DE916188C

DE916188C - Keramisches Dielektrikum

Info

Publication number: DE916188C
Application number: DEN3631A
Authority: DE
Inventors: Eugene Wainer
Original assignee: NAT LEAD CO; NL Industries Inc
Current assignee: NAT LEAD CO; NL Industries Inc
Priority date: 1946-05-16
Filing date: 1951-03-17
Publication date: 1954-08-05

Description

Keramisches Dielektrikum Die Erfindung bezieht sich auf neue Zusammensetzungen, die sich als Dielektrika zur Herstellung von Hochfrequenzkondensatoren für Rundfunkempfänger verwenden lassen. Insbesondere bestehen die neuen Zusammensetzungen aus keramisch vorbereitenden Verbindungen der Metatitanate von Zink und Magnesium, die eine hohe Stabilität bei der Herstellung und in ihren elektrischen Eigenschaften bei Temperaturänderungen zeigen.
Die wichtigste Einzelkomponente eines Hochfrequenzkreises für Rundfunkempfänger ist der Kondensator. Für eine genaue Abstimmung des Kreises über den Temperaturbereich bei Zimmertemperatur sind die Anforderungen an die Kondensatoren im Abstimmbereich sehr groß. Der Kondensator muß einen Temperaturkoeffizienten der Kapazität über den Temperaturbereich von 2o bis 6o° C haben, bei dem sich die Kapazität nicht mehr als 2 bis 3 °/o vom Raumtemperaturwert entfernt. Zudem sollte der Leistungsfaktor niemals einen Maximalwert von o,i °/a überschreiten. Man verwendet im allgemeinen drei Arten von Kondensatoren: Papierkondensatoren, Glimmerkondensatoren und Kondensatoren mit einem Dielektrikum aus Magnesiummetatitanat. Der Leistungsfaktor von Papierkondensatoren ist im allgemeinen für die geforderte Genauigkeit zu hoch, während Glimmerkondensatoren zu teuer sind. Noch wichtiger ist jedoch, daß die Dielektrizitätskonstante des Glimmer- und des Papierkondensators in der Größenordnung von 6 bis 8 liegt und daher ein verhältnismäßig großes Bauelement erforderlich ist. Für manche Zwecke sind keramische Stoffe aus Magnesiummetatitanat geeigneter als Glimmer oder Papier. Bei richtiger Herstellung hat dieser Stoff eine Dielektrizitätskonstante von annähernd 18 und einen Leistungsfaktor unter o,1 °(o bei Hochfrequenz. Der "Temperaturkoeffizient der Kapazität ist derart, claß seine Änderunz zwischen 2o und 6o° C im Normalbereich liegt. Infolge dieser Dielektrizitätskonstanten sind verhältnismäßig kleine Bauelemente möglich.
Trotz dieser Vorteile gegenüber den Glimmer- und Papierkondensatoren leiden die Magnesiumtitanatkondensatoren unter einem ausschlaggebenden Mangel. Die Verbindung wird beim Brennen leicht chemisch reduziert. Tritt dies auf, so wird ein Teil des Titanoxyds zu einer niedrigeren Form reduziert, wobei der Leistungsfaktor einigen Prozent gleich werden kann und das Material als Halbleiter wirkt. Unglücklicherweise läßt sich diese Schädigung nicht vor Fertigstellung des Gegenstandes entdecken, so daß das Stück ausgeschieden werden muß. Es ist deshalb eine Schutzvorrichtung beim Brennen von Magnesiumtitanatkörpern erforderlich, die die Sicherheit gibt, daß die Brennatmosphäre immer stark oxydierend ist. Sogar unter diesen Umständen tritt eine Reduktion und damit ein merklicher Produktionsverlust auf.
Dis Erfindung richtet sich darauf, die obenerw ähnten Nachteile und Schädigungen des Magnesiumtitanats zu vermeiden.
Es hat sich herausgestellt, daß die Reduktionsschädigung der Magnesiumtitanatkörper vollständig dadurch beseitigt werden kann, daß man beträchtliche Teile von Zinktitanat dem Magnesiumtitanat zusetzt. Man kann solche Zusammensetzungen nicht nur ohne Vorsichtsmaßregeln ohne Gefahr der Reduktion brennen, sondern gewisse Glieder der Zinktitanat-Magnesiumtitanatgruppe haben auch Dielektrizitätskonstanten bei Hochfrequenz, die in der Größenordnung von 5o liegen. Zudem haben alle Glieder dieser Reihe Temperaturkoeffizienten der Kapazität im Bereich von 20 bis 6o', bei denen die Abweichung der Kapazität vom Wert bei Raumtemperatur im wesentlichen geringer als plus oder minus 2 oder 3 °/o ist. Schließlich liegt der Leistungsfaktor bei Hochfrequenz im angeführten Temperaturbereich unter o,i °/o.
Nach der Erfindung werden im allgemeinen keramisch vorbereitetes Magnesiummetatitanat und Zinktitanat als Grundstoffe der neuen Gruppe von Zusammensetzung verwendet. Die geeignete Teilchengröße die5Ar Stoffe liegt zwischen o,5 und 2 lt. Die Pulver werden zuerst trocken in den in den Beispielen angegebenen Verhältnissen gemischt, dann wird Wasser im Verhältnis von ioo Teilen trockenes Pulver zu io Teilen Wasser zugefügt. Nach dem kräftigen Durchmischen wird das feuchte Pulver durch ein 35-Maschen-Gitter getrieben und die erhaltenen Körner durch Pressen geformt. Als geeigneter Druck hat sich ein Druck von 32 bis 48 kg/cm' herausgestellt. Die gepreßten Stücke werden getrocknet und in einer oxydierenden Atmosphäre bis zur Verglasung gebrannt, d. h. bis ein Zustand erreicht ist, in dem keine Porosität mehr vorhanden ist. Die normalen Brenntemperaturen für diese Zusammensetzungen liegen zwischen 126o und 129o°. Nach dem Abkühlen werden die Stücke gereinigt, Silberelektroden auf die entsprechenden Oberflächen aufgebracht, Zuführungsdrähte angelötet, wetterfest umkleidet, und die Anordnung ist versuchsfertig.

