WO1992008680A1 - Poudres d'oxydes metalliques mixtes presentant des proprietes dielectriques et dielectriques obtenus a partir de ces poudres - Google Patents

Poudres d'oxydes metalliques mixtes presentant des proprietes dielectriques et dielectriques obtenus a partir de ces poudres Download PDF

Info

Publication number
WO1992008680A1
WO1992008680A1 PCT/EP1991/002066 EP9102066W WO9208680A1 WO 1992008680 A1 WO1992008680 A1 WO 1992008680A1 EP 9102066 W EP9102066 W EP 9102066W WO 9208680 A1 WO9208680 A1 WO 9208680A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
powders according
dielectric
powders
sintering
dielectric constant
Prior art date
Application number
PCT/EP1991/002066
Other languages
English (en)
Inventor
Henri Wautier
Franz Legrand
Joël Bourjot
Original Assignee
Solvay
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Solvay filed Critical Solvay
Priority to JP3517672A priority Critical patent/JPH06501446A/ja
Priority to KR1019930701380A priority patent/KR930702247A/ko
Publication of WO1992008680A1 publication Critical patent/WO1992008680A1/fr

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00—Compounds of zirconium
    • C01G25/006—Compounds containing, besides zirconium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/49—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • C04B35/465—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates
    • C04B35/468—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • C04B35/465—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates
    • C04B35/468—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates
    • C04B35/4682—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates based on BaTiO3 perovskite phase

