DE2343142C3 - Non-porous ceramic dielectric and means for its preparation - Google Patents
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Description
Aus der US-PS 23 98 088 ist ein Kondensator in Form eines verglasten Produktes bekannt, in dem TiO2 mit hoher Dielektrizitätskonstante und einen negativen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante und eine Verbindung eines seltenen Erdmetalls mit hoher Dielektrizitätskonstante und einem geringen Leistungsfaktor sowie einem positiven Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante eingebettet sind. Mit derartigen Dielektrika erreicht man im allgemeinen Dielektrizitätskonstanten in der Größenordnung von etwa 40. Aus der US-PS 36 19 220 ist ein Dielektrikum bekannt, dessen Vorteil eine tiefere Brenntemperatur sein soll und welches in Glasbindung Titanate, Zirkonate und Stannate von Seltenen Erdmetallen enthält. In der glasigen Flußmittelphäse kann u. a. Wismut oder Calciumoxid vorliegen. Dieses Delektrikum ist außerordentlich empfindlich auf AHern, wobei die Kapazität rapide absinkt. Darüber hinaus hat dieses bekannte Dielektrikum einen relativ niederen Ableitungswiderstand. Ähnlich ist das aus der US-PS 82 766 bekannte Dielektrikum in Form einer Glaskeramik, deren keramische Phase Oxide von Magnesium, Calcium und Seltenen Erdmetallen als Titanate enthält.US-PS 23 98 088 discloses a capacitor in the form of a vitrified product in which TiO 2 with a high dielectric constant and a negative temperature coefficient of the dielectric constant and a compound of a rare earth metal with a high dielectric constant and a low power factor and a positive temperature coefficient of the dielectric constant are embedded. With such dielectrics, dielectric constants of the order of magnitude of about 40 are generally achieved. US-PS 36 19 220 discloses a dielectric whose advantage is said to be a lower firing temperature and which contains titanates, zirconates and stannates of rare earth metals in a glass bond. Bismuth or calcium oxide, among others, can be present in the glassy flux phase. This dielectric is extremely sensitive to AH, whereby the capacity drops rapidly. In addition, this known dielectric has a relatively low discharge resistance. A similar dielectric is known from US Pat. No. 82,766 in the form of a glass ceramic, the ceramic phase of which contains oxides of magnesium, calcium and rare earth metals as titanates.
Die Glasphase ist ein Oxidgemisch von Cadmium, Wismut, Blei, Aluminium und Silicium. Körper N 750 aus solchen Dielektrika haben Dielektrizitätskonstanten in der Größenordnung von etwa 75, während diese bei anderen üblichen Produkten nur bei etwa 36 liegen dürften.The glass phase is an oxide mixture of cadmium, bismuth, lead, aluminum and silicon. N 750 bodies made from such dielectrics have dielectric constants in the order of about 75, while these are probably only about 36 for other common products.
&iacgr;&ogr; Aufgabe der Erfindung ist nun, ein Dielektrikum, welches sich durch eine besonders hohe Dielektrizitätskonstante, einen geringen und einstellbaren Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante, geringe dielektrische Verluste und einen hohen Ableitungswiderstand auszeichnet und dicht ist. Ausgehend von einem keramischen Dielektrikum auf der Basis von Seltenen Erdmetall-Titanaten weist das erfin^oigsgemäße, im wesentlichen nichtporöse dichte Dielektrikum eine Dielektrizitätskonstante von etwa 55 bis 90, einen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante von etwa -100 bis +100 · 10-6ZK, tan &dgr; 0,001, insbesondere maximal 0,0003, einen Ableitungswiderstand bei 1500C von £200; insbesondere >1000&OHgr;·&Rgr; auf und enthält etwa 12 bis 20 Mol-% Neodymoxid, etwa 12 bis 20 Mol-% Bariumoxid, etwa 70 bis 60 Mol-% Titandioxid, etwa 1,5 bis 5 Mol-% Wismutoxid, 0 bis etwa 5 Mol-% Zirkoniumoxid, 0 bis etwa 5 Mol-% Zinnoxid» 0 bis etwa 10 Mol-% Calcium- und/oder Strontiumoxid und bis zu 5 Mol-% andere Seltene Erden, wobei die Summe der Oxide von Titan, Zinn und Zirkonium etwa 60 bis 70 Mol-% und die Summe von Barium, Calcium und Strontium etwa 12 bis 25 Mol-% ausmacht. Der Anteil an anderen Seltenen Erden soll vorzugsweise < 10% des Neodymoxid-Gehalts ausma-The object of the invention is to provide a dielectric which is characterized by a particularly high dielectric constant, a low and adjustable temperature coefficient of the dielectric constant, low dielectric losses and a high discharge resistance and which is dense. Starting from a ceramic dielectric based on rare earth metal titanates, the essentially non-porous, dense dielectric according to the invention has a dielectric constant of approximately 55 to 90, a temperature coefficient of the dielectric constant of approximately -100 to +100 · 10- 6 ZK, tan δ 0.001, in particular a maximum of 0.0003, a discharge resistance at 150 0 C of £200; in particular >1000Ω·�R; and contains about 12 to 20 mol% neodymium oxide, about 12 to 20 mol% barium oxide, about 70 to 60 mol% titanium dioxide, about 1.5 to 5 mol% bismuth oxide, 0 to about 5 mol% zirconium oxide, 0 to about 5 mol% tin oxide, 0 to about 10 mol% calcium and/or strontium oxide and up to 5 mol% other rare earths, the sum of the oxides of titanium, tin and zirconium being about 60 to 70 mol% and the sum of barium, calcium and strontium being about 12 to 25 mol%. The proportion of other rare earths should preferably be < 10% of the neodymium oxide content.
