DE1646724C2 - Verbesserte Keramik-Dielekrika - Google Patents
Verbesserte Keramik-DielekrikaInfo
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Description
30
Die Erfindung bezieht sich auf Dielektrika, die Keramikmaterial in ihrer Zusammensetzung enthalten,
wobei das letztere einen Mengenanteil von Kalziumoxid, Siliziumdioxid, Bleioxid und Titandioxid aufweist.
Ziel der Erfindung ist eine verbesserte keramische dielektrische Masse, die eine hohe Dielektrizitätskonstante
bei einem geringen Verlustfaktor aufwest und wobei der große und lineare Dielektrizitätskonstanten-Temperaturkoeffizient
innerhalb eines weiten Bereiches von annähernd +1200 bis +2450ppm/°C
geregelt werden kann.
Bisherige Dielektrika mit ähnlichen Merkmalen hahen einen größeren Verlustfaktor und niedrigere
Dielektrizitätskonstante für den äquivalenten Tempe-
raturkoeffizienten. Neuerdings tendiert man auf elektronischem
Gebiet zu Kleinstabmessung und zum Gießen von Schaltungen. Daher sind Dielektrika, die
einen großen Verlustfaktor aufweisen, hinsichtlich der Anwendung auf Grund des Wärmeverlustes beschränkt,
und die Dielektrika, die niedrigere Dielektrizitätskonstante aufweisen, sind hinsichtlich der
Kapazität, die bei einer gegebenen Baugröße erzielt werden kann, begrenzt.
Es sind auch bereits gebrannte keramische Massen bekannt die Calciumoxid und Titanoxid in Verbindung
mit Kieselsäure und Bleioxid in Form von Zusätzen oder Zuschlagen als Flußmittel enthalten
können (britische Patentschriften 5 83 494, 5 05165 und 4 45 495 und Unterlagen der deutschen Patentanmeldung
P 35 15 IVc/80b). Diese gebrannten keramischen Massen können eine hohe Dielektrizitätskonstante
aufweisen, doch ist ihnen im allgemeinen ein negativer oder nahe Null liegender Temperaturkoeffizient
der Dielektrizitätskonstante eigen. Derartige gebrauchte keramische Massen eignen sich nicht
für eine Verwendung bei der LC-Schaltung, bei der für
einen Temperaturausgleich dielektrische Massen mit einem hohen positiven Temperaturkoeffizienten erforderlich
sind. jT-cj
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, neue gebrannte dielektrische
Massen zur Verfügung zu stellen, die einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante,
der höher ist als die der üblichen dielektrischen keramischen Massen, aufweisen und zur Verwendung
bei einer LC-Schaltung geeignet sind.
Diese Aufgabe wurde gemäß der Erfindung durch eine gebrannte dielektrische Masse gelöst, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß sie als Oxide angegeben im wesentlichen aus Calciumoxid im Bereich von 14,1
bis 39,2 Molprozent, Siliziumdioxid im Bereich von 141 bis 39,2 Molprozent, Bleioxid im Bereich von
0 3 bis 10,8 Molprozent und Titandioxid im Bereich von 23,0 bis 71,4Milprozent besteht.
