SE432097B - Sintrad kropp av halvledande keramikmaterial, forfarande for tillverkning av kroppen samt en anvendning av kroppen - Google Patents

Description

790^212lr2 ' 2 -kännetecknade av att det dopade strontiumtitanatet innehåller 0,1-2 viktprocent kiseldioxid och 0,1-2 viktprocent aluminiumoxid båda räknade på mängden strontium~ titanat. Det har kunnat fastställas att tillväxten av vissa kristallbildningar kraftigt befrämjas under sintringen genom förekomsten av kiseldioxid, vilket med- för att den sintrade produkten innehåller större kristallbildningar i anslutning till mindre kristallbildningar.

Det har visat sig att förekomsten av både kiseldioxid och aluminiumoxid un- der sintringen i ovan angivna mängder, medför en reglerad och homogen tillväxt av kristallbildningarna, vilket resulterar i en mer jämn kornfördelning. Genom förekomsten av Al203 stimuleras korntillväxten till följd av den förekommande ki- seldioxiden mera likformigt. Genom att variera de relativa mängderna av kiseldi- oxid och aluminiumoxid är det möjligt att åstadkomma en önskad, likformig korn- storlek i produkten som helhet. Ett stort dielektricitetskonstantområde (ungefär 5000 till ungefär 50000) kan intäckas med keramikmaterialet enligt uppfinningen.

De isolerande skikten vid korngränserna âstadkommes på vanligt sätt genom indif- fusion av metalloxider, t.ex. vismutoxid eller vismutoxid innehållande metalloxid- blandningar. Isolerande vitrösa skikt bildas vid korngränserna, vilka skikt helt el- ler delvis glaskristalliseras genom den samtidiga förekomsten av titanoxid, kiseloxid och eventuellt aluminiumoxid förutom de ovan nämnda metalloxiderna som indiffunderats i korngränserna. Den minskade temperaturkänsligheten hos materialet enligt uppfin- ningen synes kunna tillskrivas detta faktum. Vid användning av mängder av kiseldioxid och aluminiumoxid som är mindre än 0,1 viktsprocent kan nämnda inverkan på korntill- växten och den lägre temperaturkänsligheten visa sig bli otillräcklig för tekniska ändamål. Vid användning av mängder som.är större än 2 viktsprocent kan ingen ytterli- gare inverkan på nämnda parametrar konstateras. 7 Vid framtagning av det halvledande keramikmaterialet enligt uppfinningen kan .företrädesvis utgâs ifrån sådana mängder av strontiumförening (oxid, karbonat), ti- tanoxid och oxider av niobium eller tantal, att i gramatomer av slutprodukten räknat förhållandet mellan Ti + dopningsämne (Nb eller Ta) och Sr ligger mellan 0,98 och 1,04. Blandningen av utgångsmaterialen, som består av exempelvis strontiumkarbonat, titandioxid, niobiumbentoxid (Nb205), kiseldioxid och aluminiumoxid får undergå försintring under 2-20 timmar vid en temperatur som ligger mellan 1000 och 1200°C, och därvid exempelvis i luft. Därefter pulversiseras materialet och blandas med ett organiskt bindemedel, vilket försvinner fullständigt under sintringsförloppet, t.ex. polyvinylalkohol. Den sålunda âstadkomna blandningen formas, t.ex. genom pressning eller sprutning till kroppar och därefter sintras de âstadkomna kropparna vid en tem- peratur som ligger mellan 1350 och l500°C i en reducerande atmosfär. Därefter be- lägges kropparna med en metalloxid eller blandning av metalloxider som bildar ett 7902124-2 isolerande skikt vid indiffusion i korngränserna. Lämpliga metalloxider är exempelvis Cu0, Mn02, Bi203. Emellertid utnyttjas företrädesvis en blandning av blyoxid, vismutoxid och boroxid, vilken blandning exempelvis innehåller 50 viktsprocent bly- oxid, 45 viktsprocent vismutoxid och 5 viktsprocent boroxid.