j5 chen.j5 chen.
Zur Herstellung des erfindungsgerfiäßen Dielektrikums eignet sich ein Mittel, bestehend im wesentlichen aus etwa 12 bis 20 Mol-% Neodymoxid, etwa 12 bis 20 Mol-% Bariumoxid, etwa 70 bis 60 Mol-% Titandioxid, etwa 1,5 bis 5 Mol-% Wismutoxid, 0 bis etwa 5 Mol-% Zirkoniumoxid, 0 bis etwa 5 Mol-% Zinnoxid, 0 bis etwa 10 Mol-% Calcium- und/oder Strontiumoxid, wobei der Anteil der Seltenen Erden bis etwa 5 Mol-% betragen kann und die Summe der Oxide von Titan, Zinn und Zirkonium etwa 60 bis 70 Mol-% und die von Barium, Calcium und Strontium etwa 12 bis 25 Mol-% betragen kann. Es ist zweckmäßig, wenn die Oxide von Barium, Calcium, Strontium und Wismut in Form ihrer Titanate, Zirkonate oder Stannate vorliegen. Das Seodym kann mit dem Titandioxid vorreagiert sein, wobei dann das Verhältnis der beiden Komponenten etwa 68 :32 bis 52 :48 beträgt.To produce the dielectric according to the invention, a suitable agent is one consisting essentially of about 12 to 20 mol% neodymium oxide, about 12 to 20 mol% barium oxide, about 70 to 60 mol% titanium dioxide, about 1.5 to 5 mol% bismuth oxide, 0 to about 5 mol% zirconium oxide, 0 to about 5 mol% tin oxide, 0 to about 10 mol% calcium and/or strontium oxide, whereby the proportion of rare earths can be up to about 5 mol% and the sum of the oxides of titanium, tin and zirconium can be about 60 to 70 mol% and that of barium, calcium and strontium can be about 12 to 25 mol%. It is useful if the oxides of barium, calcium, strontium and bismuth are present in the form of their titanates, zirconates or stannates. The seodymium can be pre-reacted with the titanium dioxide, in which case the ratio of the two components is approximately 68:32 to 52:48.
Die Brenntemperatur für das erfindungsgemäße Dielektrikum liegt zwischen etwa 1220 und 13000C und kann im Vergleich mit bekannten Dielektrika über weitere Bereiche schwanken.The firing temperature for the dielectric according to the invention is between about 1220 and 1300 ° C and can vary over wider ranges compared with known dielectrics.
Wie erwähnt, zeichnet sich das erfindungsgemäße Dielektrikum durch einen geringen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante innerhalb des NPQ-Bereichs aus, der insbesondere zwischen -30 und +30 &khgr; 10-6/K liegt, so daß sich damit Kondensatoren für Schaltungen hoher Temperaturstabilität herstellen lassen.As mentioned, the dielectric according to the invention is characterized by a low temperature coefficient of the dielectric constant within the NPQ range, which is in particular between -30 and +30 × 10- 6 /K, so that capacitors for circuits with high temperature stability can be produced therewith.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Dielektrikums ist die benötigte Brenntemperatur bei seiner Herstellung. Viele Keramikmaterialien sind in dieser Beziehung sehr empfindlich und müssen in sehr engen Temperaturbereichen gebrannt werden, um zufrieden-Another advantage of the dielectric according to the invention is the firing temperature required during its production. Many ceramic materials are very sensitive in this respect and must be fired in very narrow temperature ranges in order to achieve satisfactory results.
