DE1280121B - Verfahren zur wahlweisen Herstellung eines keramischen Dielektriums oder eines Halbleiterwiderstandes mit positivem Temperaturkoeffizienten - Google Patents
Verfahren zur wahlweisen Herstellung eines keramischen Dielektriums oder eines Halbleiterwiderstandes mit positivem TemperaturkoeffizientenInfo
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Description
mit positivem Temperaturkoeffizienten durch Sintern *5 unterscheidet, herzustellen,
eines Gemisches herzustellen, das im wesentlichen aus Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung
eines Gemisches herzustellen, das im wesentlichen aus Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung
Bariumtitanat und Zusätzen besteht. Als Beispiele für mit einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert,
solche Zusätze sind neben Yttriumoxyd, Wismutoxyd, Alle Sintergemische können etwa auf die folgende
solche Zusätze sind neben Yttriumoxyd, Wismutoxyd, Alle Sintergemische können etwa auf die folgende
Antimonoxyd, Wolframoxyd und Oxyden der seltenen Weise hergestellt werden: Pulverförmiges Barium-Erden
auch schon Tantalverbindungen genannt wor- so karbonat, Titandioxyd und Tantalpentoxyd, gegeden.
Als Sintertemperaturen werden große Bereiche benenfalls Bleioxyd oder Strontiumkarbonat, werden
zwischen 1000 und 15000C angegeben.
Die beiden Fachgebiete der Herstellung von keramischen Dielektrika und der Halbleiterwiderstände
laufen nebeneinander her. Es wurde bisher immer nur versucht, die Zusätze zum Bariumtitanat so auszuin
den erforderlichen Mengen ausgewogen und in einer Kugelmühle gemischt. Alsdann wird das Gemisch
einer Vorsinterung bei 900 bis 11000C, vorzugsweise
10000C, für etwa 2 Stunden unterworfen. Daraufhin wird die Masse in einer in der keramischen
Technik üblichen Weise, z. B. durch Pressen, in die gewünschte Form gebracht und gesintert.
Bei diesem Sintervorgang entscheidet es sich, ob
zum Bariumtitanat so
wählen, daß entweder ein keramisches Dielektrikum mit optimalen Eigenschaften hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit
der Dielektrizitätskonstante oder
ein Halbleiterwiderstand mit gewünschten Widerstands- 3<
> das Endprodukt ein keramisches Dielektrikum oder werten, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur ein Halbleiterwiderstand wird. Die jeweilige Sinterändern
sollen, erzielt wird. temperatur und Sinterzeit richtet sich nach der je-. Die Erfindung betrifft die überraschende Tatsache, weiligen Zusammensetzung des Sintergemisches,
daß man beim Herstellen eines keramischen Dielektn- Grundsätzlich läßt sich hierbei feststellen:
kums und eines Halbleiterwiderstandes mit positivem Temperaturkoeffizienten mit dem gleichen Ausgangsgemisch
arbeiten kann, wobei sich die unterschiedlichen Endprodukte mit den jeweils gewünschten Eigenschaften
lediglich durch eine unterschiedliche Temperaturbehandlung beim Sintern ergeben. Dies geschieht
dadurch, daß ein Sintergemisch, das im wesentlichen aus Bariumtitanat oder einer Mischung von Stoffen,
die beim Erhitzen im wesentlichen Bariumtitanat ergeben, mit einem Zusatz von 0,05 bis 0,3, vorzugsweise
0,1 bis 0,2 Molprozent Tantalpentoxyd verwendet wird, das bei der Herstellung eines Dielektrikums bei
1150 bis 12800C bzw. bei der Herstellung eines Halbleiterwiderstands
bei 1320 bis 135O0C jeweils in Luft, Sauerstoff oder Stickstoff gesintert wird.
Auf diese Weise lassen sich unter Verwendung der gleichen Ausgangsmaterialien und unter Beibehaltung
der gleichen Verfahrensschritte lediglich durch eine Steuerung der Temperatur und gegebenenfalls der
Zeit beim Sintern die gewünschten Endprodukte erzeugen. Es ist einleuchtend, daß hierdurch eine bestehende
Anlage zur Herstellung solcher elektrischen Keramikteile besser ausgenutzt werden kann und sich
auch die Fertigungskosten verringern lassen.
Insbesondere kann die Sinterzeit für das keramische Dielektrikum größer, vorzugsweise um ein Mehrfaches
größer sein als die Sinterzeit für den Halbleiterwiderstand. Auf diese Weise lassen sich im allgemeinen
Halbleiterwiderstände mit besonders niedrigem Kaltwiderstand herstellen.
Sämtliche Vorbereitungsschritte vor dem Sintern können für die beiden Endprodukte gleich sein. Insbesondere
kann das Sintergemisch unabhängig vom angestrebten Erzeugnis in an sich bekannter Weise bei
a) Wenn in beiden Fällen mit der gleichen Sinterzeit gearbeitet wird, genügen relativ kleine Unterschiede
zwischen den Sintertemperaturen, also beispielsweise 10 bis 500C. In dem Beispiel 4 a der
nachstehenden Tabelle wird von einer Sinterzeit von 60 Minuten ausgegangen. Hierbei beträgt die
Sintertemperatur für die Herstellung eines Dielektrikums 128O0C, während die Sinterzeit für die
Herstellung eines Halbleiterwiderstandes 132O0C
beträgt. Das entspricht einem Temperaturunterschied von 400C. Im Beispiel 6 ergeben sich die
Werte 1225°C/1180°C/45oC.
b) Oftmals ist es zweckmäßig, wenn die Sinterzeit für das keramische Dielektrikum größer oder sogar
wesentlich größer ist als diejenige für den Halbleiterwiderstand. Auf die Beispiele 4 und 4 a der
nachstehenden Tabelle sei verwiesen, aus denen sich ergibt, daß der Kaltwiderstand des Halbleiterkörpers
bei sehr kurzer Sinterzeit von 2 Minuten wesentlich geringer wird als bei einer Sinterzeit von 60 Minuten. Diese Verkürzung der
Sinterzeit hat aber eine Erhöhung der Sintertemperatur zur Folge, so daß zwischen den beiden
Sintertemperaturen für das keramische Dielektrikum und für den Halbleiterwiderstand eine
größere Differenz als die oben angegebene von 10 bis 500C auftritt.
