RU2047233C1

RU2047233C1 - Ferroelectric ceramic material for capacitors with electrodes made of base metals

Info

Publication number: RU2047233C1
Authority: RU
Inventors: Н.И. Пахомова; Б.А. Ротенберг
Original assignee: Научно-исследовательский институт "ГИРИКОНД"
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: radio electronics. SUBSTANCE: for manufacture of ferroelectric ceramic material stable to recovery with firing with high stability of dielectric permittivity within temperature interval from -60 up to +125 C and values of dielectric permittivity not less than 4000 components are proposed to be used in following quantitive proportions, per cent by mass: barium titanate BaTiO₃ 95.32-97.30; calcium circonate CaZrO₃ 2.40-4.00; manganese oxide MnO 0.30-0.68. EFFECT: improved operational properties of material. 1 tbl

Description

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в производстве керамических конденсаторов с электродами из неблагородных металлов. The invention relates to electronic equipment and can be used in the manufacture of ceramic capacitors with electrodes of base metals.

Задача полной замены благородных металлов Pt, Pd, Ag, используемых в качестве электродных композиций в конденсаторостроении, на неблагородные в последнее время приобретает все большее практическое значение. Для ее решения необходима разработка сегнетокерамических материалов, устойчивых к восстановлению при обжиге в средах Н₂, СO/CO₂, N₂/H₂, так как конденсаторы без драгметаллов спекаются в средах с низким парциальным давлением кислорода.The task of completely replacing the noble metals Pt, Pd, Ag used as electrode compositions in capacitor manufacturing with non-precious ones has recently become more and more practical. To solve it, it is necessary to develop ferroceramic materials resistant to reduction during firing in H ₂ , CO / CO ₂ , N ₂ / H ₂ media, since capacitors without precious metals sinter in media with a low oxygen partial pressure.

Наибольший интерес представляет поиск сегнетокерамических материалов, устойчивых к восстановлению, с высокой температурной стабильностью диэлектрической проницаемости в широком интервале температур. Of greatest interest is the search for ferroceramic materials resistant to reduction with high temperature stability of the dielectric constant in a wide temperature range.

Среди отечественных материалов известны материалы на основе BaTiO₃ CaZrO₃ c ε ≈ 4500-5000 по группе 2Е2 (или Н7О) (авт. св. СССР N 662532, опубл. 15.05.79, авт. св. СССР N 935498, опубл. 15.06.82).Among domestic materials, materials based on BaTiO ₃ CaZrO ₃ with ε ≈ 4500-5000 according to group 2E2 (or H7O) are known (ed. St. USSR N 662532, publ. 05.15.79, ed. St. USSR N 935498, publ. 15.06 .82).

Известен сегнетокерамический материал [1]
Однако данные материалы имеют невысокую ε при хорошей стабильности (ε ≈ 2400, гр. 2С2 или Н20) или узкий интервал свойств от -25 до +85^оС.Known ferroceramic material [1]
However, these materials have a low ε with good stability (ε ≈ 2400, gr. 2С2 or Н20) or a narrow range of properties from -25 to +85 ^о С.

Наиболее близким к изобретению является керамический материал [2] в состав которого входят следующие компоненты, мас. Титанат бария (BaTiO₃) 90,36-91,26 Цирконат кальция (CaZrO₃) 8,14-8,97 Оксид марганца (MnO) 0,60-0,67
Температурная стабильность ε данного материала составляет от -40 до -58% в интервале температур от -60 до +125^оС при обжиге в среде СO/CO₂ c Ni электродами.Closest to the invention is a ceramic material [2] which includes the following components, wt. Barium titanate (BaTiO ₃ ) 90.36-91.26 Calcium zirconate (CaZrO ₃ ) 8.14-8.97 Manganese oxide (MnO) 0.60-0.67
Temperature stability ε of this material is from -40 to -58% in the temperature range from -60 to +125 ^C during firing in a medium of CO / CO ₂ c Ni electrodes.

Недостатками материала-прототипа являются недостаточная устойчивость его к восстановлению при обжиге и низкая стабильность диэлектрической проницаемости в интервале температур от -60 до +125^оС.The disadvantages of the prototype material are insufficient to restore its stability on firing and low stability of the dielectric constant in the temperature range from -60 to +125 ° ^C.

Задача изобретения получение сегнетокерамического материала, устойчивого к восстановлению при обжиге, с высокой стабильностью ε в интервале температур от -60 до +125^оС.OBJECT OF THE INVENTION receiving segnetokeramicheskogo resistant material recovery during firing, ε with high stability in the temperature range from -60 to +125 ° ^C.

