DE976582C

DE976582C - Elektrischer, insbesondere verlustarmer Isolierkoerper und Kondensatordielektrikum aus dichtgesintertem, titanhaltigem keramischem Werkstoff

Info

Publication number: DE976582C
Application number: DEP3484D
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Phil Rath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1939-09-17
Filing date: 1939-09-17
Publication date: 1963-12-19

Description

Titandioxydhaltige keramische Werkstoffe verwendet man als elektrische Isolierkörper und unter Ausnutzung der dem Titandioxyd innewohnenden hohen Dielektrizitätskonstante, insbesondere zur Herstellung von Kondensatoren mit keramischem Dielektrikum.

Für Hochfrequenzzwecke kommt es bei Verwendung keramischer Isolierkörper auch auf geringe dielektrische Verluste an, und außerdem braucht die Hochfrequenzindustrie in steigendem Maße Dielektriken mit möglichst kleinem, d. h. schwach negativem oder schwach positivem Temperaturgang der Dielektrizitätskonstante, um temperaturunabhängige Schwingungskreise u. dgl. herstellen zu können. Für diese verschiedenen Zwecke hat man zahlreiche titandioxydhaltige keramische Werkstoffe entwickelt, deren Eigenschaften dann möglichst dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden. Die Eigenschaften ändern sich mit den neben dem Titandioxyd noch vorhandenen weiteren Bestandteilen, mit dem Herstellungsverfahren usw. Dabei muß meistens in Kauf genommen werden, daß besonders guten Eigenschaften des Werkstoffs in der einen Richtung Mängel der Werk-

Stoffeigenschaften in einer anderen Richtung gegenüberstehen.

Durch die Erfindung sind nun elektrische Isolierkörper, insbesondere solche, die als Kondensator-dielektriken geeignet sind, geschaffen worden, die in einem alle bisher erzielten Ergebnisse übersteigenden Maße günstige Werkstoffeigenschaften in sich vereinigen. Es handelt sich um keramische Werkstoffe, die aus einer dichtgesinterten Mischung ίο von Titandioxyd und Oxyden der sogenannten dreiwertigen seltenen Erden, insbesondere Lanthanoxyd oder Yttriumoxyd, bestehen. Die Erfindung hat damit gleichzeitig eine neue Verwendungsmöglichkeit für gewisse bei der Aufarbeitung von Mineralien der seltenen Erden anfallende Stoffe erschlossen, für die man bisher keine befriedigende technische Verwendung hatte.

Wie bereits oben auseinandergesetzt, hat man für keramische Dielektriken titandioxydhaltige keramische Werkstoffe verwendet, deren Dielektrizitätskonstante (DK) durch den Titandioxydgehalt gegenüber sonstigen keramischen Werkstoffen groß ist, so daß die Abmessungen der mit solchen Dielektriken hergestellten Schaltelemente kleiner gehalten werden können. So hat man z. B. Massen hergestellt, die außer Titandioxyd im wesentlichen Kaolin, Speckstein oder gewisse feuerfeste Oxyde, wie Magnesiumoxyd oder Berylliumoxyd, enthalten und hohe Dielektrizitätskonstanten liefern. Jedoch hat von allen derartigen titandioxydhaltigen Werkstoffen in der Hochfrequenztechnik nur eine verhältnismäßig beschränkte Anzahl von Spezialraassen Anwendung finden können, nämlich solche, die niedrige dielektrische Verluste bei Hochfrequenzbeanspruchungen haben. Daher ist besonders im Gebiet hoher DK die Auswahl an brauchbaren Massen sehr beschränkt. Auch bei den Massen aus Magnesiumoxyd und Titandioxyd sind z. B. sehr niedrige Verlustwinkel auch immer nur mit niedriger DK verbunden, was besonders störend ist, als sich die DK in solchen dichtgesinterten Magnesiumoxyd-Titandioxyd-Mischungen mit steigendem Titandioxydgehalt nur sehr wenig ändert und beispielsweise von 12 bei einem Titandioxydgehalt von rund i8^fl/o auf nur 18 bei einem Titandioxydgehalt von rund 79 % ansteigt.

