DE1918021A1

DE1918021A1 - Keramisches Dielektrikum

Info

Publication number: DE1918021A1
Application number: DE19691918021
Authority: DE
Inventors: Shinobu Fujiwara; Hitoshi Masumura
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1968-04-10
Filing date: 1969-04-09
Publication date: 1969-11-06
Also published as: GB1178825A

Description

Keramisches Dielektrikum Die Erfindung betrifft ein keramisches Dielektrikum das hohe dielektrische Werte und eine vorteilhafte einstellbare Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten aufweist.
bariumtitanat hat als dielektrisches Material den Vorteil einer hohen Dielektrizitätskonstanten aber seine Verwendungsmöglichkeit ist stark begrenzt, da seine Dielektrizitåtskonstante sehr temperaturabhängig ist. Es hat einmal eine hohe Spitze der Dielektrizitätskonstanten in der Nähe von 1200C und zeigt einen Uebergang bei etwa OOC. Es wurden schon viele Versuche gemacht um die Temperatureigenschaften des Bariumtitanats zu verbessern.
Die Zugabe von Oalciumtitanat, Magnesiumtitanat und auch anderen Stoffen bewirkt eine Abflachung des steil ansteigenden Maximums der Vielektrizitätskonstanten, jedoch wurden durch diese IIassnahmen die Werte für die Dielektrizutätskonstanten so stark herabgesetzt, dass die Verwendbarkeit sehr stark eingeschränkt ist.
Andere hoch dielektrische laterialien zeigen ähnliche Temperaturabhängigkeit des Widerstands sowie niedere Q-Werte, wodurch sie für die pranktische Verwendbarkeit schlecht brauchbar sind.
Keramische Dielektrika mit einem negativen Temperaturkoefizienten der Dielektrizitätskonstanten sind besonders vorteilhaft als Kapazitanzelemente für die unmittelbare Frequenzumwandlung, aber es war bisher ein schwieriges Problem Kondensatoren mit niederem negativen Temperaturkoefizienten zu bekommen.
Es ist Aufgabe der Erfindung neue keramische Kompositionen zu schaffen die hohe dielektrische Werte mit einer verbesserten Temperaturabhängigkeit und hohen Q-werten verbinden.
Gemäss der Erfindung ist das keramische Dielektrikum aus SrTiO3, CaTiO3 und Bi2O3.xTiO2 zusammengesetzt. x bedeutet eine Zahl von 3 bis 9.
Die Dreiecksdiagramme der Figuren 1, 2 und 3 zeigen die Aenderungen der dielektrischen Eigenschaften in Abhängigkeit von den Mischungsverhältnissen zwischen SrTiO3, CaTiO3 und Bi2O3.3TiO2.
Die Anteilmengen dieser Komponenten sind in Gewichts-% angegeben.
Die anden einzelnen Punkten der Diagramme stehenden Zahlenwerte beziehen sich in Fig. 1 auf die Dielektrizitätskonstante (g ), gemessen bei 1000' Hertz, in Fig. 2 auf den Q-Wert und in Fig. 3 auf den Temperaturkoefizienten der Dielektrizitätskonstanten (TC).
Fig. 4 zeigt, wie diese Eigenschaften abhängen vom Mol-Verhältnis x von Titanoxid (TiO2) zu Wismuthoxid (Bi203), und zwar für-spezielle mischungen bei denen 60 Gew.-% SrTiO3 und 30 Gew.-% CaTiO3 verwendet wurden und der Rest aus Bi203xTiO2 mit Werten für x von 0,5 bis 9 besteht.
Zur Herstellung der erfindungsgemassen Keramika werden zunächst SrTiO3 und CaTiO3 bei Temperaturen von 1000 bis 12500C vorgesintert, dann zu Pulver vermahlen und mit Bi2O3 und fiO2 vermischt.
Das Gemisch wird zu den gewunschten Formkörpern gepresst und bei Temperaturen von 1300 bis 13600C fertiggebrannt.
Die Vorsinterung von SrTiO3 und CaTiO3 ist vorteilhaft, da diese die katerialien vor ungünstigen Einwirkungen von Feuchtigkeit und anderen Faktoren schützt und es eine zuverlassigere Herstellung der Formkörper gewährleistet.
Die bevorzugten Mischungsverhäitni sse sind: SrTiO3 1 55 bis 75 Gew.-% CaTiO3 = 15 bis 30 Gew.-% Bi2O3xTiO2 = 5 bis 20 Gew.-o x liegt in dem Bereich von 3 bis 9.
Mit Mischungsverhältnissen innerhalb dieser Grenzen erhält man, wie aus den Figuren 1 bis 3 ersichtlich ist, keramisches Material, das zugleich hohe dielektrische Werte und die begehrten niederen und negativen Werte für den Temperaturkoefizienten aufweist. Wenn man beim Mol-Verhältnis zwischen Ti02 und Bi203 die für x angegebenen Grenzen überschreitet, erhält man einen unerwünscht hohen Temperaturkoefizienten, wie dies aus Fig. 4 zu ersehen ist.
Die Gemische lassen sich leichter fertigbrennen wenn man eine Geringe Menge MnCO3 als Mineralisator zusetzt. Man erhält auch hierdurch gleichmässigere dielektrische Eigenschaften, obwohl auch allein mit den erstegenannten Stoffen vorteilhafte Eigenschaften erzielt werden können.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird ein Ausführungsbeispiel angegeben.
Beispiel Es wurden folgende Mischungsverhältnisse gewählt: SrTiO3 60 Gew.-% CaTiOf - 25 Gew.-jó Bi2O33TiO2 15 Gew.-%.
Die Rohmaterialien waren chemisch rein. SrC03, 0a003 und TiO2 wurden dem genannten Gewichtsverhältnis entsprechend abgewogen und in einem wischer gründlich gemischt, dann getrocknet und währen 2 Stunden bei einer Temperatur um 100000 in oxidierender Atmosphäre vorgesintert. Danach wurde das Material zerkleinert und zu feinen Teilchen vermahlen. Dann wurde es gemiScht mit der entsprechenden Menge von Bi2O33TiO2 und einem geringen Zusatz von MnCO3 als mineralisator. Nach Zusatz eines Bindemittels z.B. folyvinylalkohol wurde das Gemisch zu Scheiben verpresst und während 2 Stunden bei 13000C in oxidierender Athmosphäre fertiggebrannt. Die so gefertigten Keramikkörper hatten folgende Eigenschaften: Dielektrizitätskonstante (g ) 409 Temperaturkoefizient der Dielektrizitätskonstanten (TC) -855x10-6/°C Q-Wert 310 iuach diesem Verfahren wurden mit verschiedenen Mischungsverhältnissen weitere Keramikkörper hergestellt, deren Eigenschaften aus nachfolgender Tabelle ersichtlich sind. In der Tabelle bedeuten E Dielektrizitätskonstante, TC Temperaturkoefizient der Dielektrizitätskonstanten, Q = Q-«lert. Alle Werte wurden bei 250C und einer Frequenz von 1000 Hertz gemessen.
Mischung Zusammensetzung Gemessene Werte Nr. (Gew.-%) (1 kHz, 250C) SrTiO3 CaTiO3 Bi2O3. # TC10-6/°C Q 3TiO2 1 60 20 10 346 -1290 968 2 63 27 10 356 - 965 715 3 70 20 10 425 -1800 644 4 55 25 20 461 -1060 180 5 65 30 5 309 -1340 2091 6 65 15 20 553 -1840 260 7 75 15 10 456 -2040 972 8 75 20 5 384 -1870 1457