Осуществление изобретения позволит стабилизировать изменение диэлектрической проницаемости в интервале рабочих температур до Δ ε / ε ₂₀o ± 20% при температуре от 60 до +125^оС и получить группу термостабильности 2С1 или Н2О при одновременном обеспечении высокого уровня диэлектрической проницаемости ( ε ≈ 4000).Implementation of the invention would stabilize the change in the dielectric constant in the range of operating temperatures to Δ ε / ε o ± ₂₀ 20% at a temperature of from 60 to 125 ^{° C} and to receive the group thermostability 2C1 or H2O at the same time ensuring a high level of dielectric permittivity (ε ≈ 4000).

Для достижения технического результата в состав сегнетокерамического материала для конденсаторов с электродами из неблагородных металлов, содержащего титанат бария, цирконат кальция и оксид марганца, указанные ингредиенты вводят при следующем соотношении компонентов, мас. Титанат бария (BaTiO₃) 95,32-97,30 Цирконат кальция (CaZrO₃) 2,40-4,00 Оксид марганца (MnO) 0,30-0,68
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый состав сегнетокерамического материала для конденсаторов отличается от известного указанным интервалом концентраций компонентов.To achieve a technical result in the composition of ferroceramic material for capacitors with electrodes of base metals containing barium titanate, calcium zirconate and manganese oxide, these ingredients are introduced in the following ratio of components, wt. Barium titanate (BaTiO ₃ ) 95.32-97.30 Calcium zirconate (CaZrO ₃ ) 2.40-4.00 Manganese oxide (MnO) 0.30-0.68
Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the proposed composition of ferroceramic material for capacitors differs from the known specified range of concentrations of the components.

При наличии компонентов в данном количестве происходит образование твердого раствора с размытым фазовым переходом и наличием двух максимумов на зависимости ε (Т), что приводит к повышению температурной стабильности материала. Данный эффект наблюдается только в указанном интервале концентраций. In the presence of components in a given amount, a solid solution forms with a diffuse phase transition and the presence of two maxima in the ε (T) dependence, which leads to an increase in the temperature stability of the material. This effect is observed only in the indicated concentration range.

Оптимальность и обоснованность предлагаемого соотношения ингредиентов подтверждается данными таблицы. The optimality and validity of the proposed ratio of ingredients is confirmed by the table.

Как видно из таблицы, обеспечиваемый изобретением технический результат достигается только в предлагаемом интервале концентраций компонентов температурная стабильность диэлектрической проницаемости соответствует группе 2C1 или Н20 в интервале от -60 до +125^оС (Δ ε / ε ₂₀o ± 20%).As seen from the table provided by the present invention the technical result is achieved only in the proposed range of component concentrations temperature stability of the dielectric constant corresponds 2C1 H20 group or in the range from -60 to 125 ^{° C} (Δ ε / ε o ± ₂₀ 20%).

Соотношение ингредиентов, соответствующее их запредельным значениям, не обеспечивает решения требуемой задачи, так как приводит к ухудшению стабильности ε и снижению значений ε. The ratio of ingredients, corresponding to their transcendental values, does not provide a solution to the required problem, since it leads to a deterioration in the stability of ε and a decrease in the values of ε.

Предлагаемый сегнетокерамический материал готовят по обычной керамической технологии путем смешения в вибромельнице в течение 3-х ч. Образцы для испытаний готовились следующим образом. Керамический порошок смешивался с поливиниловой связкой, прессовались диски, которые после металлизации никелевой пастой обжигались в среде СО-СО2 при Т 1240-1320^оС.The proposed ferroceramic material is prepared by conventional ceramic technology by mixing in a vibratory mill for 3 hours. Test samples were prepared as follows. Ceramic powder was mixed with a polyvinyl binder, disks were pressed, which, after metallization with a nickel paste, were burned in СО-СО2 medium at Т 1240-1320 ^о С.

Предлагаемый сегнетокерамический материал имеет стабильность ε 2C1 (H20), что значительно лучше, чем у материала-прототипа 2Е2 (Н70). The proposed ferroceramic material has a stability of ε 2C1 (H20), which is much better than the material of the prototype 2E2 (H70).

Таким образом, преимущество изобретения перед прототипом состоит в улучшении эксплуатационных характеристик изделий из разработанных материалов и расширении области их применения. Thus, the advantage of the invention over the prototype is to improve the operational characteristics of products from developed materials and expand their scope.

Кроме того, технико-экономическая эффективность от использования изобретения заключается в экономии драгметаллов Pt, Pd, Ag c заменой их на Ni и, следовательно, удешевлении керамических конденсаторов. In addition, the technical and economic efficiency from the use of the invention consists in saving precious metals Pt, Pd, Ag c replacing them with Ni and, therefore, cheaper ceramic capacitors.

Claims

SEGNET-CERAMIC MATERIAL FOR CAPACITORS WITH NON-BASE METAL ELECTRODES, containing barium titanate (BaTiO ₃ ), calcium zirconate (CaZrO ₃ ), manganese oxide (MnO), characterized in that the components are used in the following quantitative ratios, wt.

BaTiO ₃ 95.32 97.30
CaZrO ₃ 2.4 4.0
MnO 0.30 0.68