Definitions

  • the invention relates to mixed metal oxide powders having dielectric properties, as well as dielectrics made from such powders.
  • Barium titanate is known to be a compound that has ferroelectric properties. This compound is however rarely suitable for the manufacture of dielectrics, because of the very high value of its Curie point. This is indeed around 120 ° C, and the dielectric constant of barium titanate decreases very quickly on both sides of the Curie point.
  • dielectric compositions obtained by sintering a mixture of barium titanate, lead titanate and bismuth stannate. These known dielectric compositions, however, have a relatively low dielectric constant, not exceeding 2500 at 25 ° C. They
  • US-A-4335216 describes dielectric compositions obtained by sintering a mixture of barium titanate, strontium titanate, barium zirconate, titanium dioxide, manganese dioxide and a flux consisting of zinc oxide, silicon dioxide, boron oxide, lead oxide, bismuth trioxide and cadmium oxide.
  • the dielectric strength of these compositions at room temperature is relatively high, of the order of 4800 to 5800.
  • These known compositions nevertheless have several disadvantages: the presence of lead which is liable to volatilize during sintering, the large number of constituents of the mixture , the need to obtain the mixture in the form of a coarse-grained powder, which affects the mechanical strength of the dielectric obtained by sintering.
  • the invention aims to provide mixed metal oxide powders intended for the manufacture of dielectric materials, which avoid the aforementioned drawbacks of known ceramic compositions.
  • the invention therefore relates to mixed metal oxide powders having dielectric properties, of general molar formula
  • the mixed metal oxides are, by definition, solid solutions, that is to say homogeneous mixtures at the molecular or ionic level.
  • the powders according to the invention are intended for the manufacture of ceramic materials by a sintering operation. They are specially adapted for the manufacture of ceramic materials having dielectric properties.
  • the effect of calcium is to reduce the slope of the curve of the dielectric constant as a function of the temperature, on either side of the Curie point.
  • the function of magnesium and zirconium is to move the Curie point of the composition at temperatures close to room temperature; zirconium also has the effect of increasing the value of the dielectric constant at the Curie point, while magnesium reduces the dielectric losses.
  • composition of these is such that, in the above formula:
  • the silicon content is such that we have
  • composition of the powders is such that one has
  • the powders according to the invention are characterized by obtaining, after sintering at 1325 ° C for 2 hours, a ceramic having the dielectric properties defined below:
  • T denotes the temperature expressed in degrees Celsius
  • K 25 denotes the dielectric constant at 25 ° C
  • K T denotes the constant
  • T denotes the temperature expressed in degrees Celsius
  • K 25 denotes the dielectric constant at 25 ° C
  • K T denotes the dielectric constant at temperature T
  • a, b, T 1 and T 2 are defined in table 1 which follows.
  • Powders in accordance with an advantageous embodiment of the invention are therefore those which are characterized by obtaining, after sintering at 1325 ° C. for two hours, a ceramic conforming to at least one of the standards defined in table above.
  • the powders according to the invention are generally in the form of fine particles of irregular or regular shape (for example spherical).
  • the average particle diameter is preferably less than 5 microns, for example between 0.05 and 2 microns.
  • the powders according to the invention can be obtained by means of a process in which barium hydroxide, a titanium alcoholate, a zirconium alcoholate, optionally a silicon alcoholate and water are mixed in an organic solvent common containing a calcium salt and a magnesium salt derived from carboxylic acids containing less than 10 carbon atoms.
  • the metal alcoholate designates any compound in which a metal is linked via an oxygen atom, to a hydrocarbon group such as an aromatic group or a linear or cyclic, saturated or unsaturated aliphatic group. , unsubstituted or partially or totally substituted.
  • a hydrocarbon group such as an aromatic group or a linear or cyclic, saturated or unsaturated aliphatic group. , unsubstituted or partially or totally substituted.
  • aliphatics are specially recommended; those with saturated or substituted aliphatic groups are preferred, such as, for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl and isobutyl groups.
  • the metal alcoholates (titanium, zirconium and, if necessary, silicon) undergo hydrolysis.
  • the hydrolysis must be regulated, in a manner known per se, to precipitate mixed oxides of barium, calcium, magnesium, zirconium, silicon and titanium in the form of a powder, without mass gelling of the medium. reaction resulting from hydrolysis.
  • organic solvents can be used for barium hydroxide, alcoholates, organic salts and water, but the organic solvent in which the alcoholates are dissolved must be free of water. In the case of different organic solvents, it is necessary that these are miscible to form the common organic solvent together.
  • Alcohols and their derivatives are well suited, in particular methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol and isobutanol.
  • the optimum dilution rates of barium hydroxide, alcoholates, organic salts and water in their respective solvents depend on various factors, including the alcohol from which the alcoholates are derived, the carboxylic acid from which the organic calcium and magnesium salts, working temperature and desired quality for the powder; they must be determined in each particular case by routine laboratory work.
  • the respective contents of barium hydroxide, alcoholates and organic salts, before mixing do not exceed 5 moles per liter and are preferably between 0.02 and 0.5 moles per liter.
  • Mixing can be done in ambient air. However, to avoid carbonation of barium hydroxide, it is advisable to use an atmosphere free of CO 2 .
  • a hydrated barium hydroxide the water of which hydration then constitutes at least part (preferably all) of the water necessary for the hydrolysis of alcoholates. It is moreover desirable to dissolve, in the common organic solvent, an acidic organic compound containing more than six carbon atoms in its molecule, the latter being, by definition, an organic acid or a derivative of an organic acid. In the case of a derivative of an organic acid, this derivative may have an acidic character or be devoid of an acidic character, then being, for example, a neutral body. Acids
  • Acids or derivatives of acids containing more than six carbon atoms in their molecule should be selected.
  • Carboxylic acids which have been found to be especially advantageous are those containing at least eight carbon atoms in their molecule, such as octanoic, lauric, palmitic, isopalmitic, oleic and stearic acids.
  • Carboxylic acids having more than ten carbon atoms in their molecule are preferred.
  • Examples of organic acid derivatives which can be used in the process according to the invention are the anhydrides, the esters and the salts of these acids. It has been observed that the acidic organic compound acts on the morphology of the powder by inhibiting the agglomeration of the grains and by giving them a spherical profile.
  • the acidic organic compound is preferably used in an amount of between 20 and 200 grams per mole of the compound Ba a Ca b Mg c Zr d Si e TiO x .
  • a powder of fine particles containing a complex combination of metal oxides in the amorphous state, more or less hydrated, and organic residues is collected.
  • the powder is formed, essentially, of generally spherical particles, having a diameter not exceeding 5 microns, usually between 0.05 and 2 microns.
  • the powder can optionally undergo drying followed by a heat treatment at a
  • Heat treatment can be set to control the porosity or eliminate it completely. It can also be adjusted to cause crystallization of metal oxides.
  • the powders according to the invention find application in the manufacture of dielectrics usable in electrical devices. They are particularly suitable for the manufacture of dielectrics in accordance with standards Z5U, Z5V, Y5U, Y5V, Y6V and Y7V which have been defined above, by means of a metallurgical sintering operation at a temperature not exceeding
  • 1500 ° C generally between 1250 and 1400 ° C.
  • the invention therefore also relates to dielectrics obtained by sintering powders according to the invention.
  • FIGS. 1 to 4 are four photographic reproductions of mixed metal oxide powders according to the invention, observed under an electron transmission microscope, at
  • FIGS. 5 to 8 are diagrams providing, as a function of the temperature, the dielectric constant of dielectric ceramics produced by sintering the powders shown in FIGS. 1 to 4.
  • the solution of zirconium n-propoxide and the solution of hydrated barium hydroxide were then introduced therein separately.
  • the mixture of solutions was subjected to intense stirring to produce a homogeneous reaction mixture before nucleation began. We then subjected the middle
  • the powder was compressed under a pressure of 500 kg / cm 2 , to form a pellet of 10 mm in diameter and this was subjected to a sintering operation at a temperature of 1350 ° C. for two o'clock.
  • the pad was inserted between the two faces of a planar capacitor, the capacitance of the thus produced was measured, by means of an AC measuring bridge (1600 Hz) and the dielectric constant was calculated. of the tablet from the measured capacity, at different temperatures.
  • the values obtained are indicated in the diagrams of FIGS. 5 to 8, in which the abscissa axis reproduces the temperature expressed in ° C and the ordinate axis reproduces the dielectric constant.
  • K -30 denotes the dielectric constant at -30 ° C
  • K 10 denotes the dielectric constant at 10 ° C
  • K 25 denotes the dielectric constant at 25 ° C
  • K 85 denotes the dielectric constant at 85 ° C
  • K 105 denotes the dielectric constant at 105 ° C
  • K 125 denotes the dielectric constant at 125 ° C
  • Figure 2 shows the powder obtained after the calcination treatment. The following particle size characteristics were noted:
  • the diagram in Figure 7 provides the constant dielectric of the dielectric patch obtained from the powder.
  • the following characteristic values are noted there, which comply with the standards Z5U, Z5V, Y5V and Y7V defined above:

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Poudres d'oxydes métalliques mixtes de formule molaire BaaCabMgcZrdSieTiOx dans laquelle a, b, c, d, e et x désignent des nombres entiers ou fractionnaires tels que x = a + b + c + 2d + 2e + 2; 0,05 b 0,12; 0,00 c 0,015; 0,10 d 0,23; 0,000 e 0,010; 0,9 (a + b + c) / (d + e + 1) 1,05. Diélectrique obtenu par frittage d'une telle poudre.