Hier bietet sich nun bereits ein vorteilhaftes Anwendungsgebiet der mit dem Titandioxyd zusammenzusinternden sogenannten dreiwertigen seltenen Erden, also insbesondere der Lanthanide und der Yttererden. Es wurde gefunden, daß beim Zusammensintern von Titandioxyd mit den Oxyden dieser Erden sich Werkstoffe hoher DK bilden, die durchweg sehr niedrige dielektrische Verluste haben. So hat man beispielsweise aus technischen Lanthanoxyd, vorzugsweise mit einem Gehalt von 50 bis 70% Lanthanoxyd, 20 bis 40% Neodymoxyd und bis 10% Praseodymoxyd und geringen Mengen sonstiger seltener Erden, und Titandioxyd keramische Werkstoffe herstellen können, deren DK beliebige Werte zwischen etwa 10 und 100, je nach dem Mischungsverhältnis, annimmt und deren dielektrischer Verlustwinkel Werte von etwa 1 bis I 5 · io~* zeigt. Auch Yttriumoxyd, z. B. das im Handel befindliche 75%ige Yttriumoxyd, liefert mit Titandioxyd zusammengesintert Massen hoher DK und niedriger dielektrischer Verluste von derselben Größenordnung wie die der Lanthanmassen.

Da Lanthanoxyd zusammen mit den angeführten seltenen Erden als Nebenerzeugnis bei der Aufbereitung von Monazitsand anfällt und es bisher nicht gelungen ist, eine zweckmäßige Anwendung dieses Stoffes zu finden, ermöglicht die vorliegende Erfindung auch eine wesentliche Erhöhung der Wirtschaftlichkeit in der Verarbeitung der aus Monazitsand gewonnenen seltenen Erden.

Besonders wichtig für die Anwendbarkeit der mit den seltenen Erden hergestellten titandioxydhaltigen keramischen Isolierstoffe und für ihre Anpaßbarkeit an die verschiedenen Forderungen, die an die Werkstoffeigenschaften in den verschiedenen Fällen gestellt werden, ist die Tatsache, daß der Anteil der seltenen Erden an dem dichtgesinterten Gemisch hohe Werte annehmen kann, ohne daß dadurch die Möglichkeit, den Scherben im keramisehen Brand dicht zu sintern, leidet, wie es z. B. der Fall ist bei dichtgesinterten Mischungen von Titandioxyd und Zirkondioxyd, die an sich gleichfalls hohe DK und niedrige Verlustwinkel aufweisen.

Im Gegensatz zu den Mischungen mit den dreiwertigen seltenen Erden ergeben Zirkonmischungen im allgemeinen nur bei niedrigen Anteilen von Zirkondioxyd und hohen Anteilen von Titandioxyd einen dichten haltbaren Scherben und niedrigen Verlustwinkel, während bei den zirkonreicheren Mischungen für Werkstoffe mit einer DK von etwa 20 bis 50 sich Schwierigkeiten ergeben, wenn man dichtgesinterte Stoffe mit niedrigem Verlustwinkel erreichen will. Mischungen dieser Art mit mehr als 16% Zirkonoxyd sintern schwer dicht oder neigen vielfach zur Ausbildung eines grobkristallinen Kristallgefüges, das beim keramischen Brand zerfällt oder leicht porös bleibt und dann keinen derart niedrigen Verlustwinkel ergibt.

Eine solche Empfindlichkeit bei der Verarbeitung ist den dreiwertigen seltenen Erden nicht eigen, so daß man mit diesen ohne Schwierigkeit Werkstoffe des zuletzt genannten DK-Bereiches mit kleinen Verlusten herstellen kann, wobei es möglich ist, die gute keramische Verarbeitungsfähigkeit der Mischungen durch Zusetzung von Ton oder Speckstein oder beiden Stoffen sicherzustellen, wie es in den weiter unten angegebenen Beispielen noch näher dargelegt werden wird.

