PL86409B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania dielektryków ceramicznych charakteryzujacych sie wysoka wartoscia przenikalnosci elektrycznej i stosunkowo malymi zmianami przenikalnosci elektrycznej w szerokim zakresie temperatur, jak równiez niska wartoscia stratnosci dielektrycznej. Dielektryki te sa przeznaczone do produkcji kondensatorów.W ostatnich latach znacznie wzrosly wymagania przemyslu elektronicznego stawiane podzespolom ceramicznym. Przemysl elektroniczny domaga sie kondensatorów ceramicznych o duzych pojemnosciach i malych wymiarach, odpornych na dzialanie podwyzszonych natezen pradu elektrycznego, których pojemnosc nieznacznie zmienia sie w funkcji temperatury i jednoczesnie o duzej powtarzalnosci parametrów elektrycznych.Stosunkowo stabilne dielektryki znane sa z opisu patentowego USA nr 3035 927 oraz z opisu patentowego brytyjskiego nr 931 700. Dielektryki te sa otrzymywane przez wprowadzenie do tytanianu baru o zwiekszonej zawartosci Ti02 dochodzacej do 1% w stosunku do skladu stechiometrycznego, minimalnych ilosci dwutlenku cerowego nie przekraczajacych 1,0% wagowego. Dielektryki te maja jednak stosunkowo niska przenikalnosc elektryczna rzedu 2000, a jedynie w wyjatkowych przypadkach dochodzaca do 2500. Omawiane dielektryki sa stosunkowo stabilne, ale wylacznie w waskim zakresie temperatur, bo od +25 do +75°C. A ich temperatura spiekania jest stosunkowo wysoka i wynosi 1440°C.Brytyjski opis patentowy nr 964 726 przedstawia sposób otrzymywania dielektryków ceramicznych w oparciu o zwiazek typu BanXlnTi03 lub BanX1.nTipYT.pO3, gdzie X reprezentuje jon metalu podstawiajacy stechtorr&trycznie jon baru, a Y reprezentuje jon metalu podstawiajacy stechiometrycznie jon tytanu, przy czym 0,7 jonów jak: jon wapnia, strontu, olowiu, sodu, ceru lub inne jony metali ziem rzadkich. Natomiast jonami zastepujacymi jon tytanu jest jeden lub wiecej takich jonów jak: jon cyny, cyrkonu, lub glinu. Proces przygotowania spieków o wyzej podanych wzorach polega na jednoczesnym zmieszaniu wszystkich skladników zgodnie z receptura, a nastepnie kalcynowaniu tej mieszaniny w celu otrzymania zwiazku bedacego dalece zmodyfikowanym tytanianem baru, w którym w szczególnym przypadku czesc jonów tytanu jest zastapiona przez jony glinu, a czesc jonów baru przez jony ceru. Cer i glin wprowadza sie w postaci glinianu ceru lub w postaci tlenków.2 86 409 Opisany w powyzszym patencie sposób produkcji gamy dielektryków rózniacych sie wartoscia przenikal¬ nosci elektrycznej w funkcji temperatury jest technologicznie skomplikowany. Aby wyprodukowac dielektryki o przenikalno&i dielektrycznej, np. 2000, 3000 lub 4600 konieczne jest przygotowanie oddzielnych spieków dla kazdeftódielektryka. v Celem wynalazku jest rozwiazanie zagadnienia produkcji zarówno dielektryków o wysokiej przenikalnosci elektrycznej, o stosunkowo niewielkich zmianach przenikalnosci elektrycznej w bardzo szerokim zakresie tempe¬ ratur, bo od —60°C do +85°C, odpornych na dzialanie duzych natezen pradu elektrycznego, jak i prostego technologicznie sposobu otrzymywania gamy dielektryków o przenikalnosci elektrycznej w20°C od 2000 do 5000. Cel ten zostal rozwiazany poprzez zastosowanie jako bazy wyjsciowej do produkcji dielektryków tytanianu baru o minimalnym nadmiarze Ti02 w stosunku do skladu teoretycznego. Niekorzystne w elektronice wlasciwosci tego zwiazku sa modyfikowane zwiazkami ziem rzadkich — prazeodymu, neodymu lub ceru w postaci tlenkowej, weglanowej, szczawianowej lub fluorkowej.Ogólna niekorzystna technologicznie cecha ukladu tytanian baru — zwiazek ziem rzadkich jest zbyt wysoka temperatura wypalania dielektryków. Temperatura wypalania dielektryków zawierajacych powyzej 1,5% mol. ziem rzadkich