DE3238858A1 - Dielektrisches keramisches material - Google Patents

Dielektrisches keramisches material

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Description

OO Ott
a β ο
Dielektrisches keramisches Material
Die Erfindung betrifft ein dielektrisches keramisches Material, insbesondere ein solches, das in der Hochfrequenztechnik oder in einem keramischen Temperaturausgleichskondensator verwendbar ist.
Dielektrische Keramiken werden in verschiedenen Bauteilen von Mikrowellenkreisen, wie als miniaturisiertes Filter, als Festoszillator mit stabiler Schwingungsfrequenz, als Kondensator und als Scheinwiderstandsanpassungs-Komponente, verwendet. In Mikrowellenkreisen verwendete dielektrische Keramiken sollten eine ausreichend hohe Dielektrizitätskonstante (£,), eine hohe Güte in unbelastetem Zustand Q (nachstehend abgekürzt als Güte Q bezeichnet), einen kleinen Resonanzschwingungs ■ Temperatur-Koeffiaienten und eine gute Linearität der Temperaturcharakterist ika bei hoher Frequenz aufweisen. Das Symbol Q steht für l/tan S , wobei tan 6 der Tangens des dielektrischen Verlustes ist.
In Journal of the American Ceramic Society - Discussions and Notes -, Oktober 197^, Seiten ^50-^53, wird berichtet, daß eine BaO-TiO2-Verbindung eine wärmestabile hohe Dielektrizitätskonstante (£.), eine hohe Güte Q und einen kleinen Dielektrizitätskonstantenkoeffizienten (Tk) aufweist.
Aus BaO-TiO_~Verbindung bestehende dielektrische Keramiken haben jedoch eine schlechte Resonanzschwingungslinearität in Abhängigkeit von der Temperatur. Außerdem können die Eigenschaften solcher dielektrischer Keramiken, insbesondere der Resonanzschwingungs-Temperatur-Koeffizient, in Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen instabil sein. Deshalb ist es bei Anwendung solcher dielektrischer Keramiken schwierig,
einen Mikrowellenkreis mit stabilen Schwingungecharakteristiken, beispielsweise einen lokalen Oszillator mit stabiler Oszillationsschwingung, zu erstellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein dielektrisches keramisches Material anzugeben, bei dem die Linearität von Resonanzschwingung und Resonanzschwingungs-Temperatur-Koeffizient gegenüber der von bekanntem, aus BaO und TiO2 bestehendem keramischem dielektrischem Material verbessert ist.
Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein dielektrisches keramisches Material, das dadurch gekennzeichnet,ist, daß es aus drei Komponenten besteht, nämlich Bariumoxid (BaO), Titanoxid (TiO2) und Zinnoxid (SnO2), und durch die Formel BaO.χ U1-y)Ti0p«ySn02? ausgedrückt wird, wobei χ größer als k Mole und kleiner als kf5 Mole und y größer als 0 und kleiner als 0,10 Mole ist, und daß es eine Mischkristallstruktur von Ba(Ti.Sn)^0_ und Ba2(Ti-Sn)9O30 aufweist.
Bei dem dielektrischen keramischen Material nach der Erfindung ist das Titan in der BaO-xTiOp-Verbindung, die stabile keramische Eigenschaften aufweist, wenn χ größer als h Mole und kleiner als 4,5 Mole ist, teilweise durch Zinn ersetzt. Die zu bevorzugende Menge an y beträgt mindestens 0,03 Mole. Das keramische dielektrische Material nach der Erfindung eignet sich für miniaturisierte Filter, Festoszillatoren, Scheinwiderstandsanpassungs-Bauteile und andere Komponenten eines Mikrowellenkreises einer Frequenz von bis zu 4θ GHz, weil es eine hohe Dielektrizitätskonstante, eine hohe Güte Q, einen kleinen Temperatur-Resonanzschwingungs-Koeffizienten und eine hohe Linearität des Resonanzschwingungs-Temperatur-Koeffizienten aufweist. Außerdem ist es möglich, wahlweise den Resonanzschwingungs-Teraperatur-Koeffisienten mit guter Reproduzierbarkeit einzustellen. Deshalb kompensiert bei einem Mikrowellenkreis, bei dem das dielektrische keramische Material nach der Erfindung in einer Komponente verwendet wird, der Koeffizient dieser Komponente leicht den.
Resonanzschwingungs-Temperatur-Koeffizienten eines anderen Bauteils,das aus einem dielektrischen keramischen BaO-TiO2-Material besteht.
Das dielektrische keramische Material nach der Erfindung eignet sich auch für die Verwendung in einem Kondensator.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei der ein sehr kleiner Temperatur-Resonanzschwingungs-Koeffizient Tcf erreicht wird, ist χ etwa k,k Mole und y etwa 0,09 Mole.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei der eine besonders hohe Güte Q erreicht wird, beträgt χ etwa 4,3 Mole und y etwa 0,03 Mole.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei der eine besonders hohe Linearität des Resonanzschwingungs-Temperatur-Ko-effizienten erreicht wird, beträgt χ etwa htk Mole und y etwa 0,06 Mole.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels näher erläutert.