Wie schon eingangs angedeutet, ist es für die in der Hochfrequenztechnik, ζ. B. zum Aufbau von Schwingungskreisen, verwendeten Werkstoffe oft von Wichtigkeit, den Temperaturkoeffizienten (TK) der DK in weiten Grenzen zu beherrschen und gegebenenfalls in mehr oder weniger starker Annäherung einer Temperaturunabhängigkeit des Isolierkörpers durch entsprechende Bemessung des Mischungsverhältnisses seiner Bestandteile herbeizuführen. Diese Aufgabe hat beispielsweise zur Entwicklung einer Reihe von Massen geführt, deren

Titandioxydgehalt so bemessen ist, daß ihr TK entweder — zum Ausgleich der durch Temperaturschwankungen herbeigeführten Änderungen durch die Schaltelemente eines Schwingungskreises — in bestimmtem Maße oder —· zur Erzielung der Temperaturunabhängigkeit des betreffenden Schaltungselementes selbst — mehr oder weniger von der einen oder anderen Seite dem Nullwert genähert ist. Zur beispielsweisen Erläuterung sei einmal angenommen, daß für derartige Zwecke der TK eines elektrischen Isolierkörpers zwischen +ιοο·ιο~⁶ und— ioo · io~^G anzustreben sei. Alle keramischen Werkstoffe, die mit diesem Ziel entwickelt worden sind, haben nun in dem Mischungsbereich, der TK-Werte zwischen +ioo · io~⁶ und — ioo· io~⁶ ergibt, Dielektrizitätskonstanten von nur 6 bis i8. Mit anderen Worten, eine mehr oder weniger weit getriebene Temperaturunabhängigkeit ließ sich bisher nur bei verhältnismäßig kleinen DK-Werten erreichen.

Hier bringen die mit dreiwertigen seltenen Erden hergestellten titandioxydhaltigen Massen einen ganz besonders wichtigen Fortschritt, indem bei ihnen das zwischen +ioo · io~⁶und —ioo · io~⁶ liegende Gebiet des TK bei bedeutend höheren DK-Werten

as — etwa 35 bis 41 — erreicht wird. Der dadurch herbeigeführte technische Fortschritt, z. B. für die Größenabmessungen der aus solchen Werkstoffen hergestellten Schaltelemente, liegt auf der Hand. Dieser Vorteil der mit den seltenen Erden hergestellten titanhaltigen Massen in bezug auf erhöhte DK gegenüber bekannten Vergleichsmassen von gleichem TK setzt sich auch noch bis weit in das Gebiet des negativen TK fort, also in das Gebiet, bei dem hohe DK außerdem auch noch ein mehr oder weniger großer negativer TK erwünscht ist. Auch in diesem Gebiet sind die mit dreiwertigen seltenen Erden hergestellten titandioxydhaltigen Massen allen bisher bekannten, auf Titandioxydgrundlage aufgebauten Massen überlegen.

Diese Überlegenheit der unter Verwendung von Lanthanoxyd oder seinen Homologen hergestellten titandioxydhaltigen Massen gegenüber den bisher gebräuchlichen Industriemassen läßt sich auch umgekehrt so ausdrücken, daß bei diesen bisher gebräuchlichen Massen bei genügend erhöhter DK der TK zu stark negativ ist, während bei den Massen nach der Erfindung dieser TK weiter nach der positiven Seite bzw. nach Null zu verschoben ist, im Vergleich zu bekannten Massen gleicher DK.

Dazu kommt ein sehr niedriger dielektrischer Verlustwinkel bei Hochfrequenzbeanspruchung der neuen Dielektrika, wie er bisher auf dem Gebiet der titandioxydhaltigen keramischen Massen nur bei Magnesiumtitanaten bekanntgeworden ist, die aber den Nachteil zu kleiner DK haben.

Der neue Kondensatorbaustoff stellt also eine wertvolle Bereicherung auf diesem Gebiet dar, da er infolge seiner hohen DK einen räumlich gedrängten Aufbau von Kondensatoren hoher Kapazität, infolge seines kleinen TK gute Temperaturkonstanz und infolge des geringen dielektrischen Verlustwinkels hohe Trennschärfe und geringe Dämpfung der Schwingungskreise gewährleistet.

