DD241894A1

DD241894A1 - Dielektrischer keramischer werkstoff

Info

Publication number: DD241894A1
Application number: DD28185885A
Authority: DD
Inventors: Hans-Juergen Gesemann; Karin Voelker; Thomas Koehler; Willfried Ploetner
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1985-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1987-01-07

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik. Ihr Ziel ist es, die Herstellung von dielektrischen keramischen Werkstoffen fuer Kondensatoren zu erleichtern und die Streubreite der Eigenschaften zu verringern. Die Aufgabe der Erfindung, ein Stoffsystem fuer keramische Dielektrika von Kondensatoren aller Typen mit sehr hohen e-Werten bei gleichzeitiger Einhaltung aller Kondensatorparameter wird dadurch geloest, dass eine ternaere Mischung des Systems Pb(Fe2/3 W1/3)O3Pb(Fe1/2 Nb1/2)O3Pb(Ti1x Zrx)O3 mit x0 bis 1 benutzt wird, der ein Eutektikum vom Typ 5 PbOFe2O3 und/oder 5PbOWO3 und/oder 5PbOCr2O3 vor dem Feinmahlen zugesetzt ist. Das Gebiet im ternaeren Phasendiagramm I wird von folgenden Koordinaten begrenzt:ABCDPb(Ti1x ZRx)O31515 1 1Pb(Fe1/2 Nb1/2)O375505089Pb(Fe2/3 W1/3)O310354910Bei der Komponente Pb(Fe1/2 Nb1/2)O3 kann im Nb bis zu 10% Ta enthalten sein. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Vielschichtkondensatoren.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik und betrifft keramische Kondensatoren, insbesondere Vielschichtjpndensatoren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Elektrotechnik/Elektronik nimmt die Anwendung von Vielschichtkondensatoren immer weiter an Bedeutung zu. Die Bestrebungen hinsichtlich der Verbesserung der Eigenschaften der zum Einsatz kommenden Materialien sind bei dielektrischen keramischen Werkstoffen daraufgerichtet, zur Einsparung von Paladium niedrige Sintertemperaturen zu realisieren, darüber hinaus alle notwendigen Kondensatorkennwerte zu erreichen und gleichzeitig einen sehr hohen ε-Wert zu realisieren. Dies wird in erster Linie durch Anwendung von entsprechenden Mehrstoffsystemen mit speziellen Zusätzen erreicht. Sehr hohe ε-Werte bei niedrigen Sintertemperaturen werden beispielsweise durch Komplexperoskite erzielt. Ein solch günstiges System wird bei Shrout, T. R.; Swartz, S. L. und M.J.Haun: Dielektrische Eigenschaften in dem Fest-Flüssig-System (Pb(Fe_1/2 Nb_1/2)O₃ — Pb(Ni_1/3 Nb₂Z₃)O₃; Ceram. Bull. Vol. 63 Nr.6 (1984) S.808-810 vorgestellt. Bei näherer Untersuchung dieses Werkstoffes kann festgestellt werden, daß hierbei hohe ε-Werte, aber nicht alle anderen notwendigen Kondensatorkennwerte erreicht werden. Deshalb wird eine dritte Komponente z. B. in Form von Pb(Zn_1/3 Nb_2/3)O₃ u. a. zugesetzt, wodurch sich die notwendigen Kondensatorkennwerte verbessern, auf Kosten des ε-Wertes. Bis zu einem ε-Wert von -11000 können die angestrebten Parameter, d.h. alle notwendigen Kondensatorkennwerte eingehalten werden

Dafür ergeben sich entsprechend Shrout u.a. folgende dielektrische Daten

8₂₅°c (IkHz) 10 800

Tk_E(+10°Cbis+85°C) -7%-53%

tan δ (IkHz) 80.10-"

R_is (100 V) 25 ⁰C in Ω-cm 4.10¹¹

R_is(100V)85°Cinft-cm ohneAngabe

Alterung (Stundendekade) ε in % ohne Angabe (0:5)

Gefügekorngröße 0 in μίτι <5

bei einer Sintertemperatur von 900⁰C und einer Haltezeit von 2 h.

