DE977559C

DE977559C - Keramisches Kondensator-Dielektrikum

Info

Publication number: DE977559C
Application number: DEN5055A
Authority: DE
Inventors: Gerard Heinrich Jonker
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-02-08
Filing date: 1952-02-06
Publication date: 1967-02-16

Description

Keramisches Kondensator-Dielektrikum Die Erfindung bezieht sich auf ein keramisches Kondensator-Dielektrikum, das in einem Ansatz Anteile von Titan-, Zirkon- und Zinkoxyd enthält und das einen niedrigen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante, einen relativ hohen Wert derselben, einen niedrigen Verlustfaktor und gute Sintereigenschaften zu erreichen gestattet.
Es ist bekannt, daß Titandioxyd und mehrere Titanate einen negativen Temperaturkoeffizienten der dielektrischen Konstante haben und daß die meisten anderen oxydischen Materialien einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen. Weiter ist es zum Beeinflussen des Temperaturkoeffizienten keramischer Dielektrika bekanntgeworden, Titandioxyd oder ge-,visse Titanate finit anderen Oxyden, wie z. B. Magnesiumoxyd, Berylliumoxyd, Zirkonoxyd, Zinnoxyd und Ceriumoxyd oder oxydischen Verbindungen, z. B. Zirkonaten und Stannaten, zu kombinieren. Verschiedene dieser bekannten Kombinationen bereiten Schwierigkeiten bei der Herstellung, wie z. B. durch eine hohe Sintertemperat.ur oder ein kurzes Sinterintervall, und bei anderen ergibt sich der erwünschte Temperaturkoeffizient nur bei niedrigen Werten der dielektrischen Konstante. Infolgedessen besteht in der Technik noch immer ein Bedürfnis nach neuen Wegen zum Erzielen des vorerwähnten Ergebnisses, insbesondere bei niedrigem Verlustfaktor.
Solche vorteilhaften Eigenschaften werden erhalten, wenn als keramisches Kondensator-Dielektrikum, das im Ansatz Anteile von Titan-, Zirkon-und Zinkoxyd enthält, erfindungsgemäß eine Masse auf der Basis von ZrTi04 verwendet wird, die aus i bis 40 Molprozent Zinkoxyd, mehr als io Molprozent Zirkondioxyd und weiter Titandioxyd in einer Menge zwischen 331/3 Molprozent zuzüglich ein Drittel des jeweiligen Zirkondioxydgehalts und 55 Molprozent, insbesondere in einer Menge von 50 Molprozent, durch Sinterung gebildet ist.
Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß im DIN-Blatt Nr. 4o 685 vom Mai 1950 für eine Kondensator-Keramik Typ 330 eine Dielektrizitätskonstante von 30 bis 40, ein Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstante von -5o bis -ioo - io-6/' C und Verlustfaktorwerte zwischen o,5 und 200 - l0-4 angegeben werden. Die Zusammensetzung und die Herstellungsbedingungen werden jedoch nicht erwähnt, so daß der Fachmann nicht die Möglichkeit hat, solche Massen zu produzieren. Im übrigen läßt sich aus den erwähnten größeren Bereichen der angegebenen Werte entnehmen, daß eine gut reproduzierbare Herstellung mit ausreichend engen Toleranzen nicht möglich war.
Keramische Kondensator-Dielektrika nach der Erfindung können jedoch unter Verwendung billiger und leicht erhältlicher Rohstoffe mit geringen Toleranzabweichungen in großem Maßstab produziert werden.
Die für die Erfindung angegebenen Zusammensetzungen liegen innerhalb des im ternären Diagramm Ti02 Zr02 Zn0 nach der Zeichnung angegebenen Fünfecks AB C D E. Die Produkte enthalten eine Verbindung der Zusammensetzung ZrTi04, die noch nicht in der Literatur beschrieben ist und die mit dem Namen Zirkontitanat bezeichnet werden kann. Das Zirkontitanat ist eine dielektrisch besonders wertvolle Verbindung, die jedoch den Nachteil hat, daß sie in reinem Zustand praktisch nicht gesintert werden kann. Die Zirkontitanat enthaltenden Massen nach der Erfindung haben einen Gehalt an Zinktitanat ZnZTi04 und lassen sich in Abhängigkeit von dem Gehalt an Zirkontitanat vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 1300 und 135o° C dichtsintern. Der Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstante liegt zwischen -114 - 10-6 und - i o - 10-6, und die Dielektrizitätskonstante beträgt etwa 35 bis 40.