stellende dielektrische Eigenschaften zu erreichen. Damit steigen aber die Herstellungskosten, insbesondere durch hahen Ausschuß. Die erfindungsgemäßen Mittel sind vergleichsweise unempfindlich gegen Schwankungen der Brenntemperatur, die 40 K oder auch 80 K betragen können, wodurch die Herstellung von hochwertigen Kondensatoren in sehr wirtschaftlicher Weise gelingt.to achieve satisfactory dielectric properties. However, this increases production costs, in particular due to high levels of waste. The agents according to the invention are relatively insensitive to fluctuations in firing temperatures, which can be 40 K or even 80 K, which means that high-quality capacitors can be produced very economically.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Dielektrikums gibt es verschiedene Möglichkeiten. Man kann die Bestandteile mehrere Stunden naß mahlen, insbesondere in einer Kugelmühle. Die Mahlzeit hängt vom Wassergehalt des Mahlgutes, der Kugelgröße, der Mühlenfüllung usw. ab.There are various possibilities for producing the dielectric according to the invention. The components can be wet ground for several hours, particularly in a ball mill. The grinding time depends on the water content of the material to be ground, the size of the balls, the filling of the mill, etc.
Nach dem Mahlen wird der ausgetragene Schlicker in 1&iacgr; üblicher Weise getrocknet, z. B. auf Horden oder Bändern oder durch Sprühtrocknen. Das trockene Material wird gegebenenfalls granuliert, um große Stücke zu zfcrileinern. Wurde auf einer Horde getrocknet, so kann ein trockener Kuciien vorliegen, der sich bereits durch Durchdrücken durch ein grobes Sieb zerteilen läßt, wie durch ein Sieb mil einer Maschenweite von etwa 1,65 mm.After grinding, the discharged slip is dried in the usual way, e.g. on trays or belts or by spray drying. The dry material is granulated if necessary in order to break up large pieces. If it has been dried on a tray, a dry slip may be present which can be divided by pressing it through a coarse sieve, such as a sieve with a mesh size of about 1.65 mm.
Nun wird bei einer Temperatur zwischen etwa 1000 und 12000C in oxidierender Atmosphäre gebrannt, so daß alle Bestandteile als Oxide vorliegen.Now it is fired at a temperature between about 1000 and 1200 0 C in an oxidizing atmosphere so that all components are present as oxides.
Bei diesen oxidischen Massen kann es sich um kombinierte Stoffe von zwei oder mahreren Oxiden, wie Bariumtitanat, Bariumzirkonat, Bariumstannai, Wismutzirkonat, Calciun'-.irkonat und die Titanate von Wismut, jo Calcium oder Strontium hande'i. Die Oxide der Erdalkalien (Barium, Calcium und Strontium) sind mit Wasser und Kohlendioxid reaktion^Shig. Demzufolge werden sie für die erfindungsgemäßen Massen in vorreagierter Form als Doppeloxide, wie die Titanate. Zirkonate oder Stannate, eingesetzt.These oxidic masses can be combined substances of two or more oxides, such as barium titanate, barium zirconate, barium stannium, bismuth zirconate, calcium irconate and the titanates of bismuth, calcium or strontium. The oxides of the alkaline earths (barium, calcium and strontium) are reactive with water and carbon dioxide. Accordingly, they are used for the masses according to the invention in pre-reacted form as double oxides, such as the titanates, zirconates or stannates.
!n dem zu brennenden Gemisch kann man auch als Ausgangsmaterial Stoffe anwenden, die keine Oxide sind, jedoch beim Brennen in die Oxide übergehen. So kann man den Neodymoxidgehalt in Form von Neodymcarbonat oder -oxalat bzw. als Oxidhydrat oder Hydroxid einsetzen.!In the mixture to be burned, substances that are not oxides can also be used as starting materials, but which turn into oxides when burned. The neodymium oxide content can be used in the form of neodymium carbonate or oxalate or as oxide hydrate or hydroxide.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Neodymoxid zuerst mit Titanoxid in einem Gewichtsverhältnis von etwa 68:32 bis 52 :48 vorzumischen und zusammen mit Wasser in einer Kugelmühle zu homogenisieren. Dieser Schlicker wird dann getrocknet und eventuell gebildete Klumpen aufgebrochen. Anschließend wird wieder bei etwa 1000 bis 12000C in oxidierender Atnosphäre gebrannt.Another possibility is to first pre-mix the neodymium oxide with titanium oxide in a weight ratio of about 68:32 to 52:48 and homogenize it together with water in a ball mill. This slip is then dried and any lumps that may have formed are broken up. It is then fired again at about 1000 to 1200 0 C in an oxidizing atmosphere.