| Nr. | Zusammensetzung, | SiO1 | Molprozent | PbO | CaSiO, | Dielektrizitäts | Verlustfaktor (X 10"') bei | 10 MHz | Temperatur |
| 37,5 | 1,0 | konstante bei | 2,5 | koeffizient der | |||||
| 34,0 | 7,2 | 2,5 | Dielektrizitäts | ||||||
| 32 | 3,5 | 2,65 | konstante | ||||||
| CaO | 28,5 | TiO, | 0,7 | IMHz | IMHz | 2,9 | (ppm/0 Q | ||
| 1 | 37,5 | 20,6 | 24,0 | 8,8 | 54,6 | 2,2 | 3,2 | +1520 | |
| 2 | 34,0 | 20,6 | 24,8 | 9,7 | 80,2 | 2,4 | 2,5 | +2360 | |
| 3 | 30 | 15,2 | 34,5 | 0,4 | 67,7 | 2,6 | 2,2 | +1410 | |
| 4 | 28,5 | 14,3 | 42,3 | 10,6 | 65,5 | 2,9 | 3,56 | + 1260 | |
| 5 | 20,6 | 50,0 | 5,0 | 45,0 | 80,7 | 3,1 | 1,95 | +1850 | |
| 6 | 20,2 | 49,5 | 11,0 | 26,0 | 80,2 | 2,4 | 1,9 | +2020 | |
| 7 | 15,2 | 69,4 | 11,5 | 52,5 | 54,6 | 2,2 | 2,0 | +1210 | |
| 8 | 14,3 | 60,8 | 0,5 | 17,9 | 75,4 | 3,5 | 1,95 | +1670 | |
| 9 | 33,3 | 50,0 | 0,1 | 69,7 | 1,7 | 5,8 | +1460 | ||
| 10 | 32,7 | 63,0 | 12,0 | 81,7 | 1,8 | 38,4 | +1910 | ||
| 11 | 39,5 | 36,0 | 0,1 | 82,6 | 2,0 | 12,7 | +2450 | ||
| 12 | 10,0 | 81,6 | 2,5 | 55,1 | 1,9 | 14,2 | +1220 | ||
| 13 | 33,3 | 14 | 33,3 | 0,8 | 44,7 | 5 | 13,6 | +1120 | |
| 14 | 32,7 | 22,6 | 0,3 | 65,5 | 51,2 | 30 | 10,1 | +2700 | |
| 15 | 39,5 | 20,9 | 2 | 8 | 40,2 | 11,1 | 12,4 | +1120 | |
| 16 | 10,0 | 77,5 | 78,0 | 13,6 | - 120 | ||||
| 17 | 40 | 45,2 | 76,8 | 11,2 | - 640 | ||||
| 18 | 34,2 | 38,7 | 9,6 | +1030 | |||||
| 1Q | 90 | 61,3 | 10,1 | - 290 | |||||
Wie der vorstehenden Tabelle I zu entnehmen ist,
wird bei einer solchen gebrannten keramischen Masse nach der Erfindung ein positiver Temperaturkoeffizient
der Dielektrizitätskonstante von 1200 · 10~e bis
2450· 10-"/0C erhalten.
Nachdem sich die gebrannten keramischen Massen nach dem Stand der Technik mit vergleichsweise
ähnlicher Zusammensetzung im allgemeinen durch einen negativen oder nahe Null liegenden Temperaturkoeffizienten
der Dielektrizitätskonstante auszeichnen, ist es überraschend, daß die gebrannten dielektrischen
Massen nach der Erfindung einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten der Die!ektrizitätskonsta.nte
besitzen.
Tabelle I verdeutlicht einige dielektrische Materialzusammensetzungen
gemäß der Erfindung. Ein dielektrisches Material, bestehend aus weniger als 14,1 Molprozent Kalziumoxid oder Siliziumoxid,
ergibt ein minderwertig gesintertes Material und einen Verlustfaktor, der größer als derjenige eines Materials
ist, das aus mehr als 14,1 Molprozent besteht Eine Variation durch Verminderung der 23,0 Molprozent
Titandioxid führt zu einem Grundmaterial mit größerem Verlustfaktor. Eine Erhöhung der Menge
an Kalziumoxid über 39,2 Molprozent führt zu einem Grundmaterial, das eTnen kleineren positiven oder
negativen Dielektrizitätskonstanten -Temperaturkoeffizienten hat, was unter gewissen Umständen vorteilhaft
sein kann. Eine Erhöhung der Meng* an Siliziumdioxid
über 39,2 Molprozent führt zu einem Grundmaterial mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante. Ein
Material, das aus mehr als 71,4 Molprozent Titandioxid besteht, ist ein nur minderwertig gesinterter
Körper und weist einen größeren Verlustfaktor auf. Dielektrische Materialien mit weniger als 0,3 Molprozent
an Bleioxid haben einen geringeren positiven Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante.
Dielektrische Materialien mit mehr als 10,8 Molprozent Bleioxid besitzen einen größeren Verlustfaktor.
Ersatz von Kalziumsilikat (CaSiO3) an Stelle von
Kalziumoxid und Siliziumdioxid als Ausgangsmaterialien kann hervorragende elektrische Eigenschaften
der sich ergebenden keramischen Dielektrika erzeugen. In diesem Falle sind betriebsfähige Zusammensetzungen
nach der Erfindung, ohne Verändern der Zusammensetzung der sich ergebenden Materialien,
als Tabelle II neu formuliert.