Description

Poudres d'oxydes métalliques mixtes
présentant des propriétés diélectriques et diélectriques obtenus à partir de ces poudres.
L'invention concerne des poudres d'oxydes métalliques mixtes présentant des propriétés diélectriques, ainsi que des diélectriques fabriqués à partir de telles poudres.
Le titanate de baryum est connu comme étant un composé qui possède des propriétés ferroélectriques. Ce composé convient toutefois rarement pour la fabrication de diélectriques, à cause de la valeur très élevée de son point de Curie. Celui-ci se situe en effet aux environs 120 °C, et la constante diélectrique du titanate de baryum décroît très rapidement de part et d'autre du point de Curie.
Pour fabriquer des diélectriques présentant une haute constante diélectrique au voisinage de la température ambiante, on a songé à associer au titanate de baryum d'autres composés ayant pour effet, d'une part, de déplacer la température de Curie du titanate de baryum vers de plus basses températures et, d'autre part, de réduire la pente de la courbe de la constante diélectrique en fonction de la température, de part et d'autre du point de Curie. Ainsi, dans le brevet US-A-3410705 (TDK
Electronics Co., Ltd.), on décrit des compositions diélectriques obtenues par frittage d'un mélange de titanate de baryum, de titanate de plomb et de stannate de bismuth. Ces compositions diélectriques connues ont toutefois une constante diélectrique relativement faible, n'excédant pas 2500 à 25 °C. Elles
présentent par ailleurs le désavantage de contenir du plomb, qui risque de se volatiliser au cours du frittage. Dans le brevet
US-A-4335216, on décrit des compositions diélectriques obtenues par frittage d'un mélange de titanate de baryum, de titanate de strontium, de zirconate de baryum, de dioxyde de titane, de dioxyde de manganèse et d'un fondant constitué d'oxyde de zinc, de dioxyde de silicium, d'oxyde de bore, d'oxyde de plomb, de trioxyde de bismuth et d'oxyde de cadmium. La constante
diélectrique de ces compositions à la température ambiante est relativement élevée, de l'ordre de 4800 à 5800. Ces compositions connues présentent néanmoins plusieurs désavantages : la présence de plomb qui risque de se volatiliser au cours du frittage, le grand nombre de constituants du mélange, la nécessité d'obtenir le mélange à l'état d'une poudre à gros grains, ce qui nuit à la résistance mécanique du diélectrique obtenu par frittage.
L'invention vise à fournir des poudres d'oxydes métalliques mixtes destinées à la fabrication de matériaux diélectriques, qui évitent les inconvénients précités des compositions céramiques connues.
L'invention concerne en conséquence des poudres d'oxydes métalliques mixtes présentant des propriétés diélectriques, de formule molaire générale
BaaCabMgcZrdSieTiOx
dans laquelle a, b, c, d, e et x désignent des nombres entiers ou fractionnaires tels que l'on ait :
0,05 ≤ b ≤ 0,12
0,00 ≤ c ≤ 0,015
0, 10 ≤ d ≤ 0, 23
0,000 ≤ e ≤ 0,010
0, 95 ≤ a + b + c ≤ 1 , 05
d + e + 1
x = a + b + c + 2d + 2e + 2
Dans les poudres selon l'invention, les oxydes métalliques mixtes sont, par définition, des solutions solides, c'est-à-dire des mélanges homogènes au niveau moléculaire ou ionique.
Les poudres selon l'invention sont destinées à la fabrication de matériaux céramiques par une opération de frittage. Elles sont spécialement adaptées à la fabrication de matériaux céramiques présentant des propriétés diélectriques.
Dans les poudres selon l'invention, le calcium a pour effet de réduire la pente de la courbe de la constante diélectrique en fonction de la température, de part et d'autre du point de Curie. Le magnésium et le zirconium ont pour fonction de déplacer le point de Curie de la composition vers des températures voisine de la température ambiante; le zirconium a par ailleurs pour effet d'augmenter la valeur de la constante diélectrique au point de Curie, tandis que le magnésium diminue les pertes diélectriques.
Dans les poudres selon l'invention, il est préférable d'avoir :
c ≤ 0,010
Dans une forme de réalisation particulière des poudres selon l'invention, la composition de celles-ci est telle que l'on ait, dans la formule précitée :
0,005 ≤ c ≤ 0,010
0,12 ≤ d ≤ 0,16
0,99 ≤ a + b + c ≤ 1,01
d + e + 1
Dans une variante intéressante, la teneur en silicium est telle que l'on ait
0,005 ≤ e ≤ 0,010
Dans une autre variante qui est préférée, la composition des poudres est telle que l'on ait
a + b + c = 1
d + e + 1
Dans une forme de réalisation particulière des poudres selon l'invention, celles-ci se caractérisent par l'obtention, après frittage à 1325 °C pendant 2 heures, d'une céramique présentant les propriétés diélectriques définies ci-dessous :
Figure imgf000005_0001
pour les valeurs de T comprises entre -30 °C et + 125 °C, où T désigne la température exprimée en degrés Celsius, K25 désigne la constante diélectrique à 25 °C et KT désigne la constante
diélectrique à la température T.
Les poudres selon l'invention permettent ainsi la
fabrication de céramiques diélectriques conformes aux normes Z5U, Z5V, Y5U, Y5V, Y6V et Y7V, qui sont définies par les relations suivantes (American National Standard ANSI/EIA-198-C-1983, EIA Standard, Ceramic dielectric capacitors classes I, II, III and IV, Engineering Department Electronic Industries Association, page 12) :
