DE3206502C2 - - Google Patents
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- H01G4/06—Solid dielectrics
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- H01G4/12—Ceramic dielectrics
- H01G4/1209—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
- H01G4/1254—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on niobium or tungsteen, tantalum oxides or niobates, tantalates
- H01G4/1263—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on niobium or tungsteen, tantalum oxides or niobates, tantalates containing also zirconium oxides or zirconates
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Dielektrikum auf Basis
von Bleititanaten, bei denen mindestens 50 Mol-% des
Titans durch Magnesium und Wolfram substituiert sind.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren
zur Herstellung des Dielektrikums und auf seine Verwendung.
Dielektrika der genannten Art sind von Bedeutung für
die Herstellung von Kondensatoren, insbesondere von
Vielschichtkondensatoren.
Monolithische keramische Vielschichtkondensatoren ermöglichen
bei großer Zuverlässigkeit sehr hohe Kapazitäten
bei kleinem Volumen. Das keramische Ausgangsmaterial
wird hierbei zur Herstellung von dünnen Folien
mit einem Bindemittel verarbeitet. Auf solche keramische
Folien wird anschließend eine Metallpaste aufgetragen,
die die Elektroden bilden soll und anschließend werden
die Folien so aufeinandergestapelt, daß Keramik- und
Metallschichten wechselweise angeordnet sind.
Da die auf diese Weise hergestellte Schichtenfolge von
Dielektrikum und Elektroden als Ganzes gesintert wird,
müssen Elektrodenmaterialien und Sinterbedingungen derart
gewählt werden, daß die Metallschichten dabei weder
schmelzen noch oxidieren.
Es ist bekannt, Vielschichtkondensatoren herzustellen,
wobei die Keramik an Luft bei Temperaturen oberhalb
1300°C dichtgesintert wird. Bei diesen Sintertemperaturen
sind als Metalle für die Elektroden nur Edelmetalle
mit einem sehr hohen Schmelzpunkt wie Palladium
oder Platin zu verwenden.
Da die Edelmetalle sehr teuer und zum Teil schwer zu beschaffen
sind und darüberhinaus mit ihrem Preis in keinem
Verhältnis mehr zu der Keramik stehen, denn durch den
bereits erreichten hohen Mechanisierungsgrad bei der
Herstellung von Vielschichtkondensatoren fallen die
Materialkosten für Edelmetallelektroden sehr ins Gewicht,
hat man diverse Anstrengungen unternommen,
Keramik mit brauchbaren dielektrischen Werten aber
drastisch erniedrigten Sintertemperaturen herzustellen,
um auf die teueren Palladium- oder Platinelektroden
verzichten zu können und stattdessen z. B. Silberelektroden
einsetzen zu können. Aus der US-PS 40 63 341
ist ein keramisches Dielektrikum auf Basis des Systems
PbTiO₃-Pb (Mg/1/2W1/2)O₃ bekannt, das bei Temperaturen
von 950 bis 1000°C gesintert werden kann und das mit einer
Dielektrizitätskonstanten ε < 1000 und Werten für den
dielektrischen Verlustfaktor tanδ von 0,85 bis 4,2%
brauchbare dielektrische Werte aufweist. Für die Herstellung
von Vielschichtkondensatoren aus der aus der US-
PS 40 63 341 bekannten Keramik soll Silber als Elektrodenmetall
eingesetzt werden. Es hat sich nun erwiesen,
daß mit dieser Keramik Vielschichtkondensatoren unter
Verwendung von Silberelektroden nicht mit reproduzierbarer
Qualität hergestellt werden können, da die
Sintertemperaturen dieser Keramik zu dicht am Schmelzpunkt
des Silbers liegen. Silber ist aufgrund seiner
elektrischen Eigenschaften jedoch hervorragend als
Elektrodenmetall geeignet und sollte nach Möglichkeit
beibehalten werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die
Sintertemperaturen für die Keramik der eingangs
genannten Art so abzusenken, daß sie deutlich unter
dem Schmelzpunkt des Silbers liegen und die elektrischen
Eigenschaften, insbesondere die Werte für die Dielektrizitätskonstante
ε und den dielektrischen Verlustfaktor
tanδ, aber auch für den spezifischen Widerstand und
dessen Dauerstandsverhalten gegenüber der bekannten
Keramik noch verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die stöchiometrische Grundverbindung mit einer
Zusammensetzung
von
von Pb(Ti1-x-y Mg x W y )O₃
mit 0,25 ≦ x ≦ 0,35
und 0,25 ≦ y ≦ 0,35
einen Zusatz von 0,001 bis 0,006 (5 PbO + 1 WO₃) auf additiver molarer Basis enthält.
und 0,25 ≦ y ≦ 0,35
einen Zusatz von 0,001 bis 0,006 (5 PbO + 1 WO₃) auf additiver molarer Basis enthält.
