DE3530570C2

DE3530570C2 -

Info

Publication number: DE3530570C2
Application number: DE19853530570
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dipl.-Phys. 8011 Kirchheim De Wersing; Michaela 8055 Goldach De Huber; Gisbert Dr. 8011 Poing De Wolfram
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-08-27
Filing date: 1985-08-27
Publication date: 1989-07-27
Also published as: DE3530570A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein dielektri sches Keramikmaterial nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.

Es ist bekannt, dielektrische Resonatoren in GHz-Mikro wellenbereich einzusetzen. Mit diesen Resonatoren läßt sich die Baugröße passiver frequenzbestimmender Bauele mente sehr klein halten. Die bekannten technischen Ent wicklungen sind vor allem darauf ausgerichtet, solches dielektrisches Keramikmaterial, aus dem derartige Resonatoren bestehen, zu finden und herzustellen, das bei hohen Frequenzen, z. B. über 10 GHz noch Material güte-Werte Q hat, die über 3000 liegen. Es gibt bereits solches Material auf der Basis des Bariumtantalats, das zusätzlich Elemente wie Zink, Niob oder Magnesium enthält, das derartige hohe Güte aufweist und dabei eine Dielektri zitätskonstante in etwa der Größe des Wertes 30 hat.

Einzelheiten zu derartigen Resonatoren sind beschrieben in "Siemens Components" XVII (1982) No. 1 S. 14-18. In dieser Druckschrift sind aber keine Angaben über Materialzusammen setzungen entsprechender Keramikmaterialien enthalten.

Für hier in Frage kommende Baugruppen wie z. B. Oszilla toren, Filter und dergleichen spielt auch der Temperatur koeffizient der Frequenzkonstanten eine Rolle. Insbesonde re ist für den in einer solchen Baugruppe enthaltenen di elektrischen Resonator erwünscht, daß dieser einen passen den Temperaturkoeffizienten aufweist. Für das hier er forderliche Keramikmaterial heißt dies, daß dielektri sches Keramikmaterial mit jeweils passendem Temperatur koeffizienten der Frequenzkonstanten aufzufinden ist, d. h. daß Keramikmaterial geschaffen werden kann, dessen Temperaturkoeffizient einen vorgebbaren Wert hat. Insbe sondere ist angestrebt, derartiges Keramikmaterial mit einem solchen vorgebbaren Temperaturkoeffizienten zu fin den, der nahe oder wenigstens angenähert dem Wert 0 liegt.

Aus der DE-OS 16 71 173 ist dielektrische Keramik mit hoher, temperaturbeständiger Dielektrizitätskonstante be kannt, wobei dieses Material aber nicht den hier einschlä gigen Zweck dient bzw. für diese nicht verwendbar ist. Bei dieser Keramik handelt es sich um Barium-Zinkat-Tan talat und Barium-Magnesiat-Tantalat.

Die Aufgabe, ein derartiges dielektrisches Keramikmaterial zu finden ist mit der Angabe der Merkmale des Patentan spruches 1 gelöst und eine weitere Ausgestaltung der Erfin dung geht aus dem Unteranspruch hervor.

Das erfindungsgemäße Keramikmaterial ist ein Bariumtanta lat, das einen gegebenenfalls in engen Grenzen von 0,01 bis 0,1 Mol anzupassenden Titan-Anteil enthält. Außer dem sind enthalten, die Elemente Zink und Nickel und Niob. Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind Zink und Tantal im angegebenen stöchiometrischen Verhältnis zueinander ent halten. Desgleichen sind Nickel und Niob im angegebenen stöchiometrischen Verhältnis zueinander enthalten, wobei dieser Nickel-Niob-Anteil entsprechend dem Wert x seines Mol-Anteils enthalten ist. Der Wert x liegt zwischen 0,02 und 0,3. Vor allem mit der in diesen engen Grenzen zu treffenden Wahl des Wertes x ist ein jeweils vorgegebener Wert des Temperaturkoeffizienten der Frequenzkonstanten einzustellen bzw. zu erreichen und zwar dies ohne nachtei lige Beeinflussung der Größe der Dielektrizitätskonstanten und des Gütewertes Q des erfindungsgemäßen Keramikmateri als.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß Bleititanat mit Zink-Niob-Komplexanteil als piezoelektri sches Material bekannt ist, wobei diese Piezokeramik auch Nickel enthalten kann. Für die hier einschlägigen Zwecke ist Piezokeramik jedoch nicht verwendbar - siehe US-PS 37 41 899.

Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Keramikmaterials erfolgt nach den bekannten Verfahrensschritten.

Es werden zunächst die Ausgangstoffe eingewogen. Die Aus gangsstoffe sind vorzugsweise Oxyde der Elemente. Für Barium wird Bariumkarbonat bevorzugt. Das Mischen der ein gewogenen Ausgangsstoffe erfolgt zusammen mit dem Mahlen, vorzugsweise Naßmahlen, in einer Kugelmühle. Das Mahlgut wird dann bei Temperaturen von 1100 bis 1300° vorzugs weise um 1200° umgesetzt. Das umgesetzte Material wird wiederum gemahlen, mit an sich bekanntem Bindemittel ver setzt und zu Formkörpern gepreßt, wie sie als dielek trische Resonatoren zu verwenden sind. Insbesondere wird beim Mahlen zusätzlich Ammoncarbaminat zugegeben, das gegen Auswaschen von insbesondere noch enthaltenem Ba riumoxid wirkt. Das Sintern der Preßlinge erfolgt bei Temperaturen zwischen 1450 und 1525° und zwar in Sauer stoffatmosphäre. Eine bevorzugte Sintertemperatur ist 1475°. Dieses Sintern wird zwei bis sechs Stunden, vor zugsweise vier Stunden lang durchgeführt. Diese Sinter parameter führen zur dichtgesintertem erfindungsgemäßen Keramikmaterial.

Die Figur zeigt einen aus erfindungsgemäßen Material bestehenden Resonator, nämlich eine runde Scheibe.

Claims

1. Dielektrisches Keramikmaterial
auf der Basis eines Bariumtantalats mit weiteren Zusatz elementen,
geeignet als Material mit kleinem Temperaturkoeffizienten der Frequenzkonstanten für dielektrische Resonatoren für den GHz-Bereich,
gekennzeichnet dadurch,
daß für das Erreichen eines vorgebbaren Wertes des Tempe raturkoeffizienten der Frequenzkonstanten, der im Bereich des Wertes 0 liegt,
für dieses Keramikmaterial die Zusammensetzung: Ba{Ti_y(Ni_1/3Nb_2/3)_x(Zn_1/3Ta_2/3)₁ _{- y - x}}O₃vorgesehen ist,
wobei 0,02 kleiner als x kleiner als 0,3 und 0,01 kleiner als y kleiner als 0,1 ist.

2. Keramikmaterial nach Anspruch 1, gekenn zeichnet dadurch, daß der Wert y 0,05 ist.