Figure imgf000006_0001
pour les valeurs de T comprises entre T1 et T2,
où : T désigne la température exprimée en degrés Celsius,
K25 désigne la constante diélectrique à 25 °C,
KT désigne la constante diélectrique à la température T, a, b, T1 et T2 sont définis dans le tableau 1 qui suit.
Figure imgf000006_0002
Des poudres conformes à une forme de réalisation avantageuse de l'invention sont dès lors celles qui se caractérisent par l'obtention, après frittage à 1325 °C pendant deux heures, d'une céramique conforme à l'une au moins des normes définies au tableau ci-dessus.
Dans une variante préférée de cette forme de réalisation des poudres selon l'invention, celles-ci se caractérise par le paramètre
K25 ≥ 5000,
de préférence 8000 ≤ K25 ≤ 11000
Les poudres selon l'invention se présentent généralement à l'état de fines particules de forme irrégulière ou régulière (par exemple sphérique). Le diamètre moyen des particules est de préférence inférieur à 5 microns, par exemple compris entre 0,05 et 2 microns. Les poudres selon l'invention peuvent être obtenues au moyen d'un procédé dans lequel on mélange de l'hydroxyde de baryum, un alcoolate de titane, un alcoolate de zirconium, éventuellement un alcoolate de silicium et de l'eau dans un solvant organique commun contenant un sel de calcium et un sel de magnésium dérivés d'acides carboxyliques contenant moins de 10 atomes de carbone.
Dans ce procédé, l'alcoolate métallique désigne tout composé dans lequel un métal est relié par l'intermédiaire d'un atome d'oxygène, à un groupement hydrocarboné tel qu'un groupement aromatique ou un groupement aliphatique linéaire ou cyclique, saturé ou insaturé, non substitué ou substitué partiellement ou totalement. Les alcoolates métalliques à groupements
aliphatiques sont spécialement recommandés ; ceux à groupements aliphatiques saturés ou substitués sont préférés, tels que, par exemple, les groupements méthyl, éthyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl et isobutyl.
Au contact de l'eau, les alcoolates métalliques (titane, zirconium et, le cas échéant, silicium) subissent une hydrolyse. L'hydrolyse doit être réglée, de manière connue en soi, pour précipiter des oxydes mixtes de baryum, de calcium, de magnésium, de zirconium, de silicium et de titane à l'état d'une poudre, sans gélification en masse du milieu réactionnel résultant de l'hydrolyse. A cet effet, on recommande que le mélange des alcoolates de titane, zirconium et silicium, de l'hydroxyde de baryum, de l'eau et des sels de calcium et de magnésium dans le solvant organique commun soit rendu homogène le plus rapidement possible, avant que débute la nucléation. Divers modes
opératoires sont disponibles pour réaliser le mélange. Selon un premier mode opératoire, l'hydroxyde de baryum, les alcoolates de titane, zirconium et silicium, les sels organiques de calcium et de magnésium et l'eau sont dissous séparément dans des solvants organiques, et les solutions organiques ainsi obtenues sont introduites simultanément mais séparément dans une chambre de réaction. Selon un second mode opératoire, on réalise d'abord deux prémélanges distincts, dont l'un contient l'hydroxyde de baryum et l'eau, tandis que l'autre contient les alcoolates et les sels organiques, puis on réunit les prémélanges dans la chambre de réaction. Dans ces modes opératoires du procédé selon l'invention, on conseille d'éviter la présence de particules solides dans les solutions organiques, avant le mélange. On peut utiliser des solvants organiques identiques ou différents pour l'hydroxyde de baryum, les alcoolates, les sels organiques et l'eau, mais le solvant organique dans lequel on dissout les alcoolates doit être exempt d'eau. Dans le cas de solvants organiques différents, il est nécessaire que ceux-ci soient miscibles pour former ensemble le solvant organique commun. Les alcools et leurs dérivés conviennent bien, notamment le méthanol, l'éthanol, le n-propanol, l'isopropanol, le n-butanol et l'isobutanol. Les taux de dilution optimum de l'hydroxyde de baryum, des alcoolates, des sels organiques et de l'eau dans leurs solvants respectifs dépendent de divers facteurs, notamment de l'alcool dont dérivent les alcoolates, de l'acide carboxylique dont dérivent les sels organiques de calcium et de magnésium, de la température de travail et de la qualité recherchée pour la poudre ; ils doivent être déterminés dans chaque cas particulier par un travail de routine au laboratoire. Par exemple, on peut avantageusement mettre en oeuvre des solutions alcooliques dont les teneurs respectives en hydroxyde de baryum, en alcoolates et en sels organiques, avant le mélange, n'excèdent pas 5 moles par litre et sont de préférence comprises entre 0,02 et 0,5 mole par litre. Le mélange peut être effectué à l'air ambiant. Toutefois, pour éviter une carbonatation de l'hydroxyde de baryum, il est conseillé d'utiliser une atmosphère exempte de CO2. Par ailleurs, pour éviter le risque d'une décomposition incontrôlée des alcoolates, il est préférable de travailler dans une atmosphère exempte d'humidité. L'air sec, déshydraté et décarbonaté, l'azote et l'argon constituent des exemples d'atmosphères utilisables pour l'exécution du procédé. Pour assurer le mélange, on peut avantageusement opérer de la manière exposée dans la demande de brevet GB-A-2168334.