Durch den Zusatz des bei 720°C schmelzenden Eutektikums
(5 PbO + 1 WO₃) können Sintertemperaturen im Bereich von
830 bis 1000°C, insbesondere von 830 bis 900°C,
angewendet werden, wobei darüberhinaus verbesserte dielektrische
Eigenschaften erreicht werden können.
Die Werte für die Dielektrizitätskonstante ε liegen im
Bereich von 1500 bis 5400, die Werte für den dielektrischen
Verlustfaktor tanδ liegen bei 1 kHz im Bereich
von 1,6 bis 3,1% und die Werte für den spezifischen
Widerstand liegen im Bereich von 2 · 10¹¹ bis 1 · 10¹³ Ωcm
bei 25°C.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
hat das Dielektrikum eine Zusammensetzung gemäß
folgender Formel:
Pb(Ti1-x-y Mg x-z Me z W y )O₃ + 0,001 bis 0,006 (5 PbO + 1 WO₃)
mit
x = 0,288 bis 0,299
y = 0,3
z = 0,001 bis 0,012
Me = Übergangsmetall(e).
y = 0,3
z = 0,001 bis 0,012
Me = Übergangsmetall(e).
Wenn 0,1 bis 1,2 Mol% das Magnesiums durch mindestens
ein Übergangsmetall wie Cr, Mn, Fe oder Co substituiert
sind, ergibt sich eine deutliche Verbesserung der Werte
für den spezifischen Widerstand neben den bereits erwähnten
Vorteilen der günstigen dielektrischen Eigenschaften
und der niedrigen Sintertemperaturen.
So hat eine Keramik auf Basis der genannten Zusammensetzung
Werte für die Dielektrizitätskonstante ε im
Bereich von 2300 bis 6100, für den dielektrischen Verlustfaktor
tanδ bei 1 kHz im Bereich von 0,3 bis 3,1%,
für den spezifischen Widerstand im Bereich von
8 · 10¹⁰ bis 2 · 10¹³ Ωcm bei 25°C. Die Sintertemperatur
liegt im Bereich von 830 bis 1000°C, vorzugsweise
im Bereich von 830 bis 900°C.
Wenn so verfahren wird, daß nach dem Mischen bzw. Mahlen
der die stöchiometrische Grundverbindung bildenden Verbindungen
ein Calcinierungsprozeß im Bereich von 700
bis 750°C, also bei verhälnismäßig niedriger Temperatur
durchgeführt wird, ergibt sich der Vorteil, daß
ein Abdampfen von PbO weitgehend vermieden wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß keramische Dielektrika hergestellt
werden können, die ihre optimalen keramischen, elektrischen
und dielektrischen Eigenschaften bei so tiefen
Sintertemperaturen erreichen, daß gut Vielschichtkondensatoren
reproduzierbar erhalten werden können, selbst
wenn das wegen seiner elektrischen Eigenschaften
erwünschte Silber in reiner Form als Elektrodenmetall
verwendet wird.
Ein weiterer Vorteil der Dielektrika gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, daß ihre Dielektrizitätskonstanten
ε eine verhältnismäßig geringe Temperaturabhängigkeit
aufweisen; für die Praxis erwünscht sind
für den Temperaturbereich zwischen -55°C und
+ 125°C möglichst weniger als ± 15% Abweichung vom
ε-Wert bei Raumtemperatur; brauchbar für die Praxis
sind jedoch auch geringfügig größere Abweichungen.
Als weitere Vorteile der Dielektrika gemäß der Erfindung
sind zu nennen:
Durch Zugabe von (5PbO + 1 WO₃)-Gemischen lassen sich die Sintertemperaturen um 100 bis 150°C gegenüber Zusammensetzungen des Standes der Technik absenken. Dies ist bei der Herstellung von keramischen Kondensatoren und besonders von Vielschichtkondensatoren von entscheidendem Vorteil, da die Bleiverdampfung abnimmt, und die Verwendung von billigen Silberelektroden mit reproduzierbar guter Ausbeute an z. B. Vielschichtkondensatoren möglich wird.