Während bei den normalen keramischen Isolierstoffen der Preis der Masse gegenüber den Her-Stellungskosten zurücktritt, ist bei einer lanthanhaltigen Masse die Wirtschaftlichkeit der Erzeugung stark vom Preis des Lanthanoxydes mit bestimmt. Doch bietet gerade die Erzeugung von Hochfrequenz-Kondensatoren zahlreiche Möglichkeiten, auch eine teure Masse verwenden zu können, selbstverständlich nur für solche Zwecke, wo die Überlegenheit der Materialeigenschaften voll ausgenutzt wird. Da die keramische Industrie in der Lage ist, z. B. Kondensatorenröhrchen von nur 0,3 mm Wandstärke herzustellen, und die Kapazität eines Kondensators umgekehrt proportional der Wandstärke ist, bietet sich die Möglichkeit, leichte und daher infolge geringen Massebedarfes verhältnismäßig billige Werkstücke als Trägerkörper von Kondensatoren hoher Kapazität herzustellen. Das Bedürfnis der Hochfrequenzindustrie nach einem Dielektrikum mit schwach negativem oder schwach positivem Temperaturgang ist sehr groß, da kompensierte Kondensatoren und Schwingungskreise, die auf einen genau einzuhaltenden Temperaturgang eingestellt sind, in immer steigendem Maße benötigt werden.

Auch auf dem Gebiet der Hochleistungskondensatoren, wo Platten, Töpfe, Zylinder mit Sprührändern und Wülsten, also größere und schwerere Körper benutzt werden, ist in manchen Fällen die Verwendung einer wesentlich teureren Masse als bisher möglich, da z. B. infolge der höheren DK der neuen Isolierstoffe gegenüber den Magnesiumsilikatmassen (DK = 6,5) bei einer DK von ungefähr 40 eine Platte aus dem höherwertigeu Material sechs Platten aus der bisher üblichen Steatitmasse ersetzen könnte. Der hierdurch ermöglichte raumsparende Aufbau ist für viele Fälle als bedeutender Vorteil anzusehen.

Eine besonders wichtige Feststellung ist die, daß für den vorliegenden Verwendungszweck ein verhältnismäßig preiswertes Lanthanoxyd von geringer Reinheit, das noch 26 bis 30% Nd₂O₃ und 5,5% Pr₂O₃ enthält, besonders geeignet ist, während ein o.o%iges Lanthanoxyd mit zu geringerem Anteil an Begleiterden nicht zu lagerungsbeständigen Stoffen führt, sich also viel weniger gut eignet.

In großen Zügen kann man sagen, daß Lanthanoxyd nur dann im Gebiet der temperaturunabhängigen Dielektrika einen lagerungsbeständigen Werkstoff ergibt, wenn gleichzeitig Neodym und Praseodym in den vorstehend angegebenen Mengen vorhanden sind. Reines oder wenigstens erheblich "5 reineres Lanthanoxyd ist also unzweckmäßig, weil es erstens teurer herzustellen ist und zweitens höchstens dann geeignet erscheint, wenn noch andere die Dielektrizitätskonstante erniedrigende Oxyde, wie Magnesiumoxyd und Berylliumoxyd, in so großen Mengen vorhanden sind, daß der Werkstoff lagerungsbeständig wird.

Auch die Verwendung der übrigen reinen Lanthanide, z. B. Neodymoxyd, ist gegenüber der Verwendung des von seinen Begleiterden nicht getrenn- 1*5 ten Lanthanoxydes bedeutend unzweckmäßiger, da

diese anderen reinen Oxyde in Deutschland in ausreichenden Mengen nicht vorhanden und zudem so teuer sind, daß die Verwendung dieses Rohstoffes im allgemeinen nicht wirtschaftlich ist.
Die Lagerungs- und Wasserbeständigkeit der neuen Erzeugnisse wurde eingehend geprüft und besonders für Massen mit weniger als 75% eines als Lanthanoxyd I im Handel von der Auer-Gesellschaft, Oranienburg, erhältlichen Oxydes als gut befunden. Aus dem chemischen, physikalischen und dielektrischen Verhalten der Massen kann man den Schluß ziehen, daß vermutlich mindestens zwei Verbindungen, nämlich 3 La₂O₃ · 2 TiO₂ und La₂O₃ · 4 TiO₂, sowie Mischkristalle dieser beiden Verbindungen in den gesinterten Körpern vorhanden sind.

