DE1471483C - Keramisches Dielektrikum - Google Patents
Keramisches DielektrikumInfo
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Description
Die Erfindung bezweckt, keramische Dielektrika zu schaffen, die eine hohe Dielektrizitätskonstante und
einen niedrigen Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstante aufweisen. Bei Verwendung eines dielektrischen
Materials gemäß der Erfindung kann man Kondensatoren von geringen Abmessungen mit guten
Temperatureigenschaften und sehr niedriger Induktanzbeanspruchung herstellen.
- Bekanntlich haben keramische Stoffe aus Bariumtitanat weitgehende Verwendung gefunden. Ihre Verwendbarkeit
als Dielektrika ist jedoch begrenzt durch die sehr scharfe Änderung der Dielektrizitätskonstante
in Umgebung des Curie-Punktes, der bei etwa 120° C liegt. Es wurden deshalb Versuche unternommen, die
Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante zu vermindern. Die Zugabe von Caleium-Titanat und
Magnesium-Titanat hat zwar einen gewissen ausgleichenden Einfluß auf die Temperaturabhängigkeit, bewirkt
aber andererseits eirie Erniedrigung der Dielektrizitätskonstante,
wodurch die praktische Verwendbarkeit stark eingeschränkt wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines SrTiO3 enthaltenden keramischen
Dielektrikums mit kleinem Temperatur-Koeffizienten, einer guten Temperaturcharakteristik und zugleich
einer hohen Dielektrizitätskonstanten. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch folgender
Zusammensetzung gesintert wird:
SrTiO3 20 bis 80 Gewichtsprozent
Bi2O3 · 2TiO2 10 bis 60 Gewichtsprozent
MgCO3 5 bis 35 Gewichtsprozent
Diese Gewichtsverhältnisse führen zu optimalen Ergebnissen.
Aus der britischen Patentschrift 8 60 019 ist ein Dielektrikum bekannt, zu dessen Herstellung die
Wismutverbindung 2 Bi0O3 · 3 TiO1, verwendet wird
und das neben BaTiO3" auch SrTiO3 oder MgTiO3
enthalten kann. Die bekannte Wismutverbindung unterscheidet sich jedoch gegenüber der beanspruchten
sowohl in ihrer chemischen Struktur als auch in ihren dielektrischen Eigenschaften. 2 Bi2O3 · 3 TiO2 hat
eine Dielektrizitätskonstante von 107 und einen positiven Temperaturkoeffizienten von +670· 10"-6/°C,
und Bi2O3 · 2 TiO2 hat eine Dielektrizitätskonstante
von 91 und einen negativen Temperaturkoeffizienten von —235 · 10-«/° C Bei dem bekannten Dielektrikum
wurde die Wismutverbindung zugegeben, um bei einem BaTiO3-Dielektrikum die Dielektrizitätskonstante
bei Temperaturen unterhalb des Curie-Punktes zu erhöhen. Es war nicht vorauszusehen, daß man mit
der andersartigen Wismutverbindung gemäß der Erfindung im Verein mit der ebenfalls neuen Zugabe
von MgCO3 den Temperaturkoeffizienten in dem Maße regulieren kann, wie es aus den Diagrammen
der F i g. 2 und 3 ersichtlich ist.
Für die oben angegebenen Grenzen der Mischungsverhältnisse gelten folgende Feststellungen:
Wenn der Gehalt an SrTiO3 oberhalb 80 Gewichtsprozent
liegt, wird der Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstante zu groß in negativer Rich-
' tung, und zum Sintern ist eine Temperatur oberhalb 1380° C erforderlich. Wenn der Gehalt an SrTiO3 unterhalb
20 Gewichtsprozent liegt, wird die Dielektrizitätskonstante niedrig. Außerdem wird die Verglasung
schwierig, und die hergestellten Körper haben keine dichte Struktur. Wenn der Gehalt an Bi2O3 · 2 TiO2
60 Gewichtsprozent überschreitet, haben "die Körper keine dichte Struktur. Bei weniger als 10% ist zum
Sintern eine höhere Temperatur als 13800C erforderlich.
Wenn der Gehalt an MgCO3 35 Gewichtsprozent
überschreitet, tritt eine hohe Schrumpfung auf, die Dielektrizitätskonstante wird niedrig, die Sintertemperatur
liegt oberhalb 1400° C, und die Verglasung wird schwierig. Bei einem Gehalt von weniger als 5 Gewichtsprozent
bekommt der Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstante einen hohen negativen
Wert, und der Stoff ist praktisch unbrauchbar.