Dans le procédé qui vient d'être décrit, il est avantageux d'utiliser un hydroxyde de baryum hydraté, dont l'eau d'hydratation constitue alors une partie au moins (de préférence la totalité) de l'eau nécessaire à l'hydrolyse des alcoolates. Il est par ailleurs souhaitable de dissoudre, dans le solvant organique commun, un composé organique acide contenant plus de six atomes de carbone dans sa molécule, celui-ci étant, par définition, un acide organique ou un dérivé d'un acide organique. Dans le cas d'un dérivé d'un acide organique, ce dérivé peut avoir un caractère acide ou être dénué de caractère acide, en étant alors, par exemple, un corps neutre. Les acides
carboxyliques saturés ou insaturés et leurs dérivés sont
spécialement recommandés. Il convient de sélectionner des acides ou des dérivés d'acides contenant plus de six atomes de carbone dans leur molécule. Des acides carboxyliques qui se sont révélés spécialement avantageux sont ceux contenant au moins huit atomes de carbone dans leur molécule, tels que les acides octanoïque, laurique, palmitique, isopalmitique, oléique et stéarique. Les acides carboxyliques comprenant plus de dix atomes de carbone dans leur molécule sont préférés. Des exemples de dérivés d'acides organiques utilisables dans le procédé selon l'invention sont les anhydrides, les esters et les sels de ces acides. On a observé que le composé organique acide agit sur la morphologie de la poudre en inhibant l'agglomération des grains et en conférant à ceux-ci un profil sphérique. Le composé organique acide est de préférence mis en oeuvre en une quantité comprise entre 20 et 200 grammes par mole du composé BaaCabMgcZrdSieTiOx.
A l'issue de la réaction d'hydrolyse qui suit le mélange, on recueille une poudre de fines particules contituées d'une combinaison complexe d'oxydes métalliques à l'état amorphe, plus ou moins hydratés, et de résidus organiques. La poudre est formée, pour l'essentiel, de particules généralement sphériques, présentant un diamètre n'excédant pas 5 microns, habituellement compris entre 0,05 et 2 microns. La poudre peut éventuellement subir un séchage suivi d'un traitement thermique à une
température appropriée pour éliminer l'eau excédentaire, le solvant organique et, le cas échéant, le composé organique acide. Le traitement thermique peut être réglé pour contrôler la porosité ou l'éliminer complètement. Il peut par ailleurs être réglé pour provoquer une cristallisation des oxydes métalliques.
Les poudres selon l'invention trouvent une application dans la fabrication de diélectriques utilisables dans des appareils électriques. Elles conviennent notamment pour la fabrication de diélectriques conformes aux normes Z5U, Z5V, Y5U, Y5V, Y6V et Y7V qui ont été définies plus haut, au moyen d'une opération métallurgique de frittage à une température n'excédant pas
1500°C, généralement comprise entre 1250 et 1400 °C.
L'invention concerne dès lors aussi des diélectriques obtenus par frittage de poudres conformes à l'invention.
Les exemples qui suivent servent à illustrer l'invention. Ces exemples sont donnés en référence aux figures 1 à 8 annexées.
Les figures 1 à 4 sont quatre reproductions photographiques de poudres d'oxydes métalliques mixtes conformes à l'invention, observées au microscope à transmission électronique, au
grossissement 20000 X.
Les figures 5 à 8 sont des diagrammes fournissant, en fonction de la température, la constante diélectrique de céramiques diélectriques fabriquées par frittages des poudres représentées aux figures 1 à 4.
Dans l' exécution des exemples dont la description suit, on a opéré de la manière suivante.
On a préparé séparément
. une solution comprenant, par litre, 0,08 mole d'hydroxyde de baryum monohydraté dans un solvant organique formé d'un mélange de volumes égaux de méthanol et d'isopropanol,
. une solution comprenant par litre, 0,08 mole d'isopropoxyde de titane et 0,05 mole d'acide oléique, dans un solvant organique formé d'un mélange de volumes égaux de méthanol et
d'isopropanol,
. une solution comprenant, par litre, 0,08 mole de n-propoxyde de zirconium dans de l'isopropanol,
. une solution comprenant, par litre, 0,02 mole d'acétate de calcium hydraté dans du méthanol, . une solution comprenant, par litre, 0,01 mole d'acétate de magnésium hydraté dans un solvant organique formé d'un mélange de volumes égaux de méthanol et d'isopropanol,
. une solution comprenant, par litre, 0,02 mole de
tetraethylorthosilicate dans de l'isopropanol.
Dans une chambre de réaction maintenue sous atmosphère d'azote anhydre, on a d'abord introduit les solutions
d'isopropoxyde de titane, d'acétate de calcium et, le cas échéant, d'acétate de magnésium et de tetraethylorthosilicate. On y a ensuite introduit séparément mais simultanément la solution de n-propoxyde de zirconium et la solution d'hydroxyde de baryum hydraté. Le mélange des solutions a été soumis à une agitation intense pour réaliser un mélange réactionnel homogène avant que débute la nucléation. On a ensuite fait subir au milieu