Durch Zugabe von (5PbO + 1 WO₃)-Gemischen lassen sich die Sintertemperaturen um 100 bis 150°C gegenüber Zusammensetzungen des Standes der Technik absenken. Dies ist bei der Herstellung von keramischen Kondensatoren und besonders von Vielschichtkondensatoren von entscheidendem Vorteil, da die Bleiverdampfung abnimmt, und die Verwendung von billigen Silberelektroden mit reproduzierbar guter Ausbeute an z. B. Vielschichtkondensatoren möglich wird.
Durch Einbau von Übergangsmetallionen wie Mn, Cr, Fe
und/oder Co erhöhen sich die Werte für den spezifischen
Widerstand besonders bei 125°C. Erst dadurch erreichen
diese Dielektrika einen für ihre Anwendung genügend
hohen Isolationswert.
Der Einbau von Übergangsmetallionen (besonders Mn und Cr)
verbessert die Lebensdauereigenschaften in entscheidender
Weise, so daß dadurch die Materialien als Dielektrika
für keramische Kondensatoren und besonders für Vielschichtkondensatoren
optimal einsetzbar werden.
Durch den Einbau von Mn lassen sich die Werte für den
Verlustfaktor tanδ auf Werte deutlich unter 1% reduzieren.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 Beispiel des Schwindungsverhaltens für ein
Dielektrikum gemäß der Erfindung,
Fig. 2 graphische Darstellung des Dauerstandsverhaltens
des Dielektrikums gemäß US-PS 40 63 341 im Vergleich
zu dem unterschiedlicher Dielektrika
nach der Erfindung.
Um die Sintereigenschaften besser definieren zu können,
wurde das Schwindungsverhalten bei Sintertemperaturen mit
einem Dilatometerofen für alle Proben untersucht.
In Fig. 1 ist als charakteristisches Beispiel das
Schwindungsverhalten für ein Dielektrikum gemäß der
Zusammensetzung
Pb(Ti0,4Mg0,294Mn0,006W0,3)O₃ + 0,003 (5 PbO + 1 WO₃)
dargestellt. Bei konstanter Aufheizgeschwindigkeit
erreichte der eingesetzte Dilatometerofen nach 300 min
1000°C, wurde 200 min auf dieser Temperatur gehalten
und wurde mit gleicher Geschwindigkeit wie beim Aufheizen
wieder abgekühlt.
Parallel zu diesem Temperaturverlauf wird die Schwindung
der einzelnen keramischen Proben gemessen.
In den nachfolgenden Tabellen 1 bis 8 sind die Temperaturen
angegeben, bei welchen die Schwindung beginnt
(T E; für die Probe gemäß Fig. 1 ist T E = 580°C) und
bei der die Schwindung in der Längendimension 5% erreicht
hat (T 5%; für die Probe gemäß Fig. 1 ist
T 5% = 780°C). Der Schwindungswert von 5% bedeutet,
daß die erreichte Dichte auf etwa dem halben Weg
zwischen der Ausgangsdichte der grünen Keramik und
der theoretisch möglichen Dichte liegt.
Der Kurve gemäß Fig. 1 ist zu entnehmen, daß die Probe
bereits im Aufheizzyklus bei 900°C die hohe Enddichte
erreicht hat und in der isothermen Phase bei 1000°C
keine nennenswerte Schwindung mehr erfolgt.
Sintertemperaturen von 900°C sind danach für Dielektrika
einer Zusammensetzung von
Pb(Ti1-x-y Mg x-z Me z W y) + 0,001 bis 0,006 (5 PbO + 1 WO₃)
mit
x = 0,288 bis 0,299
y = 0,3
z = 0,001 bis 0,012
Me = Übergangsmetall(e)
y = 0,3
z = 0,001 bis 0,012
Me = Übergangsmetall(e)
ausreichend.
In den nachfolgenden Tabellen 1 bis 8 ist außerdem die
Summe der relativen Schwindungen
Σ S = Δ a/a + Δ b/b + Δ l/l
in % angegeben, wobei a, b und l die Kantenlängen der
eingesetzten Probekörper bedeuten.
Zur Charakterisierung der Proben sind außerdem der
Wert für die Dielektrizitätskonstante ε bei 25°C, die
Temperaturen des ε-Maximums in °C, die Abweichung des
e-Wertes vom ε-Wert bei 25°C bei -55°C, -30°C,
+10°C, +85°C und +125°C in % sowie die Werte für
den Verlustfaktor tanδ bei 25°C und 1 kHz in % angegeben.