Aus verarbeitungstechnischen Gründen und um Streuungen der TK und DK, die ebenso wie bei den bisherigen Industriemassen auch bei den »Lanthan«- Massen auftreten, herabzusetzen und um weiter die chemische Beständigkeit der Massen mittlerer DK zu erhöhen, sind ferner Massen mit Tonzusätzen und Zusätzen an MgO, BeO und ZrO₂ angefertigt worden, wobei man vorzugsweise im Gebiet der Massen mit einer DK von 20 bis 45 befriedigende Ergebnisse erzielt hat. Die Verlustwinkel liegen zum größten Teil recht günstig. Die TK-Werte sind etwas negativer bzw. etwas weniger positiv als bei den nur aus Lanthanoxyd bzw. seinen Homologen und Titandioxyd bestehenden Massen.

Im folgenden wird eine Reihe von Massen, die nach den vorstehend auseinandergesetzten Gesichtspunkten hergestellt sind, noch im einzelnen ihrer Zusammensetzung, Herstellung und Eigenschaften nach angegeben werden.

Die Eigenschaften der wichtigsten in Betracht kommenden Massen, nämlich der mit Lanthanoxyd, das vorzugsweise noch das im technisch anfallenden Produkt enthaltene Didym- (Neodym und Praseodym)Oxyd aufweist, ergeben sich aus der Zeichnung, die in Fig. 1 die Abhängigkeit der DK der »Lanthan«-Massen von deren Titandioxydgehalt und in Fig. 2 die Abhängigkeit des TK dieser Massen von der DK veranschaulicht. Es sei hierzu bemerkt, daß die Kurven der Fig. 1 und 2 mittlere Kurven zu zahlreichen, durch die vorgenommenen Versuche festgestellten Einzelkurven darstellen.

Die durch die Kurve der Fig. r gekennzeichneten Werte ergeben sich aus Massen, die außer Titandioxyd

entweder das im Handel mit »Lanthanoxyd I« bezeichnete Produkt der Zusammensetzung:

0,47% CeO₂
26 bis 30,00% Nd₂O₃
5,50 VoPr₂O₃

oder »Lanthanoxyd roh«, das auf 100 Teile Oxyd noch 8 bis 12 Teile Ceroxyd enthält,
oder »Ceritoxyd«, das noch Cer-reicher ist und auf 60 Teile Ceroxyd etwa 40 Teile Lanthanoxyd und dessen Begleiterden enthält, oder Didymoxyd
enthalten.

Die in den weiter unten aufgeführten Beispielen enthaltenen Massen mit Ytti'iumoxyd ergaben für entsprechende Gehalte an Titandioxyd noch höhere DK-Werte als die Massen des Kurvenzuges der Fig. i. Diese Yttriumoxydmassen wurden hergestellt unter Verwendung eines im Handel erhältlichen 75°/oigen Produktes, das bessere Werte liefert als ein für gewisse Zwecke auch noch brauchbares 85- bis 95°/oiges Yttriumoxyd.

Die Fig. 2 zeigt die den verschiedenen DK-Werten der Massen nach Fig. 1 entsprechenden TK-Werte und gleichzeitig zum Vergleich die entsprechenden Werte einiger anderer bekannter titandioxydhaltiger Massen, nämlich Massen mit Berylliumoxyd, Zirkonoxyd und Magnesiumoxyd, sowie verschiedener Industriemassen.

Wie auch bereits oben angedeutet, gestatten die bisher nicht bekannten Eigenschaften der aus Gemischen von Titandioxyd und Lanthanoxyd dichtgesinterten keramischen Isolierkörper und Kondensatordielektrika erfindungsgemäß eine besonders vorteilhafte Anwendung zum Aufbau von Kondensatoren und Kondensatorkreisen, deren Gesamtkapazität von der Temperatur entweder unabhängig ist oder sich mit dieser innerhalb weiter Grenzen mehr oder minder im entgegengesetzten Sinne ändert. Beispielsweise können mit Kondensatoren, deren Dielektrikum aus einer solchen keramischen Massemischung in weiten Grenzen beliebig negativ zu wählenden dielektrischen Temperaturkoeffizienten besteht, Kondensatoren eines elektrischen Stromkreises, insbesondere Hochfrequenzschwingungskreises, zusammengeschaltet werden, deren dielektrischer TK positiv ist, um eine temperaturunabhängige Gesamtordnung zu erhalten. Durch die geeignete Wähl derartiger Kondensatoren mit negativem und positivem dielektrischem TK kann ferner auch der dielektrische TK der Gesamtanordnung der zusammengeschalteten Kondensatoren so stark negativ gehalten werden, als dies zum Ausgleich des positiven TK der übrigen Teile des Schwingungskreises, z. B. der Spuleninduktivitäten, erforderlich ist, um auf diese Weise einen in seiner Eigenschwingungszahl von der Temperatur weitgehend unabhängigen Schwingungskreis zu erhalten. Eine besonders wichtige Anwendung finden vor allem Kondensatoren, bei denen der dielektrische TK der DK vorzugsweise in dem engbegrenzten Gebiet zwischen +150 · io~⁶ und —150 · io~⁶ liegt, d. h. deren dielektrischer TK näherungsweise zu vernachlässigen ist. Kondensatoren mit einem keramischen Dielektrikum, das einen derartigen geringen, von Null nur wenig verschiedenen dielektrisehen TK hat, sind zwar bereits bekanntgeworden, jedoch liegt die DK dieser bekannten Dielektrika immer verhältnismäßig niedrig, z. B. zwischen 6 und 18. Die Erfindung ermöglicht es nun erstmalig, unter Einhaltung eines äußerst geringen dielektrisehen TK des keramischen Dielektrikums, für die-