F i g. 1 zeigt die Beziehung zwischen der Temperatür
und der Dielektrizitätskonstante eines bis jetzt gebräuchlichen, aus Barium-Titanat bestehenden dielektrischen
Materials. Der Curie-Punkt liegt bei etwa 120° C, und in diesem Bereich ist der Temperaturkoeffizient
der Dielektrizitätskonstante sehr groß.
Das Dreiecksdiagramm der F i g. 2 zeigt für erfindungsgemäß hergestellte Stoffe die Abhängigkeit der
Dielektrizitätskonstante vom Gewichtsverhältnis der drei Mischungskomponenten SrTiO3, Bi2O3 · 2.TiO2
und MgCO3. Aus den Kurven ist die Änderung der Dielektrizitätskonstante bei Änderung des Mischungsverhältnisses
zu entnehmen.
F i g. 3 zeigt ebenfalls in einem Dreiecksdiagramm die Beziehungen zwischen dem Temperaturkoeffizienten
der Dielektrizitätskonstante und dem Mischungsverhältnis. Die Zahlenwerte im Diagramm sind die
jeweiligen Temperaturkoeffizienten.
Alle in F i g. 2 und 3 angegebenen Werte wurden bei 1 Megahertz gemessen.
Ein dielektrisches Material gemäß der Erfindung läßt sich folgendermaßen herstellen:
Ein dielektrisches Material gemäß der Erfindung läßt sich folgendermaßen herstellen:
Nach Zugabe eines Mineralbildners, wie Mangansulfat, wird das SrTiO3 vorgesintert und dann gepulvert.
Dann wird es mit einem Gemisch von Wismutoxyd und Titanoxyd (Bi2O · 2 TiO2) und mit MgCO3
vermischt. Nach der Formung wird dieses Gemisch während 2 bis 3 Stunden an der Luft bei 1250 bis
13500C gesintert. Die Sintertemperatur und -zeit
ändert sich je nach dem Mischungsverhältnis. Die Temperatur soll nicht oberhalb der Sublimationstemperatur
liegen.
Zur näheren Erläuterung werden zwei Ausführungsbeispiele gegeben.
Strontium-Titanat (SrTiO3) wurde 0,3 °/o Mangansulfat
(MnSO4) zugemischt. Diese Mischung wurde bei 1320° C vorgesintert und dann mit Bi2O3 · 2TiO2
und MgCO3 im Gewichtsverhältnis SrTiO3 : Bi2O3 ·
2 TiO2: MgCO3 = 57 : 36 :7 vermischt. Nach der
Formung wurde bei 135O°C gesintert. Das entstandene keramische Dielektrikum hatte eine Dielektrizitätskonstante
von 1180, und deren Temperaturkoeffizient betrug-1100 - 10-6/0C.
Die Eigenschaften in diesem und dem folgenden Beispiel wurden bei 1 Megahertz gemessen.
Nach Zugabe von 2 °/o Mangansulfat wurde SrTiO3
bei 1320° C vorgesintert und anschließend gepulvert. Dann wurden Bi2O3 · 2 TiO2 und MgCO3 zugemischt.
Das Mischungsverhältnis war SrTiO3 : Bi2O3 · 2 TiO2:
MgCO3 = 51 : 32 : 17. Das Gemisch wurde geformt und bei 135O0C gesintert. Der entstandene Körper
hatte eine Dielektrizitätskonstante von 945, und deren Temperaturkoeffizient betrug ±0.
Aus diesem Beispiel geht hervor, daß man ausgezeichnete Eigenschaften erhält, wenn der Anteil an
SrTiO3 etwa 50 Gewichtsprozent beträgt. Bei einem ίο Temperaturkoeffizienten von ± 0 erhält man eine
ausreichend hohe Dielektrizitätskonstante.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung eines SrTiO., enthaltenden
keramischen Dielektrikums, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch von
20 bis 80 Gewichtsprozent SrTiO3, 10 bis 60 Gewichtsprozent Bi2O3-2TiO2 und 5 bis 35 Gewichtsprozent
MgCO3 gesintert wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines Dielektrikums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst SrTiO3 unter Zugabe eines Mineralbildners,
wie MnSO4, vorgesintert und dann pulverisiert wird, worauf die beiden anderen Mischungskomponenten
zugemischt werden und nach Formung bei 1250 bis 1350° C gesintert wird.
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