Der Isolationswiderstand wurde bei 25°C und 125°C gemessen.
Dabei wurde an 0,5 mm dicke Proben eine Gleichspannung
von 240 V angelegt und der Strom 1 min nach Anlegen
der Spannung bestimmt. Daraus ergibt sich der in
den Tabellen angegebene Wert für den spezifischen Widerstand.
Bei einigen für die praktische Anwendung zur Herstellung
von Vielschichtkondensatoren geeignet erscheinenden
Zusammensetzungen wurde das Dauerstandsverhalten bei
125°C unter Anlegen einer Gleichfeldstärke von 4 V/µm =
2000 V/0,5 mm bestimmt. Gemessen wurde der durch die
Probe in Abhängigkeit von der Zeit fließende Strom,
woraus der spezifische Widerstand berechnet wurde.
Zu den Meßergebnissen der Tabellen 1 bis 8
Die Probe Nr. 1 der Tabelle 1 stellt ein Dielektrikum
nach dem Stand der Technik dar. Obwohl sich aus den
Dilatometermessungen ein T 5%-Wert von 860°C ergibt,
zeigte dieser Zusammensetzung nach einer zweistündigen
Sinterung bei 900°C noch offene Porosität, ist damit
also als Dielektrikum für Kondensatoren ungeeignet.
Nach einer Sinterung bei 1000°C ergab sich eine Dichte
von 8,25 g/cm³, was bei einer theoretischen Dichte von
8,73 g/cm³ bedeutet, daß noch eine Porosität von 5 bis
6% vorliegt. Damit ist zwar eine ausreichende Dichte
für ein Kondensatordielektrikum erreicht, bei Werten
für die Dichte von ≈ 8,25 g/cm³ sind aber noch nicht
optimale Werte für die Dielektrizitätskonstante ε erreichbar,
diese stellen sich erst ein bei Dichten
besser als 8,4 bis 8,5 g/cm³ (Porosität < 3%). Da die
optimale Dichte erst bei einer Sintertemperatur von
< 1000°C erreichbar ist, ist diese Zusammensetzung
als Dielektrikum zur gemeinsamen Sinterung mit Silberelektroden
(Schmelzpunkt = 960,5°C) ungeeignet.
Durch einen Zusatz von (5 PbO + 1 WO₃ ) im Bereich von
0,001 bis 0,006 auf additiver molarer Basis kann die
Sintertemperatur der Grundverbindung einer Zusammensetzung
von
Pb(Ti1-x-y Mg x W y )O₃
Pb(Ti1-x-y Mg x W y )O₃
mit 0,25 ≦ x ≦ 0,35 und 0,25 ≦ y ≦ 0,35
deutlich herabgesetzt werden.
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß der T 5%-Wert von
860°C für die Probe Nr. 1 (Zusammensetzung nach dem
Stand der Technik) auf Werte bis 765°C für die
Proben Nr. 2 bis Nr. 27 (Zusammensetzungen gemäß der
Erfindung) abgesenkt werden kann.
Während die Probe Nr. 1 bei Sinterbedingungen von 2 h
und 900°C noch offene Porosität aufweist, lassen sich
die Proben mit Zusammensetzungen gemäß der Erfindung
selbst bei 800°C noch dichtsintern. Mit steigendem
(5 PbO + 1 WO₃)-Zusatz erhöht sich der ε-Wert und erreicht
sein Maximum bei einem Zusatz von 0,002 bis 0,003
mit 5400 bzw. 5300.
Der Einfluß des Einbaus von Übergangsmetallen (Cr, Mn,
Fe und/oder Co in die Grundverbindung gemäß der Zusammensetzung
Pb(Ti1-x-y Mg x-z Me z W y )O₃ + 0,003 (5 PbO + 1 WO₃)
mit
x = 0,288 bis 0,299
y = 0,3
z = 0,001 bis 0,012
Me = Übergangsmetall(e)
y = 0,3
z = 0,001 bis 0,012
Me = Übergangsmetall(e)
Der Einbau von Mn verbessert die dielektrischen Eigenschaften
der Keramik deutlich, ohne die guten Sintereigenschaften
zu beeinflussen. Der spezifische Widerstand
nimmt - besonders bei 125°C - bis zu 3 Zehnerpotenzen
gegenüber der Probe Nr. 1, Tabelle 1 (Keramik
nach dem Stand der Technik) zu. Die dielektrischen
Verluste sinken unter 1% und auch die ε (T)-
Charakteristik wird flacher.