Der Nachteil der bekannten technischen Lösung besteht darin, daß es nicht möglich ist, in einem einzigen Stoffsystem alle Werkstofftypen von Dielektrika für Kondensatoren mit sehr hohem ε und gleichzeitiger Realisierung aller notwendigen Kondensatorkennwerte darzustellen, was technologische Schwierigkeiten mit sich bringt. Ebenso haben die ermittelten Werte ein relativ großes Streuungsintervall.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Herstellung von dielektrischen keramischen Werkstoffen für Kondensatoren zu erleichtern sowie eine geringe Streubreite ihrer Eigenschaften zu erreichen.

A	B	C	1	D
15	15	50	1
75	50	49	89
10	35	10

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stoffsystem für keramische Dielektrika von Kondensatoren aller Typen mit sehr hohen ε-Werten bei gleichzeitiger Einhaltung aller Kondensatorparameter zu realisieren. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine ternäre Mischung des Systems

Pb(Fe₂/3 W₁Za)O₃— Pb(Fei_/2 Nb₁Z₂)O₃ — Pb(Tii._x Zr_x)₀3 mit χ = 0 bis 1 benutzt wird, der ein Eutektikum vom Typ 5 PbO.Fe₂O₃ und/oder 5 PbO-WO₃ und/oder 5 PbO-Cr₂O₃ vor dem Feinmahlen zugesetzt wird.

Im Dreistoffdiagramm I sind die Mischungen im Gebiet ABCD dielektrische keramische Werkstoffe mit sehr hohen ε-Werten. Für dieses Gebiet gelten folgende Koordinaten

Pb(Ti^_xZr_x)O₃

Pb(Fe₁₇₂Nb₁Z₂)O₃

Pb(Fe₂Z₃W₁Z₃)O₃ mit χ = 0 bis 1

Für χ = 1 ergibt sich im Dreistoffdiagramm Il ein Gebiet ECFG in dem neben hohen ε-Werten auch die Bedingungen für einen dielektrischen keramischen Spitzenwerkstoff erfüllt werden. Für dieses Gebiet gelten folgende Koordinaten

ECFG

PbZrO₃ 10 1 1 10

Pb(Fe₁Z₂Nb₁Z₂)O₃ 50 50 71 62

Pb(Fe₂₇₃W₁Z₃)O₃ 40 49 28 28

Durch den Zusatz eines Eutektikums werden die dielektrischen Eigenschaften des Spitzenwerkstoffs verbessert und folgende Werte erreicht:

8₂₅x(1kHz) 10000

Tk₆ (+10 ⁰C bis +85⁰C) +20%-50%

tan δ (IkHz) < 45.10~⁴

R_is(100V)25°Cinncm 10¹²

R_is (100 V) 85 ⁰C in Ω cm .8.1O¹⁰

Alterung (Stundendekade) ε in % <3

Gefügekorngröße 0 in pm <5

bei einer Sintertemperatur von 920°Cund einer Haltezeit von 2 h.

Günstig auf die dielektrischen Eigenschaften aller Werkstoffe wirkt sich eine Zugabe von z. B. Mn₂O₃ und/oder Cr₂O₃ aus. Ebenso ist es möglich, daß bei der Komponente Pb(Fe₁Z₂Nb₁Z₂)O₃ im Nb bis zu 10% Ta enthalten sein kann, ohne die günstige Wirkung auf die dielektrischen Eigenschaften aller Werkstoffe zu beeinflussen. »

Um für alle dielektrischen keramischen Werkstoffe im Gebiet ABCD einen Curiepunkt von < 35°C realisieren zu können, um damit die dielektrischen Eigenschaften zu verbessern, werden sogenannte „Curiepunktzieher" wie z. B. SrSnO₃, SrTiO₃, SrZrO₃, PbSnO₃, BaZrO₃, BaSnO₃ u.a. eingesetzt.

Ausführungsbeispiel Beispiel 1

Essoll ein dielektrischer keramischer Werkstoff mit sehr hohem ε hergestellt werden. Dazu wird eine Zusammensetzung aus dem Gebiet ABCD (Bild 1) ausgewählt.