Beispiel
Handelsübliches Bariumcarbonat (BaCO_), Titanoxid (TiO») und Zinnoxid (SnO2) als Ausgangsstoffe werden so ausgewogen, daß sich ein Ba0«x f( 1-y)Ti02»Sn0_?-Gemisch ergibt, bei dem χ und y die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte haben. Die Ausgangsstoffe werden in einer Kugelmühle 20 Stunden lang naß gemischt. Das nasse Gemisch wird dann entwässert, gebrannt und zuvor ausgeformt, indem es bei einem Druck von 0,5 t/cm gepreßt wird. Die zuvor ausgeformten Körper werden zwei Stunden lang bei einer Temperatur von 1050 bis 1200° C gebrannt, und dann werden die gebrannten Körper mit Wasser vermählen. Das erhaltene Pulver wird entwässert und gebrannt, wonach es mit einer geeigneten Menge Bindemittel granuliert
vird. Die erhaltenen Körner werden zu Scheiben mit einem Durchmesser von 13 mm und einer Höhe von 7 nun verformt. Die Scheiben werden zwei Stunden lang bei einer Temperatur von I25O bis I37O0 C gesintert. Die erhaltenen dielektrischen keramischen Scheiben werden maschinell bearbeitet und zu Proben mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Höhe von 5 mm verarbeitet. Die Dielektrizitätskonstante (£.) und die Güte Q bei 7 GHz sowie der Resonanzschwingungs-Temperatur-Koeffizient Tcf der Proben werden gemessen. Bei der Messung des Resonanzschwingungs-Temperatur-Koefflzienten wird die Resonanzschwingung der Proben bei einer Temperatur im Bereich von -kO C bis +80 C gemessen,. und die Änderung (Af) der Resonanzschwingung in diesem Temperaturbereich wird berechnet. Die Proben werden sandwichartig zwischen einem Paar Metallplatten angeordnet, und die Metallplatten werden mit einer Stromquelle verbunden, um so einen dielektrischen Oszillator zu erhalten. Die Dielektrizitätskonstante (£.), die Güte Q und der Resonanzschwingungs-Temperatur-Koeffizient Tcf werden gemessen, wobei der Oszillator im TE01.-Mode schwingt. Die Meßergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
α α »* 9
a β · φ β a α ο α «
Tabelle
. Dielefctr.- Tcf (ppm/°c)
Probe konstante Güte (40λ/80 c)
Nr. X y (.€>)- Q
* 1 4.0 0 36 8500 +20
* 2 4.5 0 39 6600 + 4
*3 4.5 0.06 36 5500 - 2
4 4.3 0.03 37 7200 + 7
5 4.4 0.03 38 . .6900 + 4
6 4.3 0.06 36 6300 + 5
7 4.4 0.06 36 6400 · + 3
8 4.4 0.09 35 5500 0
* 9 4.3 0.10 34 3600 +21
In der Tabelle liegen die mit einem *) markierten Proben außerhalb der Erfindung. Aus der Tabelle wird ersichtlich, daß, wenn χ k Mole beträgt, der Resonanzschwingungs-Temperatur-Koeffizient mit +20 ppm/ C sehr hoch ist. Wenn andererseits χ k-,5 Mole beträgt, ist die Güte Q reäativ klein. Venn y 0,1 Mol beträgt, sind die Dielektrizitätskonstante (£.) und die Güte Q sehr klein. Der Ersatz von Titan durch 0,1 Mol Zinn ist deshalb zum Stabilisieren der elektrischen Eigenschaften und der Herabsetzung des Tcf-Wertes nachteilig.
Die Proben 2 und 3 mit χ = ^,5 Mole hatten schlechte Sintereigenschaften.
Sowohl Ba(Ti^SnJrOg als auch Ba2(Ti·SnJgO20 wurden in den Proben nachgewiesen, bei denen χ größer als h Mole, aber kleiner als 4,5 Mole war.
In der Figur der beigefügten Zeichnung ist graphisch 0O0 (x 10" ) für die Proben 1, 2 und 7 aufgetragen.
Die Neigung der A.f/f(2n°n \-Kurve, bei einer Temperatur oberhalb oder unterhalb der kritischen hohen und niedrigen Temperatur, d.h. etwa +50° C bzw. -10° C, die Richtung zu ändern, was nachstehend als Resonanzschwingungs-Temperatur-Änderung bezeichnet wird, ist bei Probe 1, d.h. einer BaTirOg-Verbindung, entgegengesetzt zu der der Proben 2 und
Bei den erfindungsgemäß durchgeführten Versuchen hat die Resonanzschwingungs-Temperatur-Änderung von Ba(Ti»SnKOg dieselbe Neigung wie BaTi,,O0, während die Resonanzschwingungs Temperatur-Änderung von Ba2(Ti»Sn)g02o dieselbe Neigung hat wie Probe 2, d.h. Ba2Ti9O20.
Da das dielektrische keramische Material nach der Erfindung, d.h. die Proben k bis 8, die Mischkristallstruktur von BaTi21O9 und Ba2(Ti·Sn)9O20 haben, gleichen sich die Resonanzschwingungs-Temperatur-Änderung von BaTi^Og- und
die von Ba2(Ti·Sn)9O30 einander aus, mit dem Ergebnis, daß die Linearität des Resonanzschwingungs-Temperatur-Koeffizienten vergrößert wird.

