KR100262459B1 - 세라믹콘덴서용유전체조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물에 관한 것으로서, 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄산마그네슘(MgTiO3), 산화비스무스(Bi2O3), 산화주석(SnO2), 산화티탄(TiO2) 및 산화니오븀(Nb2O5)으로 이루어진 것으로, 이는 지금까지 전량 수입에 의존하고 있는 1,400∼1,600의 고유전율을 갖고 Y5P의 온도특성을 만족시키며 유전손실계수 1.50% 이하인 유전체 조성물의 수입대체 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 국내외적으로 경쟁력 우위를 확보할 수 있도록 한다.

Description

세라믹 콘덴서용 유전체 조성물 및 그 제조방법
본 발명은 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고유전율이면서 온도특성과 유전손실이 양호한 유전체 원료를 국산화하는 동시에 국내외적으로 경쟁력 우위를 확보할 수 있도록 하는 세라믹 콘덴서에 사용되는 유전체 조성물에 방법에 관한 것이다.
세라믹 콘덴서는 비유전율(比誘電率)이 큰 티탄산바륨의 자기를 유전체에 사용한 콘덴서이다.
외형은 원반에 2개의 리드선이 한 방향으로 나와 있는 형태이며, 내부는 자기원반을 사이에 두고 은(銀) 전극이 마주보고 있다.
일반적으로 세라믹 콘덴서는 유전율이 높은 티탄산바륨을 주성분으로 하고, 여기에 지르콘산바륨(BaZrO3), 탄산망간(MnCO3), 탄산코발트(CoCO3), 산화세륨(CeO2) 등과 같은 첨가물을 혼합하여 유전체 세라믹을 소성하여 제조된 콘덴서 종류의 하나이다.
그밖에 고유전율계 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물로 티탄산바륨을 주성분으로 하고, 여기에 지르콘산칼슘 또는 주석산칼슘을 첨가한 복합세라믹 유전체도 널리 사용되어 왔다.
한편, 현재 국내 세라믹 콘덴서 제조업체에서 생산하고 있는 유전체 중 유전율이 1,400∼1,600이내이고, Y5P의 온도특성과 유전손실계수가 1.50% 이하인 전기적 성능을 만족하는 세라믹 유전체 원료는 미국, 일본 및 대만 등지에서 전량 수입되고 있는 실정이다.
여기서, Y5P의 온도특성은 -25∼85℃의 온도범위에서 20℃ 기준으로 ±10% 이내의 용량 변화범위를 만족시키는 EIA규격을 의미한다.
본 발명의 목적은 상기와 같이 전량 수입에 의존하고 있는 고유전율을 갖고 온도특성 및 유전손실계수 등의 전기적 성능을 만족시키는 고유전율의 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물은 티탄산바륨 87.20∼92.80 중량%, 티탄산마그네슘 0.40∼2.70 중량%, 산화비스무스 5.60∼5.80 중량%, 산화주석 0.01∼3.70 중량%, 산화티탄 0.90∼3.00 중량% 및 산화니오븀 0.50∼1.00 중량%로 이루어진 것에 그 특징이 있다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물에 있어서 주성분은 통상의 세라믹 콘덴서에서와 같이 티탄산바륨인 바, 그 함량은 전체 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물 중 87.20∼92.80 중량%인 것이 바람직하다.
만일, 티탄산바륨의 함량이 상기 범위를 벗어나면 유전율이 저하되거나 온도특성이 벗어나는 문제가 있다.
티탄산바륨은 탄산바륨과 산화티탄을 1.0:1.0 몰비로 조합하고, 클레이를 첨가 혼합하여 건조한 후 1,200℃에서 2시간 가소하여 이성분계로 제조된 것이다.
여기에, 티탄산마그네슘을 0.40∼2.70 중량% 첨가하는 바, 티탄산마그네슘은 탄산마그네슘과 산화티탄을 1.0:1.0 몰비로 조합하고, 클레이를 첨가혼합하여 건조한 후 1,200℃에서 2시간 가소하여 이성분계로 제조된 것이다.
만일, 티탄산마그네슘의 함량이 상기 범위를 벗어나면 온도특성의 규격을 벗어나는 문제가 있다.
그리고, 산화비스무스는 전체 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물 중 5.60∼5.80 중량%, 산화주석을 0.01∼3.70 중량%로 함유한다.
이같은 산화비스무스와 산화주석 두 화합물은 유전체 제조시 Bi2(SnO3)3를 생성하는 바, 이는 온도특성을 개선하는 역할을 한다.
만일, 이들의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 첨가효과가 미미하거나 유전율이 저하되는 문제가 있다.
산화티탄은 산화비스무스와 함께 Bi2(TiO3)3을 생성하는 것으로서, 이의 함량은 전체 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물 중 0.90∼3.00 중량%이다.