ses eine über 18 hinausgehende DK zu erhalten, die sogar beträchtliche Werte, z. B. zwischen etwa 20 und 41, erreichen kann. Dies ist außerordentlich günstig, weil dadurch nunmehr die z. B. für Hochfrequenz-, insbesondere Kurzwellenzwecke besonders wertvollen, nahezu temperaturunabhängigen, dielektrisch verlustarmen Kondensatoren mit keramischen Dielektrikum in ihren räumlichen Abmessungen ganz beträchtlich verkleinert werden können.

Der technische Fortschritt, den die erfindungsgemäße Verwendung der genannten Gemische von Titandioxyd mit Lanthanoxyd enthaltenden dichtgesinterten elektrischen Isolierkörper und Konden- satoren ermöglicht, wird insbesondere durch einen Vergleich der Eigenschaften dieser dielektrisch verlustarmen Gemische mit den Eigenschaften der bekannten Magnesium-Titanat-Massen ersichtlich. Diese haben zwar ebenfalls einen niedrigen dielekirischen Verlustwinkel, sie sind indessen, wie im vorstehenden erwähnt, nur mit verhältnismäßig geringen Werten der DK und, weil ein Zusammenhang zwischen der DK und dem dielektrischen TK besteht, auch nur mit einem dielektrischen TK herstellbar, der lediglich innerhalb eines engen Bereiches der DK negativ oder positiv gewählt werden kann. Die dichtgesinterten keramischen Massen, die gleichzeitig Titandioxyd und Lanthanoxyd enthalten, lassen sich dagegen so erzeugen, daß sie sowohl geringe dielektrische Verluste haben, als auch einen dielektrischen TK aufweisen, der innerhalb eines großen Bereiches der DK je nach dem Verhältnis der verwendeten Massenmischung mehr oder weniger stark negativ oder in geringem Maße auch positiv sein kann.

Bei der Herstellung wird wie folgt verfahren: Die Mischungen werden 25 bis 30 Stunden in einer Porzellantrommel mit Kugelflintensteinen naß zusammen gemahlen, getrocknet und nach den üblichen keramischen Methoden verformt. Dies kann beispielsweise nach dem Trockenprozeßverfahren erfolgen. Die so hergestellten Körper werden in der bei der Porzellanfabrikation üblichen Weise bei einer Brenntemperatur von Sk 10 bis 15 gebrannt.

Die Zeit bis zur Erreichung der Endtemperatur kann je nach der Art der hergestellten Körper verschieden sein. Bei Stücken kleinerer Abmessungen kann man die Temperatur in 1 bis 10 Stunden auf die Endtemperatur steigern, bei Stücken größerer Abmessungen wird man zweckmäßigerweise den Temperaturanstieg 20 bis 25 Stunden lang wählen. Die Endtemperatur wird etwa 1 bis 5 Stunden aufrechterhalten. Nach dem Abkühlen werden die Stücke auf beiden Flächen mit einem flüssigen Edelmetallpräparat, beispielsweise Poliersilber, bestrichen oder bespritzt und einer Brenntemperatur von 500 bis 8oo° C ausgesetzt. Hierbei bildet sich ein festhaftender Metallbelag. Die so erzeugten Kondensatoren mit einem Dielektrikum entsprechend dem anmeldungsgemäß zusammengesetzten Massen und einem leitenden Belag aus Silber werden dann ihrer Verwendung entsprechend in elektrische Schwingungskreise eingebaut.