Die Zusammensetzungen mit einem Titandioxydgehalt von etwa 50 Molprozent haben den Vorteil, daß dabei der Wert der Dielektrizitätskonstante mindestens 35 beträgt und der Temperaturkoeffizient und der tgö einen niedrigeren Wert haben. Für einige dieser Zusammensetzungen, die auch in der Zeichnung mit den Nummern i bis 5 bezeichnet sind, sind die dielektrischen Werte und die Sintertemper atur in der untenstehenden Tabelle angegeben. Die Beispiele i und 2 lassen an sich die guten Eigenschaften von ZrTi04 erkennen. Die Beispiele 3 bis 5 zeigen, daß nach der Erfindung bei wesentlich herabgesetzter Sintertemperatur noch immer ausgezeichnete elektrische Eigenschaften erreicht werden.

Nummer Zn0 Zr02 Ti02 a t- c@ 104 Temperatur- Sintertemperatur

koeffizlent - 10a ° C

1 49,5 49,5 38 019 -114 1500

2 2 49 49 42 2,3 -114 1500

3 10 40 50 40 3,1 -50 1350

4 20 30 50 34,5 10,2 -9i 1300

5 30 20 50 35 2,1 -89 1300

Die Herstellung der Dielektrika auf Zirkontitanatbasis nach der Erfindung kann folgendermaßen durchgeführt werden: Die Oxyde, Verbindungen dieser Oxyde miteinander oder Verbindungen, die bei Erhitzung in sie übergeführt werden können, werden, gegebenenfalls unter Zusatz eines Sintermittels und eines herausbrennbaren Bindemittels, z. B. durch Mahlen in einer Kugelmühle, in den vorstehend angegebenen Verhältnissen gemischt. Die Masse wird darauf erhitzt, wobei z. B. die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von Sooo C in der Stunde bis auf die Sintertemperatur erhöht werden kann; darauf wird i Stunde lang bei dieser Temperatur erhitzt und in 2 Stunden abgekühlt. Diese Kondensator-Dielektrika nach der Erfindung werden vorzugsweise rohrförmig hergestellt und z. B. durch Aufbrennen von Silber mit Elektroden versehen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Keramisches Kondensator-Dielektrikum, das in einem Ansatz Anteile von Titan-, Zirkon-und Zinkoxyd enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer gesinterten Masse auf der Basis von ZrTi04 besteht, die aus 1 bis 40 Molprozent Zinkoxyd, mehr als io Molprozent Zirkondioxyd und weiter Titandioxyd in einer Menge zwischen 331/3 Molprozent zuzüglich ein Drittel des jeweiligen Zirkondioxydgehalts und 55 Malprozent, insbesondere in einer Menge von 50 Molprozent, durch Sinterung gebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 676 263, 69o 25:2, 723 426; französische Patentschriften Zur. 816 90o, 888 759; britische Patentschriften Nr. 4.45 495, 487 961 579 868; USA.-Patentschriften Nr. 2 277 734, 2 398 o88, 242411I; E. Albers-Schönberg, »Hochfrequenzkeramik«, 1939, S. 16; »Berichte der Deutschen keramischen Gesellschaft« vom Oktober 1937, S. 4.4.2 und 4.4.3; DIN-Blatt 4o 685 vom Mai 1950, S. 3 ; »Feinmechanik und Präzision«, H. 15/i6, 1942, S. 235; »Funk-Technik«, Nr. 14, 1948, S. 349; »FTZ«, Nr. 9, 1949 S. 285 bis 289; »Keramische Rundschau«, Sonderdruck 194, S. 20, 21; »Naturforschung und Medizin in Deutschland«, Bd. 26, Anqrganische Chemie, Teil IV, 1949 S. 157, 162, 163, 165; »Z. Techn. Phys.«, 1935, S. 64o bis 642; Hescho-Druckschriften »Keramik-Festkondensa- toren für HF-Kleingeräte«, II A G. 705, vom 17.11. 194I, S. 5, und »Eigenschaftstafel keramischer Werkstoffe«, G. 661 M 0768, vom 28. 12. 1940; »Electronics« vom April 194.8, S. 63, und April 1949 S.13.