Tabelle Π
Bestandteile
Bestandteile
Molprozcnt
CaSiO3 16,5 bis 64,5
PbO 0,5 bis 12,5
TiOj 35,0 bis 83,0
Das dielektrische Material gemäß der Erfindung kann bereitet werden nach Maßgabe jeder bekannten
Arbeitsweise zur Herstellung von keramischen Dielektrika. Bei einer geeigneten Arbeitsweise werden die
Ausgangsmaterialien, die kalziniert oder nichtkalziniert sein können, gründlich mit Wasser und einem geeigneten
Bindemittel in einer Kugelmühle vermischt. Das Keramikteil wird dann in die gewünschte Form nach
einer herkömmlichen Weise, z. B. durch Verpressen oder Extrudieren, gebracht, und dann wird das Teil
getrocknet und 2 Stunden bei einer Temperatur von 1050 bis 13000C zu einem polykristallinen Zustand
gesintert, wobei die Temperatur von der angewendeten
Zusammensetzung abhängt. Der Sinterkörper liegt in
»5 drei Phasen, und zwar einer Rutil-Struktur (TiO2),
Perowski-Struktur (PbTiO3) und Titanit-Struktur
(CaTiSiO5) vor.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Ausgangsoxide der Erfindung nach jeder zweckdienlichen Arbeitsweise
hergestellt werden können. So kann man die jeweiligen Karbonate oder irgendwelche anderen verfügbaren
Verbindungen als Ausgangsmaterialien benutzen.
Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß Titandodd
in Anatas-Struktur vorzuziehen ist zur Herstellung des dielektrischen Materials, das einen großen
und linearen DieSekttizitätskonstanten-Temperaturkoeffizienten,
wie in Tabelle III aufgezeigt, aufweist. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß die Bildung
von Kalziumtitansilikat (CaTiSiO6) erhöht wird durch
Überführen von Titandioxid aus Anatas-Struktur in die Rutil-Struktur. Das Mengenverhältnis von Kalziumtitansilikat,
das einen positiven Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante aufweist,
regelt wahrscheinlich den Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante.
| Tabelle | III | PbO | Molprozent | Rutil- | Dielektrizitäts | Verlustfaktor bei | 10 MHz | Temperatur |
| Nr. : | Struktur | konstante bei | koeffizient der | |||||
| Zusammensetzung, | 11 | 0 | 1,9 | Dielektrizitäts | ||||
| 11 | 13 | 2,0 | konstante | |||||
| 11 | Betriebs- | 25 | IMHz | IMHz | 2,0 | (ppm/0 Q | ||
| 11 | Strulctur | 10 | (x 10-') | 2,2 | ||||
| CaSiO, | 11 | 63 | 38 | 81,7 | 1,8 | 2,2 | +1910 | |
| 1 | 11 | 50 | 63 | 82,4 | 1,9 | 3,2 | +1580 | |
| 2 | 26 | 38 | 80,6 | 2,0 | +1240 | |||
| 3 | 26 | 53 | 79,8 | 2,1 | + 980 | |||
| 4 | 26 | 25 | 79,2 | 2,2 | + 670 | |||
| 5 | 26 | 0 | 74,3 | 2,9 | + 520 | |||
| 26 | ||||||||
| 26 | ||||||||
Claims (3)
1. Gebrannte dielektrische Masse, dadurch
gekennzeichnet, daß sie als Oxide angegeben
im wesentlichen aus Kaliumoxid im
Bereich von 14,1 bis 39,2 Molprozent Sihz.umdioxid im Bereich von 14,1 bis 39,2 Molprozent,
Bleioxid im Bereich von 0,3 bis iOfiMolpromnt
und Titandioxid im Bereich von 23,0 bis 71,4 Molprozeut
besteht.
2 Gebrannte dielektrische Masse, dadurch gekennzeichnet,
daß sie im wesentlichen aus Kalziumsilikat im Bereich von 16,5 bis 64,5 Molprozent
Bleioxid im Bereich von 0,5 bis 12,5 Molprozent und Titandioxid im Bereich von 35,0 bis 83,0 Molprozent
besteht. .
3 Gebrannte dielektrische Masse nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Titandioxid der Ausgangsmaterialien in der Anatas-Struktur vorliegt.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEM0072381 | 1967-01-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1646724C2 true DE1646724C2 (de) | 1976-03-04 |
Family
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