Nach dem Brennen des Gemisches von Neodymoxid und Titanoxid wird das gebrannte Material zusammen mit den anderen Bestandteilen in einer Kugelmühle gemischt, der Schlicker getrocknet und der Kuchen gegebenenfalls granuliert. Es folgt dann der Brand bei etwa 1000 bis 1200° C in oxidierender Atmosphäre. Das Brennen ist nicht erforderlich, wenn alle Bestandteile sich bereits in vorreagiertem Zustand befinden. Das Neodymoxid kann - wie oben erwähnt - in einem , vorreagierten Zustand vorliegen. Bariumtitanat, Bari- 60-umzirkonat, Calciumtitanat, Calciumstannat, Wismuttitanat und Wismutzirkonat werden analog hergestellt. Wenn auch Titanate, Stannate und/oder Zirkonate eingesetzt werden, so kann die letzte Brennstufe entfallen, jedoch ist es in manchen Fällen vorzuziehen, abschließend nochmals zu brennen.After firing the mixture of neodymium oxide and titanium oxide, the fired material is mixed together with the other components in a ball mill, the slip is dried and the cake is granulated if necessary. This is followed by firing at around 1000 to 1200° C in an oxidizing atmosphere. Firing is not necessary if all components are already in a pre-reacted state. The neodymium oxide can - as mentioned above - be in a pre-reacted state. Barium titanate, barium 60-um zirconate, calcium titanate, calcium stannate, bismuth titanate and bismuth zirconate are produced in a similar way. If titanates, stannates and/or zirconates are also used, the last firing stage can be omitted, but in some cases it is preferable to fire again at the end.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Dielektrika ist darin zu sehen, daß sie im wesentlichen nichtporös sind. Die Porosität bestimmt man im allgemeinen mit Hilfe des Tintentests. Dabei wird ein Dielektrikum in 30 s in Tinte getaucht dann herausgenommen, schnell mit Wasser abgespült und die Oberflächen mit einem trockenen Tuch abgewischt. Wenn das Material im wesentlichen nichtporös ist. zeigt sich an der Oberfläche keine sichtbare Tintenverfärbung. Ein solches Material wird mit 1 bewertet. Wenn sich eine leichte Oberflächenanfärbung ergibt, so wird dies mit 2 bewertet. Stellt man ein gewisses Eindringen von Tinte in den Körper fest und ist zusätzlich die Oberfläche eingefärbt, so entspricht dies dem Wert 3. Wenn eine größere Penetration in den Körper beobachtet wird, so erhält das Material den Wert 4. Nach obigen Prüfbedingungen ergeben die erfindungsgemäßen Dielektrika fast immer den Wert 1, was die im wesentlichen porenfreie Struktur beweist. Die für diesen Versuch anzuwendende Tinte ist nicht kritisch; man kann eine beliebig wäßrige Tinte oder Farbstoffe anwenden.A significant advantage of the dielectrics according to the invention is that they are essentially non-porous. Porosity is generally determined using the ink test. A dielectric is immersed in ink for 30 seconds, then removed, quickly rinsed with water and the surfaces wiped with a dry cloth. If the material is essentially non-porous, no visible ink discoloration is seen on the surface. Such a material is rated 1. If there is slight surface discoloration, this is rated 2. If a certain penetration of ink into the body is observed and the surface is also colored, this corresponds to a value of 3. If a greater penetration into the body is observed, the material is given a value of 4. Under the above test conditions, the dielectrics according to the invention almost always give a value of 1, which proves the essentially pore-free structure. The ink used for this test is not critical; you can use any aqueous ink or dye.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Dielektrika kann man die Mengenanteile der Bestandteile im Versatz so wählen, daß die entsprechenden Werte für die Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante erhalte'n werden. Titanoxid. Neodymoxid und Wismutoxid verschieben den Temperaturkoeffizient gegen die positive Seite; Calcium-, Strontium-, Zirkonium- und Zinkoxid auf die negative Seite. Wismuttitanat und Bariumtitanat sind fast neutral: durch Erhöhen der auf die negative Seite verschiebenden Bestandteile erhält man ein Dielektrikum mit einem mehr negativen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante. Umgekehrt führt eine Erhöhung der positiv verschiebenden Bestandteile zu mehr positiven Werten der Temperaturkoeffizienten für die Dieiekiriziiäiskonstante. When producing the dielectrics according to the invention, the proportions of the components in the mixture can be chosen so that the corresponding values for the temperature coefficients of the dielectric constant are obtained. Titanium oxide. Neodymium oxide and bismuth oxide shift the temperature coefficient towards the positive side; calcium, strontium, zirconium and zinc oxide to the negative side. Bismuth titanate and barium titanate are almost neutral: by increasing the components shifting to the negative side, a dielectric with a more negative temperature coefficient of the dielectric constant is obtained. Conversely, increasing the positively shifting components leads to more positive values of the temperature coefficients for the dielectric constant.
