DEP0020735DA - Verfahren zur Herstellung von Isolatoren - Google Patents

Description

Gesinterte keramische Massen aus Zinnoxyd und Titandioxyd sind unter Erwähnung ihrer dielektrischen Eigenschaften bereits beschrieben worden (Zeitschrift für technische Physik 12, 1935, S. 640-642). Insbesondere wurde bereits auf den Umstand hingewiesen, dass Zinnoxyd einen positiven und Titandioxyd einen negativen Temperaturkoeffizienten der dielektrischen Konstante aufweist. Mit solchen Gemischen ist es möglich, den Temperaturkoeffizienten auf bestimmte gewünschte Werte einzustellen. Wegen der hohen Sinterungstemperatur des Zinnoxyds war es aber auch bei Hinzufügung eines Sinterungsmittels nicht möglich, diese Gemische hinreichend dicht zu sintern, was ihrer Verwendung in der Praxis offenbar hindernd im Wege gestanden hat.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Isolatoren, insbesondere für Kondensatordielektrika, das dadurch gekennzeichnet ist, dass von einem Gemisch von Titandioxyd und reaktivem Zinnoxyd, gegebenenfalls mit Zuschlagstoffen, ausgegangen wird, das nach Formgebung dichtgesintert wird.

Die Erfindung fusst auf der Erkenntnis, dass man bei der Herstellung der vorgenannten bekannten Materialien von zu stark vorgesintertem und infolgedessen zu wenig reaktivem Zinnoxyd ausgegangen war.

Nach der Erfindung wird dieser Nachteil behoben und können die erwähnten dichtgesinterten Erzeugnisse dadurch erhalten werden, dass von Gemischen mit reaktivem Zinnoxyd ausgegangen wird. Entsprechend ihrer Zusammensetzung können diese Gemische bei Temperaturen unterhalb etwa 1500°C dichtgesintert werden. Gegebenenfalls kann die Sinterungstemperatur durch Hinzufügung eines Sinterungsmittels, das die dielektrischen Eigenschaften nicht beeinträchtigt, z. B. MgF(sub)2 oder PbO, noch etwas weiter erniedrigt werden.

Reaktives Zinnoxyd lässt sich z. B. durch Niederschlagen mit Ammoniak aus einer Lösung von Stannisulphat erhalten. Um eine starke Schrumpfung beim Sintern der erzeugten Gegenstände zu verhüten, wird man das Zinnoxyd vorzusintern wünschen. Es hat sich nunmehr erwiesen, dass man hierbei zur Beibehaltung der Reaktivität des Zinnoxyds nicht höher als etwa 1000°C gehen kann. Wenn stärker erhitzt wird, so können die Zinnoxyd enthaltenden Gemische nur bei Temperaturen dichtgesintert werden, die sich bei Massenherstellung schwer verwirklichen lassen. Reaktives Zinnoxyd kann z. B. auch erhalten werden, wenn Stannioxyd auf etwa 700°C in der Luft erhitzt wird. Im allgemeinen entspricht Zinnoxyd, das auf chemischem Wege erhalten und keinen höheren Temperaturen als etwa 1000°C ausgesetzt gewesen ist, den zu stellenden Anforderungen.

Das reaktive Zinnoxyd wird mit auf z. B. 1000°C vorgeheiztem Titandioxyd gemischt und zusammen damit gemahlen.

Darauf wird der Masse auf in der keramischen Technik übliche Weise die gewünschte Form gegeben und dichtgesintert. Vorzügliche Ergebnisse werden erzielt, wenn das Zinnoxyd und das Titandioxyd zusammen niedergeschlagen, auf etwa 1000°C vorgesintert und zur weiteren Verarbeitung gemahlen werden.

Ferner hat es sich gezeigt, dass beim Dichtsintern besondere Massnahmen zur Verhütung der Bildung niedrigerer Oxyde, wie es beim Sintern von Titandioxydmassen und auch bisweilen bei Titandioxyd enthaltenden Gemischen erforderlich ist, bei den erfindungsgemäss verwendeten Massen nicht getroffen zu werden brauchen.