Ausführungsbeispiele

Aufbau und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Werkstoffe

1. 64- bis 70°/oiges Lanthanoxyd (I) mit seinen natürlichen Begleiterden .. 62,2% Titandioxyd 37.8%

100,0%

Brenntemperatur SK 13 um bis SK

angebogen Dielektrizitätskonstante

(DK) 40

Verlustwinkel (tg δ) ι bis 2 · io~⁴

Temperaturkoeffizient

(TK) ο bis— 50-io"⁶

2. 64- bis 70°/oiges Lanthanoxyd (I) mit seinen natürlichen Begleiterden .. 55>°% Bentonit 2,0%

Titanoxyd 43,0%

»5

100,0%

Dielektrizitätskonstante

(DK) 32 bis

Temperaturkoeffizient

(TK) — iiobis —160· io~⁶

Verlustwinkel (tg δ) ι bis 2,5 · io~⁴

3· 75%iges Yttriumoxyd .. 54,6%

Titandioxyd 45,4%

100,0%

95 Brenntemperatur SK 14¹

Dielektrizitätskonstante

(DK) 64 bis

Verlustwinkel (tg δ) 3,5 bis 5,5 · io~⁴

Temperaturkoeffizient

(TK) -600· ίο-⁶

4. Didymoxyd 51,8%

Titandioxyd 48,2%

100,0%

Brenntemperatur SK 13 bis 14

Dielektrizitätskonstante

(DK) 36 bis

Verlustwinkel (tg δ) .... 3 bis 4 · io~⁴ Temperaturkoeffizient

(TK) -20-10-6

Wie bereits erwähnt und aus den Ausführungsbeispielen ersichtlich, ist für den vorliegenden Verwendungszweck ein verhältnismäßig preiswertes Lanthanoxyd I geringer Reinheit mit etwa 64 bis 70% La₂O₃ besonders geeignet. Als Titandioxyd wird im Interesse geringer Verlustwinkel zweckmäßig ein praktisch alkali- und eisenfreies Produkt, z. B. ein entsprechend reiner Rutil oder ein durch Fällung aus wäßriger Lösung gewonnenes »Titanweiß« des Handels, verarbeitet. Als Zuschläge können in geeigneten, unter Umständen durch Versuch zu ermittelnden Mengen Fluß- und Plastifizierungsmittel solcher Art verwendet werden, wie sie für verlustfreie titandioxydhaltige keramische Werkstoffe bekannt sind.

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Zum Schluß sei noch eine Zusammenstellung gegeben, die besonders deutlich die Überlegenheit der Lanthanmasseii zeigt. Entnimmt man der Fig. 2 die Werte der DK für die Massen mit temperaturunabhängiger Kapazität, also mit einem TK = Null, und ferner die Werte der DK für Massen mit einem TK = —100 · io~⁶, so ergeben sich

	bei TK = ο	bei TK	etwa 14
	= —100 · io~°
	die Dielektrizitätskonstanten	etwa 19
für die
BeO · TiO₂-		etwa 19
Massen	etwa 11
ZrO₂ · TiO₂-
Massen	etwa 13	etwa 39
bekannten In
dustrie-Massen	etwa 10
erfindungs
gemäßen La₂O₃ ·
TiO₂-Massen ..	etwa 38

Claims

PATENTANSPRUCH:

Elektrischer, insbesondere verlustarmer Isolierkörper und Kondensatordielektrikum aus dichtgesintertem titanhaltigem keramischem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß dieser als Hauptbestandteil Lanthanoxyd oder Yttererden mit ihren natürlichen Begleiterden, Neodymoxyd, Praseodymoxyd und gegebenenfalls Ceroxyd und im übrigen TiO₂ mit geringen Mengen weiterer keramischer Zuschläge, wie z. B. Fluß- und Plastifizierungsmittel, enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung P 3493 VIIIb/2ic (bekanntgemacht am 22. 7. 1954);
deutsche Patentschrift Nr. 588271;
französische Patentschrift Nr. 816 100.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 767 316.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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