Bildandet av de isolerande skikten sker genom uppvärmning av metalloxidbelagda kroppar av halvledande keramikmaterial till en temperatur av 1000 - 1300° i en oxi- derande atmosfär, under vilket förlopp det halvledande keramikmaterialet absorberar metalloxiden.

Därefter anbringas metallskikt, t.ex. koppar eller silver, vilka fungerar som elektrod, på två motstående ytor.

Uppfinningen kommer att beskrivas nännare nedan i anslutning till nâgra utfö- ringsexempel.

Utföringsexempel 1.

Tillverkning av en sintrad kropp av halvledarande keramikmaterial med <'èff lika med 6000. Keramikmaterialet förberedes enligt följande: 183.5 g SrTi03 2.0 g Nb205 0.8 g Si02$: 0,4 viktsprocent} beräknat i förhållande till mängden 1,1 g Al203::0,6 viktsprocent bildat strontium-titanat-niobat. Ämnena blandades noggrant och försintrades därefter under 15 timmar vid tempera- turen 1150°C i luft. Den åstadkomna produkten pulveriserades och pressades, efter uppblandning med polyvinylalkohol, till plattor med diametern 6 mm och tjockleken 0,6 mm. Plattorna sintrades vid 1450°C under 4 timmar i en reducerande atmosfär bestående av en blandning av 80 volymprocent kväve och 20 volymprocent väte, som fick passera genom vatten med temperaturen 25°C. Förhållandet (Ti+Nb)/Sr i gramatomer räknat var 1.015. Halvledande plattor med diametern 5,0 nm och tjockleken 0,5 mm tillverkades. Plattorna belades på ena sidan med ett 10 mg av en metalloxidblandning (sammansättning: 50 viktsprocent Pb0 + 45 viktsprocent Bi203 + 5 viktsprocent B20) och uppvärmdes under en halvtimme i luft till temperaturen l100°C efter vil- ken tid metalloxidblandningen indiffunderats i plattorna. Därefter anbringades kop- parelektroder på båda sidor av plattorna genom förångningsdeposition i vakuum. De âstadkomna plattorna uppvisade följande väl producerbara egenskaper: c/czo =_»¿ 1% menar. ~2s och + ss°c 5 e” = sooo (1 kHz) Tg §= 0,4% (1 kHz) ß-sov = 101m. m. 790212li-2 q 4 Mest utmärkande är att kapacitansen uppvisar ett synnerligen lågt temperaturbe- roende, vilket innebär att materialet är särskilt lämpligt för användning i kondensa~ torer som kräver låg temperaturkänslighet.

Utföringsexempel II.

Tillverkning av en sintrad kropp av ett halvledande keramikmaterial (¿feff lika med 5000-15000). Det keramiska materialet förberedes enligt följande: Av en blandning innehållande 147,6 g SrC03 79.5 g Ti02 2,0 g Nb205 samt varierande mängder av Si0¿ och Al203 tillverkades plattor på samma sätt som beskrivits i utföringsexemplet I med undantag för att försintringen, till skill- nad från det tidigare beskrivna förfarandet, utfördes under 4 timmar vid temperaturen 1100°C i luft. Uttryckt i gramatomer var förhållandet (Ti + Nb)/Sr lika med 1.01.

Plattorna försågs med silverelektroder. Av nedan följande tabell framgår de elektris- ka egenskaperna för de tillverkade spärrskiktkondensatorerna (mängderna Si02 och Al203 är beräknade på mängden strontium-titanat-niobat som bildas under sint- ringen).

Tabell. 5l°2 i ^12°3 ”C20 feff '195 fsov viktz vfktz -25 tm +s5°c vid 1| z z 0,5 1,5 i 1 5000 0,4 44011 1,0 1,0 3 0,5 5000 0,5 4.10” 0,5 1,0 3 2 9000 0,6 44011 0,5 0,5 + 1 15000 0,7 64010 0,2 0 + 2 10000 0,5 1.10 s 79Ü212í+~2 Det låga temperaturberoendet hos kapacitansen framgår klart även av de i tabellen redovisade materialen.

Utföringsexempgl III.