Claims

Patentansprüche S Keramisches Dielektrikum dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Gemisch von 55 - 75 Gew.-% SrTiO3, 15 - 30 Gew.-% CaGiO3 und 5 - 20 Gew.-0/c Bi203xTiO2 besteht, wobei x im Bereich von 3 - 9 liegt.
2) Keramisches Dielektrikum nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch ein geringer Zusatz an MnC03 als Mineralisator zugegeben ist.
3) Verfahren zur Herstellung eines keramischen Dielektrikum nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass zunächst SrTiO3 und CaTiO3 in den vorgegebenen Gewichtsmengen bei Temperaturen von 1000 bis 12500C vorgesintert werden, dann fein vermahlen und mit Bi203 und TiO2 vermischt und dieses Gemisch nach Formgebung bei Temperaturen von 1300 bis 17600C fertiggebrannt werden.
4) Verfahren zur Herstellung eines keramischen Dielektrikum nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass zunächst SrCO3, CaGO3 und TiO2 in entsprechenden Gewichtsmengen gemischt und während etwa 2 Stunden bei Temperaturen um 1000°C in oxidierender Athmosphäre vorgesintert werden, danach fein vermahlen, das Bi203xTiO2 und der Mineralisator MnCO3 zugemischt.werden und die aus diesem Gemisch gepressten Formkörper während 2 Stunden bei etwa 13000C in oxidierender Athmosphäre fertiggebrannt werden.