Verschiedene Stoffe, wie Mineralisatoren oder elektrische Modifikatoren. können in geringen Anteilen von etwa 0,1 bis 1 Gew.-% vorhanden sein, wie Siliciumdioxid, Kobaltoxid, Mangandioxid, Zinkoxid, Zinktitanat, Nioboxid und Tantaloxid.Various substances, such as mineralizers or electrical modifiers, can be present in small amounts of about 0.1 to 1% by weight, such as silicon dioxide, cobalt oxide, manganese dioxide, zinc oxide, zinc titanate, niobium oxide and tantalum oxide.
Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert. Alle Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht, wenn nicht anders angegeben.The invention is further explained using the following examples. All parts and percentages are by weight unless otherwise stated.
Die Ausgangsstoffe wurden in einer Kugelmühle gemahlen, der Mühlenaustrag getrocknet, granuliert und in oxidierender Atmosphäre bei 11500C gebrannt. Bei den Beispielen 1 bis 7 wurde Neodym- und Titanoxid in der Kugelmühle gemahlen, getrocknet, granuliert und bei 1150°C in oxidierender Atmosphäre vorreagiert und das Neodymtitanat dann zusammen mit den anderen Bestandteilen gemahlen, getrocknet, granuliert und bei 115O0C in oxidierender Atmosphäre gebrannt. Bei den Beispielen 7 bis 13 erfolgte kein Vorreagieren des Neodyms und Titanoxids in obigem Sinne, sondern sie wurden getrennt den anderen Bestandteilen zugesetzt, dann getrocknet, granuliert und bei 11500C in oxidierender Atmosphäre gebrannt.The starting materials were ground in a ball mill, the mill output dried, granulated and fired in an oxidizing atmosphere at 1150 0 C. In Examples 1 to 7, neodymium and titanium oxide were ground in the ball mill, dried, granulated and pre-reacted at 1150 ° C in an oxidizing atmosphere and the neodymium titanate was then ground together with the other components, dried, granulated and fired at 1150 0 C in an oxidizing atmosphere. In Examples 7 to 13, the neodymium and titanium oxide were not pre-reacted in the above sense, but were added separately to the other components, then dried, granulated and fired at 1150 0 C in an oxidizing atmosphere.
Die keramischen Materialien nach Tabelle I wurden dann zu keramischen dielektrischen Körpern verarbeitet. Dies geschah durch Mahlen des keramischen Materials in einer Kugelmühle während etwa 20 h mit einem Acrylat-Binder, und zwar auf 100 Teile Keramikpulver wurden etwa 50 Teile Kunststoff und zusätzlich 50 bis 100 Teile Chlorkohlenwasserstoff alsThe ceramic materials according to Table I were then processed into ceramic dielectric bodies. This was done by grinding the ceramic material in a ball mill for about 20 hours with an acrylate binder, namely for 100 parts of ceramic powder, about 50 parts of plastic and an additional 50 to 100 parts of chlorinated hydrocarbon as
Lösungsmittel und etwa 0,4 bi£ 0,5 Teile Weichmacher
eingebracht. Nach dem Mahlen wurde der Mühleninhalt auf eine Glasplatte gegossen und konnte nach
Einstellung der Dicke der aufgetragenen Masse zu einer Schichtstärke von etwa 76 &mgr;&tgr;&eegr; bei Raumtemperatur an
der Luft trocknen. Diese Schicht wurde in rechteckige Stückchen von etwa 76 &khgr; 25 mm geschnitten und ein
Stapel dieser Stückchen kurze Zeit (etwa 10 bis 20 s) unter einem Druck von etwa 4,5 &igr; verpreßt, so daß man
einen Körper mit einer Stärke von etwa 0,66 bis 0,71 mm erhielt. Dieses Material wurde in 12,7 mm
Würfel geteilt und diese in eimern elektrischen Tunnelofen auf Zirkoniumoxid-Tragplatten gebrannt.