Auch mit einem Einbau von Cr, Fe und/oder Co in die
Grundverbindung gemäß der Zusammensetzung
Pb(Ti1-x-y Mg x-z Me z W y )O₃ + 0,003 (5 PbO + 1 WO₃)
mit
x = 0,288 bis 0,299
y = 0,3
z = 0,001 bis 0,012
Me = Übergangsmetall(e)
y = 0,3
z = 0,001 bis 0,012
Me = Übergangsmetall(e)
stellen sich Verbesserungen der dielektrischen Eigenschaften
gegenüber der Probe Nr. 1 in Tabelle 1 ein.
Die Werte für die Dielektrizitätskonstante ε steigen
auf 6000 (Probe Nr. 70) und auch der Wert für den
spezifischen Widerstand ist bis zu 3 Größenordnungen
verbessert.
In Tabelle 6 sind die Ergebnisse eines kombinierten
Einbaus von 0,3 Mol% Mn und 0,3 Mol% Cr dargestellt.
Es wurden der konstanten Grundverbindung
Pb(Ti0,4Mg0,294Mn0,006W0,3)O₃ unterschiedliche Zusätze
von PbO + WO₃ zugegeben. Aus den Ergebnissen der
Tabelle 7 sind folgende Schlüsse zu ziehen:
Die Zugabe des Zusatzes kann bereits vor der Calcinierung, also direkt bei der Einwaage der Ausgangssubstanzen, erfolgen (hierzu wird verwiesen auf die Proben Nr. 80 und 81 im Vergleich zu den Proben Nr. 33 und 34).
Die Zugabe des Zusatzes kann bereits vor der Calcinierung, also direkt bei der Einwaage der Ausgangssubstanzen, erfolgen (hierzu wird verwiesen auf die Proben Nr. 80 und 81 im Vergleich zu den Proben Nr. 33 und 34).
Es ist nicht unbedingt notwendig, PbO und WO₃ in Form
von (5 PbO + 1WO₃), was der eutektischen Zusammensetzung
entspricht, zuzusetzen. Wesentlich ist jedoch
ein PbO-Überschuß von ca. 1 Mol%.
Proben mit einem Zusatz von ausschließlich WO₃ (vergleiche
Probe Nr. 82) zeigen bei einer Sintertemperatur
von 900°C nur Dichten von 8,33 g/cm³.
Die PbO-Überschußmenge ist relativ unkritisch; es wird
jedoch ein Zusatz von 0,003 (5 PbO + 1 WO₃) als optimal
empfohlen.
Eine wichtige Eigenschaft von Materialien für keramische
Kondensatoren ist ihr Dauerstandsverhalten. Dies bedeutet,
daß die Kondensatoren ihre elektrischen Eigenschaften,
insbesondere ihre Werte für den spezifischen
Widerstand auch nach 1000-stündiger Belastung mit hohen
Gleichfeldstärken (4 V/µm) bei erhöhten Temperaturen
(125°C für Spezifikation X7R, 85°C für Spezifikation
Z5U) behalten müssen.
In Fig. 2 sind die Ergebnisse von Dauerzustandsmessungen
bei 125°C dargestellt. Während die Zusammensetzung nach
dem Stand der Technik (Probe Nr. 1 in Tabelle 1) bereits
nach 1 h einen wesentlich niedrigeren spezifischen
Widerstand zeigt und nach 10 h zum elektrischen Durchschlag
übergeht, zeigen besonders die Proben mit geringem
Mn- oder Cr-Einbau (Proben Nr. 28, 30) einen mit der Zeit
steigenden spezifischen Widerstand, der bis über 10¹⁴Ωcm
zunimmt.
Proben mit hohem Mn-Gehalt (Proben Nr. 36, 38) sowie
Proben mit einem Co-Gehalt von 0,3 Mol% (Probe Nr. 58)
zeigen einen zeitunabhängigen spezifischen Widerstand.
