger und eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 10 000 aufweist.

8. Dielektrikum nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundzusammensetzung besteht aus 64,53 bis 65,0% PbO, 8,08 bis 9,0% Fe₂O₃, 13,45 bis 14,0% Nb₂O₅, 1,16 bis 2,0% MgO, und 12,78 bis 13% Ta₂O₅, wobei dieses Keramikmaterial eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 16 000 aufweist.

9. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃ in einem Anteil von 0,05 bis 5,0 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Grundzusammensetzung, enthält, und daß dessen Dielektrizitätskonstante näherungsweise 4 900 bis 17 600 beträgt, der dielektrische Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) zwischen 0,12 und 2,1% liegt und der Isolationswiderstand 3×10⁹ bis 8×10¹¹ Ω ist.

10. Dielektrikum nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃ zwischen 0,5 bis 5,0 Gewichtsteilen beträgt und die Grundzusammensetzung besteht aus 64,53 bis 67,17 Gew.-% PbO, 8,08 bis 11,41 Gew.-% Fe₂O₃, 13,45 bis 19,00 Gew.-% Nb₂O₅, 0,20 bis 1,16 Gew.-% MgO und 2,22 bis 12,78 Gew.-% Ta₂O₅.

11. Dielektrikum nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundzusammensetzung besteht aus 64,53 bis 65 Gew.-% PbO, 8,08 bis 9,0 Gew.-% Fe₂O₃, 13,45 bis 14 Gew.-% Nb₂O₅, 1 bis 1,16 Gew.-% MgO und 12,00 bis 12,78 Gew.-% Ta₂O₅, wobei die keramische Zusammensetzung eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 16 000 und einen dielektrischen Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) von 1,2% oder weniger aufweist.

12. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin MnO in einem Anteil von 0,001 bis 1,0 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Grundzusammensetzung, enthält, und daß es eine Dielektrizitätskonstante von näherungsweise 7 700 bis 14 400, einen dielektrischen Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) von 0,5 bis 2,0% und einen Isolationswiderstand von 9 10⁹ bis 7 10¹⁰ Ω aufweist.

13. Dielektrikum nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der MnO-Anteil zwischen 0,001 und 0,1 Gewichtsteilen liegt und die Grundzusammensetzung besteht aus 64,45 bis 65,56% PbO, 6,92 bis 9,83% Fe₂O₃, 11,51 bis 15,62% Nb₂O₅, 0,79 bis 1,55% MgO und 8,66 bis 15,57% Ta₂O₅, wobei diese keramische Zusammensetzung eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 12 000, einen dielektrischen Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) von 1,2% oder weniger und einen Isolationswiderstand von 4×10¹⁰ Ω oder mehr aufweist.

14. Dielektrikum nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundzusammensetzung besteht aus 64 bis 65,56 Gew.-% PbO, 8 bis 9,83 Gew.-% Fe₂O₃, 13 bis 14 Gew.-% Nb₂O₅, 1 bis 1,55 Gew.-% MgO und 12 bis 13 Gew.-% Ta₂O₅, wobei diese keramische Zusammensetzung eine Dielektrizitätskonstante von näherungsweise 17 000 und einen dielektrischen Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) von 0,9% oder weniger aufweist.

15. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin Pb(Mn_1/3Ta_2/3)O₃ in einem Anteil von 0,05 bis 5,0 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Grundzusammensetzung, enthält, und daß die Dielektrizitätskonstante bis 17,700, der dielektrische Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) zwischen 0,1 und 2,2% und der Isolationswiderstand bis 4×10¹¹ Ω beträgt.

16. Dielektrikum nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundzusammensetzung besteht aus 64,0 bis 65,0 Gew.-% PbO, 8,0 bis 9,0 Gew.-% Fe₂O₃, 13,0 bis 14,0 Gew.-% Nb₂O₅, 1,0 bis 2,0 Gew.-% MgO und 12,0 bis 13,0 Gew.-% Ta₂O₅, wobei diese keramische Zusammensetzung einen dielektrischen Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) von 1,4% oder weniger und eine Dielektrizitätskonstante von näherungsweise 16 000 oder mehr aufweist.

17. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin Li₂O in einem Anteil von 0,01 bis 2,0 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Grundzusammensetzung, enthält, und daß die Dielektrizitätskonstante zwischen 5 600 und 17 400 und der dielektrische Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) zwischen 0,5 bis 1,2% liegt.

18. Dielektrikum nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Li₂O-Anteil zwischen 0,01 und 0,5 Gew.-% liegt, die Grundzusammensetzung besteht aus 64,0 bis 65,0% PbO, 8,0 bis 9,0% Fe₂O₃, 13,0 bis 14,0% Nb₂O₅ und 1,0 bis 2,0% MgO, wobei der dielektrische Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) 1,2% oder weniger und die Dielektrizitätskonstante näherungsweise 10 000 oder mehr beträgt.

19. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens einen Anteil der aus Cr₂O₃ und CeO₂ bestehenden Gruppe in einem Anteil von 0,05 bis 2,0 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Grundzusammensetzung, enthält, und daß die Dielektrizitätskonstante zwischen näherungsweise 5 000 und 10 300, der dielektrische Verlustfaktor (tan δ bei 1 kHz) zwischen 0,7 und 2,4% und der Isolationswiderstand von 4×10¹⁰ Ω beträgt.

20. Dielektrikum nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Cr₂O₃ und/oder CeO₂ zwischen 0,05 und 2,0 Gewichtsteilen liegt, die Grundzusammensetzung besteht aus 67,0 bis 68,0% PbO, 11,0 bis 12,0% Fe₂O₃, 18,0 bis 19,0% Nb₂O₅ und 0,20 bis 1,0% MgO und die Dielektrizitätskonstante näherungsweise 10 000 ist.