Der Ofen arbeitete mit einem 7-Stundenprogramm, d. h. etwa 7 h betrug die Durchlaufzeit durch den Ofen,
wobei das Material etwa 1 h bei den Brenntemperaturen, wie sie in folgender Tabelle angegeben sind,
verblieb.
Die gegenüberliegenden Seiten der Körper, die um etwa 25% geschrumpft waren, wurden mit einem
Silberleitlack bestrichen, dieser getrocknet und etwa min bei 815° C gehalten, um den Lack zum Verfließen
zu bringen. Nun wurden die beiden leitenden Schichten kontaktiert und die elektrischen Messungen zursolvent and about 0.4 to 0.5 parts of plasticizer were added. After grinding, the mill contents were poured onto a glass plate and, after adjusting the thickness of the applied mass to a layer thickness of about 76 μιη, was allowed to dry in the air at room temperature. This layer was cut into rectangular pieces of about 76 x 25 mm and a stack of these pieces was pressed for a short time (about 10 to 20 s) under a pressure of about 4.5 μm, so that a body with a thickness of about 0.66 to 0.71 mm was obtained. This material was divided into 12.7 mm cubes and these were fired on zirconium oxide support plates in an electric tunnel furnace. The furnace worked with a 7-hour program, ie the passage time through the furnace was about 7 hours, with the material remaining for about 1 hour at the firing temperatures as given in the following table.
The opposite sides of the bodies, which had shrunk by about 25%, were coated with a silver conductive lacquer, which was dried and kept at 815° C for about 15 minutes to make the lacquer flow. The two conductive layers were then contacted and the electrical measurements for the
&iacgr;&ogr; Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften des Dielektrikums vorgenommen. Die Herstellung des Dielektrikums selbst ist die übliche Arbeitsweise und nicht Gegenstand vorliegender Erfindung. Die neuen Dielektrika können auch auf andere Weise gebildet werden.&iacgr;&ogr; Determination of the dielectric properties of the dielectric. The production of the dielectric itself is the usual procedure and not the subject of the present invention. The new dielectrics can also be formed in other ways.
20 20 25 20 22 22 24 24 24 24 24 14 2020 20 25 20 22 22 24 24 24 24 24 14 20
20 20 15 1220 20 15 12
10 10 10 1010 10 10 10
10 1010 10
*) Gew.-%*) % by weight
Brenntemperatur: Beispiel 1 1240 C" Beispiel 2-13 1280 CFiring temperature: Example 1 1240 C" Example 2-13 1280 C
1010
Brennzeit: etwa 1 hBurning time: about 1 hour
60
60
60
64
66
66
6060
60
60
64
66
66
60
25,225.2
25,225.2
25,225.2
26,926.9
27,727.7
27,727.7
25,225.2
2525
2525
26,526.5
2525
3232
2525
34,834.8
34,834.8
34,834.8
37,137.1
38,338.3
38.338.3
34,834.8
33,533.5
87 87 81 79 75 78 69 67 66 78 70 55 8087 87 81 79 75 78 69 67 66 78 70 55 80