PbTiO₃ 2 Mol-%

Pb(Fe₁Z₂Nb₁₇₂)O₃ 60 Mol-%

Pb(Fe₂Z₃W₁₇₃)O₃ 38 Mol-%

MnCO₃ 0,2Gew.-%

Cr₂O₃ 0,1 Gew.-%

Zu 98,8Gew.-% dieser verglühten Werkstoffmischung werden vor der Feinmahlung 1,2 Gew.-% 5 PbCFe₂O₃ zugemischt. Nach der Fertigstellung werden folgende dielektrische Daten gemessen.

8_2S°c(1kHz) 14000

Tk₁, (-30 ⁰C bis+85 °C) +20%-80%

tan δ (IkHz) < 40.10""⁴

R_is (100 V) 25 ⁰C in Ω cm 4.10¹¹

Alterung (Stundendekade) ε <3%

Gefügekorngröße 0 in μπι 5

Curiepunkt in ⁰C 25

Beispiel 2

Es soll ein dielektrischer keramischer Werkstoff mit sehr hohem ε hergestellt werden. Dazu wird eine Zusammensetzung aus dem Gebiet GECF ausgewählt.

PbZrO₃	3 Mol-%
PB(Fe₁₇₂Nb₁Z₂)O₃	65 Mol-%
Pb(Fe₂Z₃W₁₇₃)O₃	32 Mol-%
MnCO₃	0,2 Gew.-%
Cr₂O₃	0,1 Gew.-%

Zu 98,8Gew.-% dieser verglühten Werkstoffmischung werden vor der Feinmahlung 1,2Gew.-% 5 PbCFe₂O₃ zugemischt. Nach der Fertigstellung werden folgende Daten gemessen:

— J - rf* I OS·*

ε_25Χ(1 kHz)	10300
TM-30°Cbis+85°C)	+20%-50%
tan δ (1kHz)	45.10"⁴
R_is(100V)25°Cinficm	10¹²
R_is(100V)85°Cinncm	8.1O¹⁰
Alterung (Stundendekade) ε	<3%
Gefügekorngröße 0 in μηη	4,5
Curiepunkt in °C	42

Claims

-1 - ΖΑΛ «94

Erfindungsanspruch:

1. Dialektischer keramischer Werkstoff bestehend aus Oxiden oder Karbonaten, gekennzeichnet dadurch, daß die benutzte ternäre Mischung zum System Pb(Fe₂Z₃WiZ₃)O₃-Pb(Fe₁Z₂NbIz₂)O₃ — Pb(Tii._xZr_x)O₃ mit χ = 0bis 1 gehört, wobei das Gebiet im ternären Phasendiagramm I von den folgenden Koordinaten begrenzt wird

ABCD

Zr_x)O₃ 15 15 1 1

Nb₁₇₂)O₃ 75 50 50 89 -

Komp. 3: Pb(Fe₂Z₃W₁Z₃)O₃ mitx = O bis 1 10 35 49 10

und daß diesem Grundsystem vor der Feinmahlung ein Eutektikum des Typs 5 PbO-Fe₂O₃ und/oder 5 PbO-WO₃ und/oder 5 PbO-Cr₂O₃ zugesetzt ist und daß bei der Komponente 2 im Nb bis zu 10% Ta enthalten sein kann.
2. Dielektrischer keramischer Werkstoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei χ = 1 das Gebiet im ternären Phasendiagramm Il von folgenden Koordinaten begrenzt wird:

ECFG

PbZrO₃ 10 1 1 10

Pb(Fe₁Z₂Nb₁Z₂)O₃ 50 50 71 62

Pb(Fe₂₇₃W₁Z₃)O₃ 40 49 28 28
3. Dielektrischer keramischer Werkstoff nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Eutektikum in einer Menge von 0,5-3,0 Gew.-% zugesetzt wird.
4. Dielektrischer keramischer Werkstoff nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß MnO_x und/oder Cr₂O₃ in einer Gesamtmenge von 0,05-2,00 Gew.-% zum Einsatz kommen.
5. Dielektrischer keramischer Werkstoff nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß Verbindungen mit Sr⁺, Ba⁺, Pb⁴⁺ als Kationen und TiO|~, SnOf~ als Anionen bis zu 10 Mol-% in der Grundzusammensetzung enthalten sind.

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