Das folgende Beispiel dient zur Erläuterung der Erfindung und ist nicht als Abgrenzung gedacht. Beispiel Zinktitanat und Magnesiumtitanat werden in den in der Tabelle angegebenen Teilen gemischt. Nach dem '.Mischen, der Wasserzugabe und der Formung unter Druck werden die Stücke bei den angegebenen Temperaturen gebrannt, wobei man eine Temperatursteigerung von i80° pro Stunde wählt. Man behält die Spitzentemperatur 2 Stunden bei und läßt die Stücke dann erkalten. Anschließend werden die Elektrodenflächen versilbert und die Stücke bei Hochfrequenz durchgemessen. Man erhält bei Zimmertemperatur folgende Werte:

Tabelle I

Elektrische Eigenschaften ZnTi0, MgTi03 Reihen bei Raumtemperatur

Brenn- trizitäts- Leistungs-

1b1:gTi O, 7n Ti 03 temperatur faktor

o konstante

C i MHz ° /o

A 95 5 126o 19,7 0,012

B 9o io 129o 2o,4 0,011

C 8o 20 129o 21,4 0,o4

D 6o 40 1290 21,6 0,07

E 40 6o 129o 21,4 0,o9

F 20 8o z260 21,7 0,o6

G io go 226o 29,7 0,05

H 5 95 126o 31,4 0,o5

Die Temperaturkoeffizientangaben sind aus Tabelle II und III zu entnehmen.

Tabelle II

Änderung der Dielektrizitätskonstanten mit der Temperatur

(gemessen bei einem MHz)

Kö er C A B C D E F G H

20 I9,65 20,38 2I,42 2I,62 2I,38 21,70 29,74 3I,38

30 19,66 20,41 21,43 21,64 21,39 21,71 2973 3136

40 1969 20,43 21,43 21,65 2I,40 21,73 29,72 31,34

50 1969 20,45 21,46 21,66 2I,42 2I,75 29,70 31,30

6o 19,70 20,46 2I,48 21,68 21,44 21,77 z9,68 31,26

70 19,7I 20,48 2I,50 2I,70 21,46 2I,79 29,67 31,23

8o 19,7I 20,52 2I,50 21,7I 2I,48 21,81 29,66 31,19

9o 19,73 20,53 21,53 21,73 21,50 2I,83 29,64 31,15

Ioo 19,75 20,57 21,56 21,75 21,5I 21,86 29,61 31,I3

IIo 19,78 20,58 2I,58 2I,77 2I,52 2I,89 29,6o 31,1I

120 19,3o 20,6o 21,6o 21,79 21,56 21,9I 29,6o 31,07

I30 I9,81 20,62 21,6I 21,8I 2I,58 21,93 2958 31,05

140 19,83 20,64 2I,62 2I,82 21,6o 2I,95 29,56 31,03

150 19,86 2o,66 21,64 21,84 21,62 21,99 29,55 31,01

Tabelle 111

Änderung des Leistungsfaktors mit der Temperatur

(in pjo bei einem MHz)

Körper Cer A - _ B C F G H

20 0,013 0,011 0,040 0,071 0,090 o,o6o 0,051 0,042

30 0,013 0,011 0,035 0,o67 0,080 o,o6o 0,051 0,044

40 0,o16 0,013 0,033 0,o62 0,074 o,o6o 0,o56 0,046

50 0,020 0,011 0,033 0,051 0,o61 o,062 0,o56 0,047

6o 0,024 0,011 0,035 0,031 0,o61 0,o62 0,o56 0,048

70 0,027 0,013 0,038 0,029 o,o6o 0,o62 0,056 0,052

8o 0,029 0,013 0,040 0,029 o,o6o 0,o64 0,o61 0,055

9o 0,029 0,015 0,044 0,029 0,058 0,o67 0,o61 0,o64

WO 0,031 0,017 0,048 0,030 0,o61 0,o69 0,o66 0,073

110 0,033 0,019 0,053 0,030 0,o64 0,070 0,o67 0,079

120 0,035 0,024 0,059 0,030 0,o68 0,072 0,074 0,o88

130 0,038 0,028 o,069 0,030 0,074 0,074 0,074 0,095

140 0,042 0,031 0,082 0,033 0,079 0,076 0,085 0,107

15o 0,046 0,042 0,097 0,038 0,08 0,080 0,o96 o,118

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Keramisches Dielektrikum, dadurch gekennzeichnet, daB es aus einer keramischen :Mischung von Magnesiumtitanat und Zinktitanat besteht.
2. Keramisches Dielektrikum nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daB das Magnesiumtitanat zwischen 95 und 5 Gewichtsprozent und das Zinktitanat zwischen 5 und 95 Gewichtsprozent ausmacht.
3. Verfahren zur Regelung der dielektrischen Eigenschaften von Magnesiumtitanat, dadurch gekennzeichnet, daß man Zinktitanat keramisch beimischt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beimischung von Zinktitanat zwischen 5 und 95 °/o des Endproduktes beträgt. Angezogene Druckschriften USA.-Patentschrift Nr. 2 277 734, 2 071452; britische Patentschrift Nr. 445 495: deutsche Patentschriften Nr. 68o 204, 688239, 684 932, 699 I12, 723 426.