wynosi 1600—1650°C. Badania wykazaly, iz temperatura wypalania powyzszych dielektryków znacznie obniza sie po wprowadzeniu do ukladu dodatkowo zwiazków glinu, cynku lub cyny w postaci tlenkowej, wodorotlenkowej lub szczawianowej.Sposób wedlug wynalazku polega na dodaniu do tytanianu baru stosowanego w ilosci 85—98% molowych, zawierajacego minimalny nadmiar Ti02 w stosunku do teoretycznego, tlenku, weglanu lub szczawianu, prazeody- mu i/lub neodymu i/lub ceru w ilosci 1—7% molowych oraz tlenku, wodorotlenku lub szczawianu cynku, i/lub cyny i/lub glinu w ilosci 0,1—10% molowych i zmieleniu zestawu do uziarnienia ponizej 10 mikronów, zmieszaniu z plastyfikatorem, uformowaniu elementów dielektrycznych korzystnie w postaci rurek lub plytek i wypaleniu ich w atmosferze utleniajacej w temperaturze 1320—1450°C.Sposób dobierania odpowiednich zestawów poszczególnych zwiazków chemicznych do produkcji dielektry¬ ków jest szczególowo objasniony za pomoca zalaczonych wykresów, na których fig. 1 przedstawia wlasciwosci tytanianu baru, fig. 2 — wlasciwosci ukladu BaTi03—Nd203, fig. 3 — wlasciwosci elektryczne dielektryków ukladu BaTi03—Pr203, fig. 4 — wlasciwosci elektryczne dielektryków ukladu BaTi03—Ce02, fig. 5-wlasci¬ wosci elektryczne dielektryków ukladu BaTi03—AI(OH)3, fig. 6 — wlasciwosci dielektryków ukladu BaTi03-Ce02-AI2(OH)3.Zgodnie z wynalazkiem tytanian baru przygotowany na drodze termicznego syntetyzowania mieszanin BaO + Ti02 lub BaC03 + Ti02, w których stosunek molowy Ti02 do BaO jest zawarty w granicach 1,0 — 1,03 rozdrabnia sie i miele. Do zmielonego tytanianu baru dodaje sie jeden lub kilka zwiazków ziem rzadkich. Ziemie rzadkie moga byc wprowadzane w postaci weglanów, np: Ce2(C03)5 • 5H20, tlenków, np.: Nd203 lub fluorków, np: PrF3 lub w postaci innych zwiazków w lacznej ilosci od 1,0 do 7% molowych. Ponadto do mieszaniny dodaje sie zwiazki cynku, cyny lub glinu lub mieszanine powyzszych zwiazków. Zwiazki cynku, cyny lub glinu dodaje sie w postaci tlenków, wodorotlenków lub szczawianów w lacznej ilosci do 10% molowych.Mieszanine wyzej opisanego tytanianu baru z co najmniej jednym zwiazkiem powyzszych ziem rzadkich i co najmniej jednym zwiazkiem cynku, cyny lub glinu miele sie sposobem mokrym lub suchym do uziarnienia ponizej 10 mikronów, a nastepnie przygotowuje sie pólfabrykaty ceramiczne znanymi metodami takimi jak prasowanie z masy pólsuchej, formowanie z masy plastycznej lub odlewanie z masy lejnej. Pólfabrykaty te poddaje sie obróbce przedwypalowej takiej jak toczenie, a nastepnie wypala sie je w atmosferze utleniajacej w temperaturze uzaleznionej od konkretnego zestawu, która wynosi 1320—1450°C.Wytworzone w wyzej opisany sposób dielektryki ceramiczne sa przeznaczone do produkcji kondensatorów.Kondensatory te wytwarza sie znanymi metodami przez nalozenie mechaniczne elektrod srebrowych i wpalanie ich w temperaturze 800±50°C, a nastepnie w zaleznosci od potrzeb poddaje sie montazowi, powleczeniu powloka ochronna i operacjom wykonczeniowym lub tez montuje sie je bezposrednio w ukladzie elektronicz¬ nym.Przyklad I. Do 97,0% molowych tytanianu baru, w którym stosunek molowy Ti02 do BaO jest zawarty w granicach od 1,0 do 1,005 dodaje sie x% molowych Nd203 i y% molowych Pr203 przy x + y = 1 oraz 2,0% molowych Al203 lub 4% molowych AI(OH)3, a nastepnie miele sie sposobem mokrym lub suchym do uziarnienia ponizej 10 mikronów, miesza z plastyfikatorem, formuje ksztaltki i wypala w temperaturze 1450°C.Charakterystyka przenikalnosci elektrycznej w funkcji temperatury otrzymanego w ten sposób dielektryka jest podana na zalaczc ym wykresie fig. 2. Jego przenikalnosc elektryczna wynosi 4000 5000, natomiast wspólczynnik stratnosci tgó = 250* 10*1 Przyklad II. Do 93,0% molowych tytanianu baru o stosunku molowym Ti02 do BaO zawartym w granicach 1,0 do 1,002 dodaje sie x% molowych IS|d203 + y% molowych Pr203 + z% molowych Ce02, przy •86 409 3 czym 2,8 x+y+z 3,5, ponadto dodaje sie xx% molowych ZnO + y,% molowych Sn02 + zx% molowych A!