Für verschiedene Anwendungen, insbesondere als Kondensatordielektrikum, sind insbesondere die Isolatoren mit einem wenig von Null verschiedenen Temperaturkoeffizienten der dielektrischen Konstante wichtig. Diese können auf die beschriebene Weise durch Sinterung auf etwa 1500°C bei einer Zusammensetzung von etwa 70 Mol.% Zinnoxyd auf 30 Mol.% Titandioxyd erhalten werden. Die dielektrische Konstante solcher Gemische beträgt etwa 25.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

In Fig. 1 ist durch die Kurve 1 der Verlauf der dielektrischen Konstante (Epsilon) der vorerwähnten bekannten gesinterten Massen aus SnO(sub)2 und TiO(sub)2 als Funktion ihrer Zusammensetzung angedeutet. Für die erfindungsgemäss verwendeten Erzeugnisse wurden, wie in der Kurve 11 angedeutet, bei gleicher Zusammensetzung höhere Werte der dielektrischen Konstante gemessen, was darauf hindeutet, dass die früher beschriebenen

Erzeugnisse, im Gegensatz zu denjenigen nach der Erfindung, nicht dichtgesintert waren.

In Fig. 2 ist entsprechend der Verlauf des Temperaturkoeffizienten der dielektrischen Konstante <Formel> als Funktion der Zusammensetzung dargestellt.

Aus den Figuren geht ausserdem hervor, dass das dichtgesinterte Material nach der Erfindung einen Temperaturkoeffizienten von etwa Null bei einer dielektrischen Konstante von etwa 25 hat, während das bei den nicht dichtgesinterten Produkten bei einer dielektrischen Konstante von nur etwa 10 zutreffen würde.

Weiter sei noch darauf hingewiesen, dass nicht dichtgesinterte keramische Materialien wegen ihrer Feuchtigkeitsempfindlichkeit vielfach elektrotechnisch unbrauchbar sind. Dies kommt u. a. im dielektrischen Verlustfaktor zum Ausdruck, der nur für dichtgesinterte Erzeugnisse sehr niedrig sein kann. Der Verlustfaktor von Erzeugnissen aus Zinnoxyd und Titandioxyd nach der Erfindung ist im allgemeinen niedriger als mit Gemischen von Titandioxyd und Cerioxyd erzielbar ist; tg (Delta) . 10(exp)4 hiervon liegt nämlich zwischen 1 und 2.

Zur Beeinflussung der dielektrischen Konstante können noch Zusätze von Cerioxyd, das ebenso wie Zinnoxyd einen positiven Temperaturkoeffizienten, aber eine höhere dielektrische Konstante hat, zur Verwendung kommen. Mit solchen Gemischen ist es z. B. möglich, wenn ein wenig von Null verschiedener Temperaturkoeffizient der dielektrischen Konstante gewünscht wird, eine dielektrische Konstante zu erzielen, die entsprechend ihrem Gehalt an Zinnoxyd und Cerioxyd zwischen etwa 25 und 35 schwankt. Es kann z. B. nach der Erfindung durch Dichtsintern eines Gemisches von 17 Mol.% Titandioxyd, 60 Mol.% Cerioxyd und 23 Mol.% Zinnoxyd bei 1290°C in einem Luftstrom ein Erzeugnis mit einer dielektrischen Konstante von 33 und einem Temperaturkoeffizienten der dielektrischen Konstante von -69.10(exp)6 erzielt werden. Der Verlustfaktor dieser Materialien liegt im allgemeinen etwas höher; tg (Delta) . 10(exp)4 des erwähnten Erzeugnisses ist 3.9.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Isolatoren, insbesondere für Kondensatordielektrika, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Gemisch von Titandioxyd und reaktivem Zinnoxyd, gegebenenfalls mit Zuschlagstoffen, ausgegangen wird, das nach Formgebung dichtgesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zinnoxyd auf chemischem Wege erhalten und keiner höheren Temperatur als etwa 1000°C ausgesetzt worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zinnoxyd und das Titandioxyd zusammen aus einer Lösung niedergeschlagen und zur weiteren Verarbeitung auf etwa 1000°C erhitzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Gemisch aus etwa 70 Mol.% Zinnoxyd und 30 Mol.% Titandioxyd ausgegangen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zinnoxyd zum Teil durch Cerioxyd ersetzt wird.

6. Gemäss dem Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen hergestellter keramischer Isolator, insbesondere Kondensatordielektrikum, dadurch gekennzeichnet, dass die den Isolator bildende dichtgesinterte Masse im wesentlichen aus Mischkristallen von Zinnoxyd und Titandioxyd aufgebaut ist.