Als Rohmaterialien für die perowskitische Grundverbindung
dienen PbO, MgO, WO₃, TiO₂, Mn-Acetat, Co-Oxalat,
Fe-Oxalat und Cr₂O₃ in hochreiner Qualität. Die Ausgangssubstanzen
werden entsprechend den in den Tabellen
angegebenen molaren Mengen eingewogen; anstelle der
Oxalate oder Acetate können prinzipiell auch Carbonate
oder andere bei Calcinierungstemperatur zur Zersetzung
fähige Verbindungen Verwendung finden. Die pulverigen
Ausgangssubstanzen werden 3 h trocken vermahlen, anschließend
bei Temperaturen zwischen 700 und 750°C
15 h vorgesintert und dann wiederum 1 h trocken vermahlen.
Aus den Pulvern werden prismatische Körper einer Kantenlänge
von etwa 6 × 6 × 18 mm geformt. Die prismatischen
Körper werden isostatisch mit einem Druck von 4 bar verpreßt
und dann in einer O₂-Atmosphäre über 2 h bei den
in den Tabellen angegebenen Temperaturen gesintert. Die
Dichte der gesinterten prismatischen Körper wird nach dem
archimedischen Prinzip durch Eintauchen in destilliertes
Wasser bestimmt.
Aus den prismatischen Körpern werden rechteckförmige
Scheiben von etwa 5,5 × 5,5 × 0,5 mm gesägt, und deren
Oberfläche wird nach Läppen mit aufgedampften Goldelektroden
versehen.
Die Messung der Werte für die Dielektrizitätskonstante
ε (T) und den Verlustfaktor tanδ erfolgt bei 1 kHz im
Temperaturbereich zwischen -55 und +125°C bei einer
Meßspannung von <1 V. Die Aufheizgeschwindigkeit betrug
10°C/min.
Durch die niedrige Sintertemperatur der vorliegenden
Zusammensetzungen ist eine Herstellung von Vielschichtkondensatoren
mit Silberelektroden möglich. Es folgt
als Beispiel die Herstellung von Vielschichtkondensatoren
mit einer Keramik der Zusammensetzung
Pb(Ti0,4Mg0,294Mn0,006W0,3)O₃ + 0,003 (5 PbO + 1 WO₃);
der Zusatz von 0,003 (5 PbO + 1 WO₃) wird nach dem
Calcinieren des Materials der Grundverbindung zugefügt.
Als Ausgangsmaterialien für die perowskitische Grundverbindung
dienen PbO, TiO₂, MgO, WO₃ und Mn-Acetat
in hochreiner Qualität. Diese Pulver werden entsprechend
ihrer molaren Zusammensetzung eingewogen und 3 h trocken
vermahlen sowie anschließend bei 700°C 15 h calciniert.
Die auf diese Weise erhaltenen Pulver werden in Wasser
aufgeschlämmt und unter Zusatz eines geeigneten Bindemittels,
z. B. Polyvinylalkohol, gemischt. Aus diesem
Schlicker werden 50 µm dicke Folien gegossen, die nach
dem Trocknen mit einer Silberpaste zur Ausbildung von
Elektrodenbelägen bedruckt werden. Zur Herstellung
einer Sandwich-Struktur werden jeweils 4 mit Elektrodenpaste
versehene Folien und eine Folie ohne Elektrodenpaste
aufeinandergestapelt und verpreßt. Die Bindemittel der
Elektrodenpaste und der grünen Keramik werden anschließend
innerhalb 24 h durch langsames Aufheizen auf 400°C
in Luft ausgebrannt. Die Sinterung erfolgt in Luft
während 2 h bei 850, 900 und 930°C. Nach dem Sintern
betrug die Dicke der dielektrischen Schichten noch
30 µm. Die elektrischen Eigenschaften solcherart
hergestellter Vielschichtkondensatoren sind in Tabelle 8
zusammengestellt. Ein Vergleich dieser an Vielschichtkondensatoren
erhaltenen Werte mit den an Scheibenkondensatoren
gemessenen Werte zeigt gute Übereinstimmung,
so daß die Vielzahl der an Scheibenkondensatoren bestimmten
Daten (Tabellen 1 bis 7) sich auf Vielschichtkondensatoren
(Tabelle 8) übertragen lassen.
Claims (20)
- Dielektrikum auf der Basis von Bleititanaten, bei denen mindestens 50 Mol% des Titans durch Magnesium und Wolfram substituiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die stöchiometrische Grundverbindung mit einer Zusammensetzung von Pb(Ti1-x-y Mg x W y )O₃mit 0,25 ≦ x ≦ 0,35 und 0,25 ≦ y ≦ 0,35
einen Zusatz von 0,001 bis 0,006 (5 PbO + 1 WO₃) auf additiver molarer Basis enthält. - 2. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zusammensetzung gemäß folgender Formel hat: Pb(Ti0,4Mg0,3W0,3)O₃ + 0,001 bis 0,006 (5 PbO + 1 WO₃).