réactionnel un mûrissage de deux heures à 60 °C, sous agitation modérée. A l'issue du mûrissage, on a soumis le milieu
réactionnel à une évaporation et on a recueilli une poudre d'oxydes métalliques mixtes. La poudre sèche a ensuite été soumise à un traitement de calcination qui a compris un
traitement sous atmosphère humide d'azote à 500 °C, suivi d'un traitement sous air sec pendant deux heures, à 860 °C. A l'issue du traitement de calcination, on a recueilli la poudre et on a procédé à une mesure de sa distribution granulométrique au moyen d'un appareil de mesure "MasterSizer" (Malvern Instruments
Limited) mettant en oeuvre une méthode de mesure fondée sur la diffusion d'un rayonnement laser. Sur la courbe de distribution granulométrique cumulative, on a relevé les grandeurs
caractéristiques suivantes :
. le diamètre D(0,5), correspondant à 50 % de la quantité
(exprimée en volume) de particules;
. le diamètre D(0,9), correspondant à 90 % de la quantité
(exprimée en volume) de particules ;
. le diamètre D(0,1), correspondant à 10 % de la quantité
(exprimée en volume) de particules; . l'écart à la moyenne E, défini par la relation
Figure imgf000012_0001
Pour évaluer ses caractéristiques diélectriques, la poudre a été comprimée sous une pression de 500 kg/cm2, pour former une pastille de 10 mm de diamètre et celle-ci a été soumise à une opération de frittage à une température de 1350°C pendant deux heures. On a inséré la pastille entre les deux faces d'un condensateur plan, on a mesuré la capacité du condensat'.ur ainsi réalisé, au moyen d'un pont de mesure en courant alternatif (1600 Hz) et on a calculé la constante diélectrique de la pastille à partir de la capacité mesurée, à différentes températures. Les valeurs obtenues sont indiquées aux diagrammes des figures 5 à 8, dans lesquelles l'axe des abscisses reproduit la température exprimée en °C et l'axe des ordonnées reproduit la constante diélectrique. Dans les exemples :
K-30 désigne la constante diélectrique à -30 °C,
K10 désigne la constante diélectrique à 10 °C,
K25 désigne la constante diélectrique à 25 °C,
K85 désigne la constante diélectrique à 85 °C,
K105 désigne la constante diélectrique à 105 °C,
K125 désigne la constante diélectrique à 125 °C,
Kmax désigne la valeur maximum de la constante diélectrique. Exemple 1
Les solutions d'hydroxyde de baryum, d'isopropoxyde de titane, de propoxyde de zirconium et d'acétate de calcium ont été mélangées en proportions réglées pour obtenir le produit de formule molaire
Ba1,11Ca0,1Zr0,22TiO3,65
La figure 1 montre la poudre obtenue à l'issue du traitement de calcination. On a relevé les caractéristiques granulometriques suivantes : D(0,5) = 0,79 μm
D(0,9) = 2,03 μm
D(0,1) = 0,34 μm
E = 2,2
Le diagramme de la figure 5 fournit la constante
diélectrique de la pastille diélectrique obtenue à partir de la poudre. On y relève les valeurs caractéristiques suivantes :
Figure imgf000013_0001
Ces valeurs caractéristiques sont conformes aux normes Z5U, Z5V et Y5V définies plus haut.
Exemple 2
Les solutions d'hydroxyde de baryum, d'isopropoxyde de titane, de propoxyde de zirconium et d'acétate de calcium ont été mélangées en proportions réglées pour obtenir le produit de formule molaire
Ba1,12Ca0,1Zr0,22TiO3,66
La figure 2 montre la poudre obtenue à l'issue du traitement de calcination. On a relevé les caractéristiques granulometriques suivantes :
D(0,5) = 0,86 μm
D(0,9) = 2,47 μm
D(0,1) = 0,37 μm
E = 2,4 Le diagramme de la figure 6 fournit la constante
diélectrique de la pastille diélectrique obtenue à partir de la poudre. On y relève les valeurs caractéristiques suivantes, qui sont conformes aux normes Z5U, Z5V, Y5V et Y6V définies plus haut :
Figure imgf000014_0001
Exemple 3
Les solutions d'hydroxyde de baryum, d'isopropoxyde de titane, de propoxyde de zirconium, d'acétate de magnésium et d'acétate de calcium ont été mélangées en proportions réglées pour obtenir le produit de formule molaire
Ba1,077Ca0,075Mg0,008Zr0,16TiO3,48 La figure 3 montre la poudre obtenue à l'issue du traitement de calcination. On a relevé les caractéristiques granulométriques suivantes :
D(0,5) = 0,58 μm
D(0,9) = 1,49 μm
D(0,1) = 0,26 μm
E = 2,1
Le diagramme de la figure 7 fournit la constante diélectrique de la pastille diélectrique obtenue à partir de la poudre. On y relève les valeurs caractéristiques suivantes, qui sont conformes aux normes Z5U, Z5V, Y5V et Y7V définies plus haut :
Figure imgf000015_0001
Exemple 4
Les solutions d'hydroxyde de baryum, d'isopropoxyde de titane, de propoxyde de zirconium, d'éthylorthosilicate, d'acétate de calcium et d'acétate de magnésium ont été mélangées en proportions réglées pour obtenir le produit de formule molaire
Ba1,066Ca0,114Mg0,005Zr0,185TiSi0,005O3,565 La figure 4 montre la poudre obtenue à l'issue du traitement de calcination. On a relevé les caractéristiques granulométriques suivantes :
D(0,5) = 0,82 μm
D(0,9) = 3,79 μm
D(0,1) = 0,30 μm
E = 4,2
Le diagramme de la figure 8 fournit la constante
diélectrique de la pastille diélectrique obtenue à partir de la poudre. On y relève les valeurs caractéristiques suivantes, qui sont conformes aux normes Z5U, Z5V, Y5V et Y7V définies plus haut :
Figure imgf000016_0001