만일, 그 함량이 상기 범위를 벗어나면 온도특성을 벗어나는 문제가 있다.
마지막으로, 산화니오븀은 유전손실계수를 개선하는 역할을 하는 것으로서, 이의 함량은 0.50∼1.00 중량%인 것이 바람직하며, 만일 그 함량이 상기 범위를 벗어나면 목적하는 바의 유전손실계수를 얻을 수 없는 문제가 있다.
이와같은 유전체 조성물을 통해 유전체를 제조하는 방법은 상기와 같은 유전체 조성물을 습식혼합하고 건조분쇄한 다음, 바인더를 첨가하여 미분말을 제조한다.
그 다음 일축압출성형하여 성형체를 제조하고, 이를 1,240∼1,300℃로 소성하면 본 발명에 따른 유전체를 얻을 수 있다.
여기서, 소성온도가 1,240℃보다 낮으면 소성이 완전하게 이루어지지 못해 원하는 온도특성을 얻을 수 없고, 1,300℃ 보다 높으면 과소성되어 디스크의 휨이 발생된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세하게 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1∼3 및 비교예 1∼8
다음 표 1에 나타낸 바와 같은 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물을 볼밀에 넣어 습식혼합하였다.
그 다음, 건조분쇄하고 여기에 바인더(PVA 205)를 1.4 중량% 첨가하여 그래뉼을 제작하였다.
제작된 그래뉼을 사용하여 2.0톤/㎠ 압력을 인가하여 직경 Φ15.0, 두께 2.0mm 촌법으로 성형하였다.
성형 후 1,240∼1,300℃로 2∼4시간 동안 소성하였으며, 원판형 디스크 세라믹 자기에 은전극을 도포하여 전기적 성능 및 온도 특성을 측정하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
성 분(중량%) 소성온도(℃) 전기적성능 온도특성
티탄산바륨 티탄산마그네슘 산화비스무스 산화주석 산화티탄 산화니오븀 유전율 유전손실 tanδ(%) 절연저항(MΩ) -25℃ 85℃
실시예 1 87.24 1.94 5.65 3.66 0.97 0.54 1280 1452 1.22 2.1×105 -7.08 2.83
2 88.00 1.96 5.70 1.84 1.96 0.54 1280 1423 0.91 3.6×105 -8.82 5.45
3 88.33 1.49 5.75 0.49 2.96 0.98 1260 1542 0.90 7.4×105 -3.03 0.94
비교예 1 88.55 1.98 5.75 - 2.96 0.76 1260 1756 0.95 1.3×105 -5.56 2.35
2 88.76 1.98 5.75 - 2.96 0.55 1280 1752 1.05 9.6×105 -10.19 5.64
3 88.88 1.48 5.72 - 2.94 0.98 1240 1685 0.88 5.6×105 -0.74 -0.60
4 88.97 - 5.60 5.43 - - 1240 1848 0.45 2.9×105 13.67 -18.80
5 89.96 0.49 5.67 - 2.92 0.96 1260 1749 0.63 4.8×105 3.79 -9.80
6 92.77 2.66 1.98 1.92 - 0.67 1260 1416 1.64 1.8×104 0.45 -6.96
7 93.59 2.06 1.99 - 1.03 1.14 1300 1701 1.50 1.4×104 -17.15 37.80
8 94.25 2.09 2.03 - 1.06 0.57 1300 1769 1.39 2.6×104 -17.24 34.10
상기 표 1의 결과로부터 본 발명의 함량범위를 만족하면서 티탄산바륨을 비롯하여 티탄산마그네슘, 산화비스무스, 산화주석, 산화티탄 및 산화네오븀을 첨가하여 이루어진 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물의 경우 Y5P의 온도특성에 적합하고, 유전율이 1,400∼1,600이며, 유전손실이 1.5% 이하인 전기적 특성을 만족하는 반면, 함량범위를 벗어나는 경우 Y5P의 온도특성을 만족시키지 못함을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물은 지금까지 전량 수입되고 있는 Y5P의 온도특성과 유전손실계수 1.5% 이하 등의 전기적 성능을 만족하는 유전체 원료를 대체할 수 있어 원가를 절감할 수 있고, 나아가서는 국제 경쟁력 강화 등의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 티탄산바륨 87.20∼92.80 중량%, 티탄산마그네슘 0.40∼2.70 중량%, 산화비스무스 5.60∼5.80 중량%, 산화주석 0.01∼3.70 중량%, 산화티탄 0.90∼3.00 중량% 및 산화니오븀 0.50∼1.00 중량%로 이루어진 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체 조성물은 유전율이 1,400∼1,600이내이고, Y5P의 온도특성과 유전손실계수가 1.50% 이하인 전기적 성능을 만족시키는 것임을 특징으로 하는 세라믹 콘덴서용 유전체 조성물.
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