-17 -17 -07 -08 -19 -33 -66 + + -27 +24 +49 +-17 -17 -07 -08 -19 -33 -66 + + -27 +24 +49 +
!300!300
18001800
30003000
60006000
48004800
28002800
1700017000
3000030000
38003800
&Iacgr;200&Iacgr;200
50005000
18001800
Beispiel BaO') CaO') Bi2O3*) Nd2O3') TiO2*) SnO3*) ZrO2*) BaO/CaO*) TiO2/SnO2/ZrO2*)Example BaO') CaO') Bi 2 O 3 *) Nd 2 O 3 ') TiO 2 *) SnO 3 *) ZrO 2 *) BaO/CaO*) TiO 2 /SnO 2 /ZrO 2 *)
9
10
11
12
13
*) Mol-%9
10
11
12
13
*) Mol-%
12.5 12.5 15,2 14,2 15,6 13,0 17,6 17,7 14,1 13,7 13,7 8,6 15,612.5 12.5 15.2 14.2 15.6 13.0 17.6 17.7 14.1 13.7 13.7 8.6 15.6
2,72.7
4,5 4,5 5,94.5 4.5 5.9
4,7 4,7 3,4 2,7 1,8 1,8 2,3 2,2 2,2 2,1 2,1 2,3 1,84.7 4.7 3.4 2.7 1.8 1.8 2.3 2.2 2.2 2.1 2.1 2.3 1.8
15,1 15,1 14,6 15,6 16,4 15,7 14,4 14,6 14,1 13,2 13,9 18,7 16,415.1 15.1 14.6 15.6 16.4 15.7 14.4 14.6 14.1 13.2 13.9 18.7 16.4
67,7 66,7 66,8 65,4 64,2 64,1 62,7 62,5 60,6 62,0 61,9 70,4 64,2 2,767.7 66.7 66.8 65.4 64.2 64.1 62.7 62.5 60.6 62.0 61.9 70.4 64.2 2.7
2,0 23,052.0 23.05
67,5 66,2 66,8 65,7 65,5 65,1 66,5 64,467.5 66.2 66.8 65.7 65.5 65.1 66.5 64.4
66,266.2
Bei dem in den Beispielen angewandten Neodymoxid handelte es sich um ein handelsübliches Produkt mit einer Reinheit von 95% (Rest andere Seltene Erden). Bei dem in der Tabelle erwähnten Wismuuiianat handelte es sich um ein Doppeloxid von etwa 72 bis 74 •Gew.-% Wismutoxid und 27 bis 25 Gew.-% Titandioxid. Das Wismutzirkonat war ein Doppeloxid von etwa 72 Gew.-% Wismutoxid und 27 Gew.-% Zirkoniumdioxid, enthaltend etwa 1 Gew.-% Siliciumdioxid. In dem f, J vorreagierten Neodymoxid/Titandioxid betrug dasThe neodymium oxide used in the examples was a commercially available product with a purity of 95% (the remainder being other rare earths). The bismuth zirconate mentioned in the table was a double oxide of about 72 to 74 wt.% bismuth oxide and 27 to 25 wt.% titanium dioxide. The bismuth zirconate was a double oxide of about 72 wt.% bismuth oxide and 27 wt.% zirconium dioxide, containing about 1 wt.% silicon dioxide. In the pre-reacted neodymium oxide/titanium dioxide, the
Gewichtsverhähnis 58 :42. Wie erwähnt, waren in den Beispielen 1 bis 7 Neodymoxid und Titandioxid vorreagiert; die in der Tabelle angegebenen Werte sind die Gesamtwerte für Titandioxid und Neodymoxid in dam vorreagierten Zustand innerhalb des Versatzes. Bei den Beispielen 8 bis 13 lagen im Versatz die beiden Oxide getrennt vor.Weight ratio 58:42. As mentioned, in Examples 1 to 7 neodymium oxide and titanium dioxide were pre-reacted; the values given in the table are the total values for titanium dioxide and neodymium oxide in the pre-reacted state within the batch. In Examples 8 to 13 the two oxides were present separately in the batch.