Claims

R E VE N D I C A T I O N S
1 - Poudres d'oxydes métalliques mixtes présentant des propriétés diélectriques, de formule molaire générale
BaaCabMgcZrdSieTiOx
dans laquelle a, b, c, d, e et x désignent des nombres entiers ou fractionnaires tels que l'on ait :
0,05 ≤ b ≤ 0,12
0,000 ≤ c ≤ 0,015
0,10 ≤ d ≤ 0,23
0,000 ≤ e ≤ 0,010
0,95 ≤ a + b + c ≤ 1,05
d + e + 1
x = a + b + c + 2d + 2e + 2
2 - Poudres selon la revendication 1, dans lesquelles
0,005 ≤ c ≤ 0,010
0,12 ≤ d ≤ 0,16
0,005 ≤ e ≤ 0,010
0,99 ≤ a + b + c ≤ 1,01
d + e + 1 3 - Poudres selon la revendication 1 ou 2, dans lesquelles
a + b + c = 1
d + e + 1
4 - Poudres selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisées par la relation suivante après un frittage à
1325 °C, pendant 2 heures :
Figure imgf000017_0001
pour les valeurs de T comprise entre -30 et 85,
où T désigne la température exprimée en degrés Celsius,
K25 désigne la constante diélectrique à 25 °C,
KT désigne la constante diélectrique à la température T. 5 - Poudres selon la revendication 4, caractérisées par la relation suivante après un frittage à 1325 °C pendant 2 heures :
Figure imgf000018_0001
pour les valeurs de T comprises entre T1 et T2, les paramètres a, b, T1 et T2 respectant l'une au moins des normes Z5U, Z5V, Y5U, Y5V, Y6V et Y7V définies au tableau suivant :
Figure imgf000018_0002
6 - Poudres selon la revendication 4 ou 5, caractérisées par le paramètre
K25 ≥ 5000
7 - Poudres selon la revendication 6, caractérisées par le paramètre
8000 ≤ K25 ≤ 11000 8 - Poudres selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisées en ce qu'elles sont à l'état de particules dont le diamètre moyen est compris entre 0,05 et 2 microns.
9 - Poudres selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisées en ce qu'elles sont constituées de particules sphériques.
10 - Diélectriques obtenus par frittage de poudres conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 9.
PCT/EP1991/002066 1990-11-08 1991-10-29 Poudres d'oxydes metalliques mixtes presentant des proprietes dielectriques et dielectriques obtenus a partir de ces poudres WO1992008680A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3517672A JPH06501446A (ja) 1990-11-08 1991-10-29 誘電特性を有する混合金属酸化物粉末および該粉末から得た誘電体
KR1019930701380A KR930702247A (ko) 1990-11-08 1991-10-29 유전성을 갖는 혼합금속 산화물 분말과 이 분말에서 얻은 유전체

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE9001056 1990-11-08
BE9001056A BE1004605A4 (fr) 1990-11-08 1990-11-08 Poudres d'oxydes metalliques mixtes presentant des proprietes dielectriques et dielectriques obtenus a partir de ces poudres.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1992008680A1 true WO1992008680A1 (fr) 1992-05-29

Family

ID=3885005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1991/002066 WO1992008680A1 (fr) 1990-11-08 1991-10-29 Poudres d'oxydes metalliques mixtes presentant des proprietes dielectriques et dielectriques obtenus a partir de ces poudres

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP0556196A1 (fr)
JP (1) JPH06501446A (fr)
KR (1) KR930702247A (fr)
CN (1) CN1062131A (fr)
AU (1) AU8852891A (fr)
BE (1) BE1004605A4 (fr)
PT (1) PT99450A (fr)
TW (1) TW203662B (fr)
WO (1) WO1992008680A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1400993A1 (fr) * 2002-09-23 2004-03-24 Greatbatch-Sierra, Inc. Condensateur céramique monolithique pour l'utilisation dans des dispositifs médicales