Tillverkning av en sintrad kropp av halvledande keramikmaterial (efëff = 8000). Keramikmaterialet förbereddes enligt följande: 183.5 g SrTi03 0-3 9 5lÛ2?=0,4 V1Kt%:) beräknat på mängden bildat strontium 1,1 g Al203Q:0,6 vikt% -titanat-tantalat. 3.3 g Ta2O5 ' Dessa ämnen blandades omsorgsfullt och försintrades sedan under 15 timmar vid tempe- raturen 1150°C i luft. Den åstadkomna produkten maldes därefter. Det erhållna pulv- ret blandades med polyvinylalkohol och formpressades till plattor'med diametern 6 mm och tjockleken 0,6 mm. Plattorna sintrades under 4 timmar vid temperaturen 1450°C i en reducerande atmosfär enligt utföringsexemplet I. I gramatomer räknat var förhål- landet (Ti + Ta)/Sr lika med 1,015. Halvledande plattor med diametern 5 mm och tjock- leken 0,5 mn tillverkades. Plattorna belades på ena sidan med 10 mg av en metalloxid- förening av samma slag som i utföringsexemplet I och uppvärmdes under en halv timme i luft till temperaturen 1100°C. Därefter anbringades elektroder på plattans båda sidor såsom beskrivits i utföringsexemplet I. Följande elektriska egenskaper kunde uppmätas: áeff = sooo (1 kHz) A c/czo =<¿ 1% mellan -2s°c och + ss°c tg<§= 0,41, (1 kHz) 350V = s.1o1°.n cm.

De sintrade kropparna kan ges varje önskad fonu, t.ex. skivfonm, cylinderfonn eller rörform.

Claims (6)

1. 79Û212ë-2 i 6 Patentkrav l. Sintrad kropp av halvledande keramikmaterial uppbyggd på grundval av I niobium- eller tantaldopat strontiumtitanat, varvid kroppen uppvisar ett elek- triskt isolerande skikt vid korngränserna, k ä n n e t e c k n a d av att det dopade strontiumtitanatet innehåller 0,1-2 viktsprocent kiseldioxid och 0,1-2 viktsprocent aluminiumoxid båda beräknade på mängden dopat strontiumtitanat.

2. Sintrad kropp av halvledande keramikmaterial enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att i det dopade strontiumtítanatet räknat, i gram- atomer, förhållandet (titan + dopningsmetall Nb eller Ta) /strontium ligger mel- lan 0,98 och 1,04.

3. Förfarande för tillverkning av en sintrad kropp enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att en blandning av strontiumoxid eller en strontium- oxid-bildande förening, t ex strontiumkarbonat, titandioxid, niobium- eller tan- taldioxid, kiseldioxid och aluminiumoxid eller en blandning av strontiumtitanat, nobiumpentoxid eller tantalpentoxid samt kiseldioxid och aluminiumoxid sintras i önskad form i en reducerande atmosfär vid en temperatur som ligger mellan l350°C och l500°C och att därefter en metalloxid eller blandning av metalloxider, som bildar ett isolerande skikt vid korngränserna, indiffunderas vid en tempera- tur som ligger mellan 1000 och l300°C. lå.

4. Förfarande enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att utgångs- blandningen innehåller 0,1-2 viktsprocent kiseldioxid räknat på mängden av dopat strontiumtitanat som bildas,

5. Förfarande enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att utgångs- blandningen innehåller 0,1-2 viktsprocent aluminiumoxid beräknat på mängden do- pat strontiumtitanat som bildas,

6. Användning av en sintrad kropp enligt patentkravet l i en spärrskiktskon- densator, varvid kroppen är försedd med elektroder på mostående sidoytor. 7902124-2 Sammandrag. Sintrad kropp av ha1v1edande strontiumtitanat, som dopats med niobium- e11er tantaïoxid och innehålïer me11an 0,1 och 2 viktsprocent Sí02 och i förekommande fa11 0,1 ti11 2 viktsprocent A1203. Efter indiffusion av en metaïïoxidbïandning som biïdar ett isoïerande skikt vid korngränserna, och appïícering av e1ektroder er~ håï ïes en spärr-ski ktskondensator.