- 3. Dielektrikum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zusammensetzung gemäß folgender Formel hat: Pb(Ti0,4Mg0,3W0,3)O₃ + 0,003 (5 PbO + 1 WO₃).
- 4. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zusammensetzung gemäß folgender Formel hat: Pb(Ti1-x-y Mg x-z Me z W y )O₃ + 0,001 bis 0,006 (5 PbO + 1 WO₃)mit
x = 0,288 bis 0,299
y = 0,3
z = 0,001 bis 0,012
Me = Übergangsmetall(e). - 5. Dielektrikum nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zusammensetzung gemäß folgender Formel hat: Pb(Ti0,4Mg0,294Me0,006W0,3)O₃ + 0,003 (5 PbO + 1 WO₃)Me = Übergangsmetall(e).
- 6. Dielektrikum nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Übergangsmetall(e) Cr, Mn, Fe oder Co eingesetzt ist (sind).
- 7. Dielektrikum nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zusammensetzung gemäß folgender Formel hat: Pb(Ti0,4Mg0,3-z Mn z W0,3)O₃ + 0,003 (5 PbO + 1 WO₃);z = 0,003 bis 0,009.
- 8. Dielektrikum nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zusammensetzung gemäß folgender Formel hat: Pb(Ti0,4Mg0,3-z Cr z W0,3)O₃ + 0,003 (5 PbO + 1WO₃);z = 0,003 bis 0,009.
- 9. Dielektrikum nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zusammensetzung gemäß folgender Formel hat: Pb(Ti0,4Mg0,3-z Co z W0,3)O₃ + 0,003 (5 PbO + 1WO₃);z = 0,003 bis 0,009.
- 10. Dielektrikum nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zusammensetzung gemäß folgender Formel hat: Pb(Ti0,4Mg0,3-z Fe z W0,3)O₃ + 0,003 (5 PbO + 1WO₃);z = 0,003 bis 0,009.
- 11. Dielektrikum nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zusammensetzung gemäß folgender Formel hat: Pb(Ti0,4Mg0,294Me0,006W0,3)O₃ + 0,001 bis 0,006 (5 PbO + 1 WO₃);Me = Cr, Mn, Fe und/oder Co.
- 12. Dielektrikum nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine Dielektrizitätskonstante ε zwischen etwa 1500 und 5400 liegt.
- 13. Dielektrikum nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sein dielektrischer Verlustfaktor tanδ bei 1 kHz zwischen etwa 1,6 und 3,1% liegt.
- 14. Dielektrikum nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bei 25°C einen spezifischen Widerstand im Bereich von 2 · 10¹¹ bis 1 · 10¹³ Ωcm aufweist.
- 15. Dielektrikum nach den Ansprüchen 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß seine Dielektrizitätskonstante ε zwischen 2300 und 6100 liegt.
- 16. Dielektrikum nach den Ansprüchen 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sein dielektrischer Verlustfaktor tanδ bei 1 kHz zwischen 0,3 und 3,1% liegt.
- 17. Dielektrikum nach den Ansprüchen 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es bei 25°C einen spezifischen Widerstand im Bereich von 8 · 10¹⁰ bis 2 · 10¹³ Ωcm aufweist.
- 18. Verfahren zur Herstellung eines Dielektrikums nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß nach Mischen bzw. Mahlen der die stöchiometrische Grundverbindung bildenden Verbindungen ein Calcinierungsprozeß im Bereich von 700 bis 750°C durchgeführt wird, worauf das Produkt gemahlen, verformt und dann bei einer Temperature im Bereich von 800 bis 1000°C dichtgesintert wird, wobei die den Zusatz bildenden Verbindungen den die Grundverbindung bildenden Verbindungen vor oder nach dem Calcinierungsprozeß zugegeben werden.
- 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 900°C dichtgesintert wird und daß die den Zusatz bildenden Verbindungen nach dem Calcinierungsprozeß zugegeben werden.
- 20. Verwendung des Dielektrikums nach den Ansprüchen 1 bis 19 zur Herstellung von keramischen Vielschichtkondensatoren.
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