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101740160B (zh) * 2009-11-20 2011-06-08 湖南利德电子浆料有限公司 金属铝基板厚膜电路用介质浆料及其制备方法
TWI648240B (zh) * 2017-10-27 2019-01-21 信昌電子陶瓷股份有限公司 Low dielectric constant dielectric porcelain powder composition which is ultra-low temperature sintered in a reducing atmosphere and Preparation method and temperature-compensated multilayer ceramic capacitor thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3969252A (en) * 1973-09-19 1976-07-13 Nippon Electric Company, Ltd. Dielectric ceramic compositions of BaTiO3 -BaZrO3 -CaTiO3 system
DE2737080A1 (de) * 1976-08-19 1978-02-23 Murata Manufacturing Co Nicht-reduzierende dielektrische keramikmassen
GB2168334A (en) * 1984-12-13 1986-06-18 South African Inventions Production of complex metal hydroxide powders
US4755493A (en) * 1985-10-11 1988-07-05 Ngk Insulators, Ltd. Ceramic composition for dielectric ceramic bodies
EP0385364A2 (fr) * 1989-02-28 1990-09-05 Taiyo Yuden Co., Ltd. Condensateur à diélectrique solide et procédé de sa production

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3969252A (en) * 1973-09-19 1976-07-13 Nippon Electric Company, Ltd. Dielectric ceramic compositions of BaTiO3 -BaZrO3 -CaTiO3 system
DE2737080A1 (de) * 1976-08-19 1978-02-23 Murata Manufacturing Co Nicht-reduzierende dielektrische keramikmassen
GB2168334A (en) * 1984-12-13 1986-06-18 South African Inventions Production of complex metal hydroxide powders
US4755493A (en) * 1985-10-11 1988-07-05 Ngk Insulators, Ltd. Ceramic composition for dielectric ceramic bodies
EP0385364A2 (fr) * 1989-02-28 1990-09-05 Taiyo Yuden Co., Ltd. Condensateur à diélectrique solide et procédé de sa production

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1400993A1 (fr) * 2002-09-23 2004-03-24 Greatbatch-Sierra, Inc. Condensateur céramique monolithique pour l'utilisation dans des dispositifs médicales

Also Published As

Publication number Publication date
TW203662B (fr) 1993-04-11
EP0556196A1 (fr) 1993-08-25
AU8852891A (en) 1992-06-11
PT99450A (pt) 1992-09-30
JPH06501446A (ja) 1994-02-17
CN1062131A (zh) 1992-06-24
KR930702247A (ko) 1993-09-08
BE1004605A4 (fr) 1992-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0297646A1 (fr) Procédé pour la fabrication d'une poudre d'oxydes métalliques mixtes
EP0238103B1 (fr) Procédé de fabrication d'une poudre d'oxyde métallique pour matériaux céramiques.
US4710227A (en) Dispersion process for ceramic green body
CA2947499C (fr) Particules inorganiques individualisees
EP0456541B1 (fr) Corps céramique fritté et ses procédés d'obtention
FR2601352A1 (fr) Procede de production d'une poudre de titanate d'un cation divalent et procede de production d'une coforme a base de perovskite d'un cation divalent.
FR2568239A1 (fr) Procede de production d'une composition qui contient des composes de perovskite
EP0320345A1 (fr) Zircone stabilisée, son procédé de préparation et son application dans des compositions céramiques
DE68907868T2 (de) Herstellung von Aluminiumnitridpulver durch karboreduktive Nitridierung.
EP0286155A1 (fr) Procédé pour la fabrication d'une poudre d'oxydes métalliques mixtes, et poudres d'oxydes métalliques mixtes
EP0346962B1 (fr) Procédé pour la fabrication de cristaux de titanate de baryum et/ou de strontium
BE1004605A4 (fr) Poudres d'oxydes metalliques mixtes presentant des proprietes dielectriques et dielectriques obtenus a partir de ces poudres.
US4937213A (en) Process for preparing titanates and zirconates
EP0263544B1 (fr) Procédé de fabrication d'une poudre pour matériaux céramiques, contenant au moins un oxyde métallique, et poudre formée d'au moins un oxyde métallique obtenue par ce procédé
EP0360649A1 (fr) Procédé de fabrication de matériau céramique par voie chimique hybride et matériau obtenu
BE1004604A4 (fr) Procede de fabrication d'une poudre d'oxydes metalliques mixtes.
FR2677352A1 (fr) Ceramiques transparentes et procede de fabrication de celles-ci.
CH669951A5 (en) Producing semiconductor strontium titanate particles
BE1004293A3 (fr) Procede de fabrication d'un composite d'oxydes metalliques, poudres composites d'oxydes metalliques et materiaux ceramiques.
FR2628665A1 (fr) Compositions de matieres susceptibles d'etre utilisees pour la preparation de poudres minerales ultrafines de type oxyde, et un de leur procede de preparation
FR2689879A1 (fr) Procédé de synthèse de verre fluoré par voie sol-gel et fibre optique réalisée dans le verre fluoré obtenu selon ce procédé.
FR2808020A1 (fr) Pate de verre contenant une poudre minerale pour panneau d'affichage a plasma
EP0369979A1 (fr) Procédé pour la fabrication d'une poudre comprenant au moins un oxyde métallique
FR2628664A1 (fr) Procede de preparation de poudres minerales ultrafines de type oxyde et poudres ainsi obtenues
EP0532084A1 (fr) Procédé pour la fabrication d'une poudre d'oxydes métalliques mixtes et utilisation de la poudre pour la fabrication de condensateurs et de résistances électriques

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AU CA JP KR NO US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1991917012

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1991917012

Country of ref document: EP

WWR Wipo information: refused in national office

Ref document number: 1991917012

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1991917012

Country of ref document: EP