Bei den in den Beispielen genannten Äusgangsmaterialien handelte es sich um handelsübliche Produkte. Das Bariumtitanat enthielt 33,5 bis 33,9 Gew.-% TiO2 und 64,2 bis 63,8 Gew.-% BaO neben geringen Anteilen von SiOj, Al2Oj, SrO und Na2O. Das Bariumzirkonat enthielt 41 bis etwa 44 Gew.-% ZrO2, 55 bis 53 Gew.-% BaO, etwa 2 bis 3 Gew.-% SiO2 und geringe Anteile an TiO2 und AI2O3. Das Calciumstannat enthielt 64,8% Zinnoxid und 23,91% Calciumoxid, das Calciumtitanat 39 bis 41 % CaO und 59 bis 55% TiO2 neben geringen Anteilen an SiO2 und Al2O3. Calciumzirkonat enthielt 65 bis 68,5% ZrO2, etwa 31 bis 28% CaO und etwa 3 bis 4% SiO2 mit geringen Anteilen an TiO2UnUAl2OiThe starting materials mentioned in the examples were commercially available products. The barium titanate contained 33.5 to 33.9 wt.% TiO 2 and 64.2 to 63.8 wt.% BaO as well as small amounts of SiOj, Al 2 Oj, SrO and Na 2 O. The barium zirconate contained 41 to about 44 wt.% ZrO 2 , 55 to 53 wt.% BaO, about 2 to 3 wt.% SiO 2 and small amounts of TiO 2 and Al 2 O 3 . The calcium stannate contained 64.8% tin oxide and 23.91% calcium oxide, the calcium titanate 39 to 41% CaO and 59 to 55% TiO 2 as well as small amounts of SiO 2 and Al 2 O 3 . Calcium zirconate contained 65 to 68.5% ZrO 2 , about 31 to 28% CaO and about 3 to 4% SiO 2 with small amounts of TiO 2 UnUAl 2 Oi
Bei den &egr;-Werten handelt es sich um die Dielektrizitätskonstanten der Keramikkörper bei 25°C. Bei gleicher Temperatur wurden die Werte für denThe &egr; values are the dielectric constants of the ceramic bodies at 25°C. At the same temperature, the values for the Verlustfaktor bei 1 kHz ermittelt. Die Angaben zum Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante verstehen sich über den Temperaturbereich von 25 bis 125° C.Loss factor determined at 1 kHz. The information on the temperature coefficient of the dielectric constant applies to the temperature range from 25 to 125° C.
Aus der Tabelle 1 geht klar hervor, daß die erfindungsgemäßen Keramikmaterialien &egr;-Werte in der Größenordnung von etwa 50 bis 90 besitzen und gleichzeitig relativ niedere Temperaturkoeffizienien der Dielektrizitätskonstante zeigen. Die höherenIt is clear from Table 1 that the ceramic materials according to the invention have ε values in the order of about 50 to 90 and at the same time show relatively low temperature coefficients of the dielectric constant. The higher
&iacgr;&ogr; &egr;-Werte werden erreicht, ohne daß dies auf Kosten der Stabilität der Dielektrizitätskonstante bei variierenden Temperaturen geht. Die dielektrischen Verluste sind gering. Die Werte für den Ableitungswidersiand ergeben sich bei 500 V während 2 min aus demε values are achieved without compromising the stability of the dielectric constant at varying temperatures. The dielectric losses are low. The values for the leakage resistance are obtained at 500 V for 2 minutes from the Widerstand des Dielektrikums. Die Kapazität und der Widerstand des Dielektrikums wurde bei 125° C gemessen. Das Produkt von Kapazität und Widerstand ist dann der Äbieitungswiderstand.Resistance of the dielectric. The capacitance and resistance of the dielectric were measured at 125° C. The product of capacitance and resistance is then the conduction resistance.
Dielektrikums konstant ist und eine Basis für den Vergleich von Kondensatoren unterschiedlicher Größe liefert. Hohe Werte zeigen, daß die elektrischen Verluste der erfindungsgemäßen Dielektrika gering sind, so daß man sie in Kondensatoren mit sehr hohendielectric and provides a basis for comparing capacitors of different sizes. High values show that the electrical losses of the dielectrics according to the invention are low, so that they can be used in capacitors with very high
Aus der Tabelle II ergibt sich, daß in den erfindungsgemäßen Dielektrika mit überragenden Eigenschaften die Anteile an Metalloxiden in obigen Bereichen liegen. Wenn man Beispiel 11 wiederholt.Table II shows that in the dielectrics according to the invention with outstanding properties, the proportions of metal oxides are in the above ranges. If Example 11 is repeated.
jedoch anstelle Calciumtitanat Strontiumtitanat einsetzt, so erhält man ebenfalls ein Dielektrikum mit guten elektrischen Eigenschaften.However, if strontium titanate is used instead of calcium titanate, you also get a dielectric with good electrical properties.
Claims (5)
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---|---|---|---|
DE19732343142 DE2343142C3 (en) | 1973-08-27 | 1973-08-27 | Non-porous ceramic dielectric and means for its preparation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19732343142 DE2343142C3 (en) | 1973-08-27 | 1973-08-27 | Non-porous ceramic dielectric and means for its preparation |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2343142A1 DE2343142A1 (en) | 1975-03-06 |
DE2343142B2 DE2343142B2 (en) | 1980-11-27 |
DE2343142C3 true DE2343142C3 (en) | 1987-06-19 |
Family
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Family Applications (1)
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DE19732343142 Expired DE2343142C3 (en) | 1973-08-27 | 1973-08-27 | Non-porous ceramic dielectric and means for its preparation |
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