DE977625C

DE977625C - Kondensator mit einem keramischen Dielektrikum und Verfahren zur Herstellung dieses keramischen Dielektrikums

Info

Publication number: DE977625C
Application number: DEN3226A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Anne Klasens
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1949-12-09
Filing date: 1950-12-06
Publication date: 1967-09-21
Also published as: CH290726A; FR1029249A; BE499881A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBENAM 21. SEPTEMBER 1967

N3220VIIIc/2ig

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator mit einem keramischen Dielektrikum, das aus den Oxyden von Barium, Titan und Zirkonium aufgebaut ist und einen Gehalt von mindestens 50 Molprozent an Bariumoxyd aufweist, und auf ein Verfahren zur Herstellung dieses keramischen Dielektrikums.

Es ist bekannt, daß Titanate mehrerer zweiwertiger Metalle wertvolle dielektrische Eigenschaften besitzen. So hat Bariumtitanat (BaO · TiO₂) bei Rundfunkfrequenzen eine Dielektrizitätskonstante (ε) von 1200 bis 1300 bei Zimmertemperatur. Bei Temperaturen über ioo° C steigt ε plötzlich, bis bei etwa 120⁰ C ein Maximum erreicht wird. Es ist ferner bekannt, daß dieses Maximum dadurch nach Zimmertemperatur verschoben werden kann, daß das Barium im Titanat teilweise durch Strontium ersetzt wird. Das Maximum erstreckt sich aber über einen sehr kleinen Temperaturbereich, so daß in diesem Bereich geringe Temperaturänderungen den Wert von ε und daher die Kapazität eines Kondensators mit einem solchen Dielektrikum in wesentlichem Maße beeinflussen.

Ähnliches wird bei bekannten Kondensatordielektriken erreicht, die aus Bariumtitanat mit einem Zusatz von weniger als 20 Gewichtsteilen Erdalkalizirkonat je 100 Gewichtsteile Bariumtitanat bestehen. Diese Massen haben ferner hohe dielektrische Verluste, nämlich ein tgö bei 1 MHz von etwa ι °/o und höher.

Weiterhin sind Dielektriken bekannt, die aus 70 bis 90 Gewichtsprozent Titandioxyd, Zirkonoxyd und/oder Erdalkalititanat bestehen und Zusätze von wenigstens 10 Gewichtsprozent eines keramischen

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Bindemittels· enthalten. Diese Materialien zeigen, soweit die Grundmasse in der Hauptsache aus Erdalkalititanat besteht, innerhalb des Bereiches der Gebrauchstemperaturen ein scharfes Maximum in der ε~ ί-Kurve und daher eine große Temperaturabhängigkeit von ε. Außerdem sind die dielektrischen Verluste hoch. Wenn die Grundmasse zur Hauptsache aus Titandioxyd und Zirkondioxyd, gegebenenfalls mit geringen Titanatanteilen besteht, ist es zwar möglich, die Zusammensetzungsverhältnisse so zu wählen, daß eine geringe Temperaturabhängigkeit von ε und niedrige dielektrische Verluste erzielt werden, aber solche Materialien zeigen ein niedriges ε von weniger als ioo und meistens weniger als 40.

Es wurde nun festgestellt, daß im ternären System BaO — TiO₂ — ZrO₂ Zusammensetzungen liegen, die vorteilhafte Eigenschaften aufweisen. Das Maximum in der ε—i-Kurve dieser Zusammensetzungen liegt bei niedrigen Temperaturen, und die Spitze des Maximums ist breit. Darüber hinaus weist ε Werte von etwa 200 bis 800 auf und betragen die dielektrischen Verluste bei 1 MHz nur einige Promille.

Durch geeignete Wahl der Zusammensetzung kann das Maximum nach so niedrigen Temperaturen, z.B. unter -50⁰C, verschoben werden, daß der Temperaturkoeffizient von ε bei Zimmertemperatur einen sehr niedrigen negativen Wert annimmt.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Kondensator eingangs erwähnter Art dadurch erreicht, daß der Gehalt an Bariumoxyd zwischen 50 und 58 Molprozent und der Gehalt an Titandioxyd zwischen 20 und 35 Molprozent liegt. Diese Zusammensetzungen liegen innerhalb des Vierecks AB CD, welches im ternären Diagramm der Abbildung angedeutet ist.

In der nachfolgenden Tabelle sind einige Beispiele von Zusammensetzungen keramischer Massen angegeben, die als Dielektrikum bei den Kondensatoren nach der Erfindung Anwendung finden können, mit den entsprechenden Werten für ε und für den Verlustfaktor (tg<5), beide bei einer Frequenz von ι MHz gemessen. Die Temperatur, bei der das Maximum in der ε—f-Kurve auftritt, liegt in sämtlichen in der Tabelle angegebenen Fällen unter -50⁰C.

	Zusammensetzungen	TiO₂	ZrO₂	bei 1 MHz	bei l°MHz
Nr.	in Molprozent	32	12
	BaO	29	IS-	630	0,005
I	56	30	IS	430	0,007
2	56 ■"	25	20	425	0,001
3	55-	2O	25	240	0,001 .
4 -·	55	32	IS	160	0,001
5'	- 55	24	24	750	0,010
6	53		270	0,0005
7	52

Zur Herstellung der Kondensatoren nach der Erfindung kann wie folgt verfahren werden: Die Oxyde von Barium, Titan und Zirkonium oder Verbindungen, wie Karbonate, welche bei der während der weiteren Behandlung durchgeführten Erhitzung in diese Oxyde übergehen, werden in den angegebenen Verhältnissen vermischt. Gegebenenfalls werden Flußmittel, wie Speckstein oder Bentonit, in einer Menge, die vorzugsweise kleiner als 10% ist, und ein verbrennbares Bindemittel dem Gemisch zugesetzt. Nach der Formgebung, z. B. durch Pressen oder durch Strangziehen, wird dann bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1500⁰ C gesintert. Es ist vielfach vorteilhaft, das Gemisch der Oxyde oder der Stoffe, die in diese Oxyde übergehen, bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1300⁰ C vorzusintern und wieder zu mahlen, bevor die endgültige Formgebung und Sinterung stattfinden. Schließlich werden in bekannter Weise Elektroden. z. B. durch das Auftrennen von Silber, angebracht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i". Kondensator mit einem keramischen Dielektrikum, das aus den Oxyden von Barium, Titan und Zirkonium aufgebaut ist und einen Gehalt von mindestens 50 Molprozent an Bariumoxyd aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Bariumoxyd zwischen 50 und 58 Molprozent und der Gehalt an Titandioxyd zwischen 20 und 35 Molprozent liegt.
2. Verfahren zur Herstellung eines kerami-• sehen Dielektrikums für einen Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxyde von Barium, Titan und Zirkonium oder Verbindungen, die bei Erhitzung in diese : Oxyde übergehen, in einem solchen Verhältnis miteinander vermischt werden, daß der Gehalt an Bariumoxyd zwischen 50 und 58 Molprozent und der Gehalt an Titandioxyd zwischen 20 und 35 Molprozent liegt, und das Gemisch nach der Formgebung bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1500⁰ C gesintert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch ein Flußmittel

; in einer Menge; die kleiner ist ,als iö Gewichtsprozent, zugesetzt wird.
4. Verfahren nach-Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bei einer Temperatur zwischen 1000-und 1300⁰G vorgesintert wird. ■ - · -'

In Betaracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 574 577, 583 494; USA-Patentschriften Nr. 2 398 088, 2 402 516, in, 2436839, 2452532, 2467 169; »J. of the Amer. Ceram. Soc«, .1947; S. 117.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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