(OH)3, gdzie Xi +yi +zx = 3-H, a nastepnie miele sie sposobem mokrym lub suchym do uziarnienia ponizej mikronów i po wysuszeniu formuje sie ksztaltki dielektryczne i wypala w atmosferze utleniajacej w tempera* turze 1380-1430° C/ Przenikalnosc elektryczna tej grupy dielektryków w temperaturze 20°C i przy czestotliwosci 1 kHz wynosi 2500 -5- 3500, a tg6 = 150-10"4.Przyklad III. Do 90,0% molowych tytanianu baru o stosunku molowym Ti02 do BaO zawartym w granicach 1,0 do 1,005 dodaje sie 1—2% molowych Ce2(C035'5 H20 lub 2-4% molowych AI(OH)3 oraz do 2% molowych ZnO. Powyzszy zestaw miele sie sposobem suchym lub mokrym do uziarnienia ponizej mikronów i po wysuszeniu formuje sie ksztaltki dielektryczne, Które wypala sie w atmosferze utleniajacej w temperaturze 1380-1420°C.Przenikalnosc elektryczna tej grupy dielektryków E = 2000 -f 3000, a tgó = 150-10"? Przyklad IV. Do 90,0% molowych tytanianu baru o stosunku molowym Ti02 do BaO zawartym w granicach 1,0 do 1,005 dodaje sie do 2,0% molowych Pr203, 2,5 - 3,5% molowych Ce02 oraz wodorotlenek / glinu w ilosci 4,0—6,0% molowych oraz ZnO w ilosci 2% molowych, a nastepnie miele sie sposobem suchym lub mokrym do uziarnienia ponizej 10 mikronów i po wysuszeniu formuje ksztaltki dielektryczne i wypala w atmo¬ sferze utleniajacej w temperaturze 1380—1420°C.Przenikalnosc elektryczna tej grupy dielektryków w temperaturze 20°C E - 4000 -r 5500, atg5 = 200-10*. PL

Claims (13)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania dielektryków ceramicznych na kondensatory na bazie tytanianu baru tmodyfiko wanego zwiazkami ziem rzadkich, znamienny t y m, ze do tytanianu baru stosowanego w ilosci 85—98% molowych zawierajacego minimalny nadmiar Ti02 w stosunku do teoretycznego, dodaje sie tlenek, weglan lub szczawian prazeodymu i/albo neodymu i/albo ceru w ilosci 1—7% molowych oraz tlenek, wodorotlenek lub szczawian glinu i/albo cynku i/albo cyny w ilosci 0,1 —10% molowych, uzyskana mieszanine miele sie do uziar¬ nienia ponizej 10 mikronów, miesza z plastyfikatorem, a nastepnie formuje z niej ksztaltki, najkorzystniej w postaci plytek lub rurek, które wypala sie w atmosferze utleniajacej w temperaturze 1320—1450°C.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze stosuje sie 0,5—3% molowych tlenku prazeodymu.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze stosuje sie 0,5 — 3% molowych tlenku neodymu.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie 1—5% molowych tlenku cerowego.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m, ze stosuje sie 1—3% molowych weglanu cerawego.
6. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie lacznie 1—3% molowych tlenku neodymu i tlenku prazeodymu.
7. 7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze lacznie stosuje sie 1—5% molowych zwiazków neodymu, prazeodymu i ceru.
8. 8. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie lacznie 1—5% molowych zwiazków prazeodymu i ceru.
9. 9. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie lacznie 1—5% molowych zwiazków neodymu i ceru.
10. 10. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze stosuje sie 1 —4% molowych tlenku glinu.
11. 11. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze stosuje sie 2—8% molowych wodorotlenku glinu.
12. 12. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze stosuje sie 0,1 —2% molowych tlenku cynku.
13. 13. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze stosuje sie 0,1—2% molowych tlenku cyny. PL