Claims (5)

Patentansprüche
1. Dielektrisches keramisches Material, gekennzeichnet durch ein Dreikomponentenmaterial aus BaO, Ti°2 unc* ^nO2 mit der Formel BaO'xf( 1-y)TiO «ySnO^ , wobei χ größer als
4 Mole und kleiner als 4,5 Mole und y größer als 0 und kleiner als 0,10 Mole ist, das eine Mischkristallstruktur von Ba(Ti^SnKOg und Ba (Ti.Sn)-O20 aufweist.
2. Dielektrisches keramisches Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß χ etwa 4,4 Mole und y etwa 0,09 Mole beträgt.
3. Dielektrisches keramisches Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß χ etwa 4,3 Mole und y etwa 0,03 Mole beträgt.
MÜNCHEN: TELEFON (Ο3Θ) 22 ES SO KABELrPROPINDUS-TEUEXi S2424*
BERLIN: TELEFON (03O) 8312Ο88 KABELiPROPINDUS-TELEX: 1 84OB7
4. Dielektrisches keramisches Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß χ etwa k,k Mole und y etwa 0,06 Mole beträgt.
5. Verwendung des dielektrischen keramischen Materials nach Anspruch 1 in einem Bauteil eines Mikrowellenkreis.es einer Frequenz von bis zu ^O GHz.
DE3238858A 1981-10-28 1982-10-20 In einem Bauteil eines Mikrowellenkreises einer Frequenz von bis zu 40 GHz zu verwendendes dielektrisches keramisches Material Expired DE3238858C2 (de)

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