In der Tabelle ist in den Beispielen 1 bis 5 die Tantalpentoxyd-Zusatzmenge
geändert, in den Beispielen 6 bis 9 Bleioxyd zugefügt, im Beispiel 10 gegenüber Beispiel 9 nochmals der Tantalpentoxydanteil verändert
worden. Außerdem wurde in dem Beispiel 4 a
gegenüber dem Beispiel 4 eine Änderung der Sinterzeit und der Sintertemperatur vorgenommen.
In den Diagrammen sind von den Proben der Beispiele 4, 6 und 9 jeweils der Verlauf der Dielektrizitätskonstante
Br (F i g. 1), des Verlustfaktors tg<5 (F i g. 2)
und des relativen Widerstandes R/R25 0C (Fig. 3)
in Abhängigkeit von der Temperatur aufgetragen. Man sieht daraus, daß sich in jedem Fall Dielektrika
und Halbleiterwiderstände mit einwandfrei brauchbaren Eigenschaften ergeben.
IO Für das Sinterverfahren im einzelnen gelten die an
sich üblichen Bedingungen. Insbesondere soll das Sintern in einer oxydierenden oder neutralen Atmosphäre
stattfinden, z. B. in atmosphärischer Luft, Sauerstoff oder Stickstoff. Die Ausgangsmaterialien
sollten möglichst rein sein. Der Ausdruck »im wesentlichen« in Verbindung mit Bariumtitanat soll anzeigen,
daß einer der üblichen Austauschstoffe, z. B. Bleioxyd, Strontiumoxyd, Zinnoxyd, Zirkoniumoxyd u. dgl.,
anwesend sein kann.
Zusammensetzung des Ausgangsmaterials in Mol |
PbO | TiO2 | Ta2O6 | Halbleiterwiderstand | ter- zeit |
spezifischer Widerstand |
Sint tempe ratur |
Keramisches Dielektrikum | 5r- zeit |
spezifischer Widerstand |
relative Di elektrizitäts konstante |
Verlust faktor tg<5 ■ 10-*, |
|
Nr. | BaO | O | 51,75 | 0,050 | Sin tem peratur |
Min. | Ohm cm | 0C | Min. | Ohmcm-lO12 | εΓϊ 25° C | 25° C | |
48,25 | O | 51,75 | 0,0675 | 0C | 2 | 250 | 1270 | 60 | 9 | 2390 | 1,85 | ||
1 | 48,25 | O | 51,75 | 0,075 | 1340 | 2 | 160 | 1270 | 60 | 12 | 2440 | 2,05 | |
2 | 48,25 | O | 51,75 | 0,0825 | 1340 | 2 | 45 | 1265 | 60 | 8 | 2580 | 2,10 | |
3 | 48,25 | 1340 | 2 | 70 | 1280 | 60 | 6 | 2530 | 1,90 | ||||
4 | O | 51,75 | 0,090 | 1340 | 60 | 600 | |||||||
4a | 48,25 | O | 51 | 0,0825 | 1320 | 2 | 50 | 1265 | 60 | 7 | 2330 | 2,10 | |
5 | 49 | 2 | 51 | 0,0825 | 1340 | 60 | 150 | 1180 | 60 | 15 | 1960 | 1,60 | |
6 | 47 | 4 | 51 | 0,0825 | 1225 | 2 | 50 | 1265 | 60 | 4 | 1940 | 2,65 | |
7 | 45 | 6 | 51 | 0,0825 | 1340 | 2 | 50 | 1210 | 60 | 7 | 1450 | 2,50 | |
8 | 43 | 6 | 51 | 0,0750 | 1340 | 2 | 100 | 1265 | 60 | 9 | 1390 | 2,85 | |
9 | 43 | 1340 | 2 | 90 | 1270 | 60 | 8 | 1330 | 2,70 | ||||
10 | 1340 | ||||||||||||
Claims (6)
1. Verfahren zum wahlweisen Herstellen im wesentlichen aus Bariumtitanat mit Tantalpentoxydzusatz
bestehender keramischer Dielektrika oder Halbleiterwiderstände mit positivem Temperaturkoeffizienten
durch Sintern, dadurchgekennzeichnet, daß ein Sintergemisch mit 0,05 bis 0,3, vorzugsweise 0,1 bis 0,2 Molprozent
Tantalpentoxyd verwendet wird, das bei der Herstellung eines Dielektrikums bei 1150 bis 128O0C
bzw. bei der Herstellung eines Halbleiterwiderstands bei 1320 bis 135O0C jeweils in Luft, Sauerstoff
oder Stickstoff gesintert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterzeit für das keramische
Dielektrikum größer, vorzugsweise um ein Mehrfaches größer ist als die Sinterzeit für den Halbleiterwiderstand.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintergemisch unabhängig
vom angestrebten Erzeugnis in an sich bekannter Weise bei Temperaturen von etwa 900 bis 11000C,
vorzugsweise bei 1000° C, vorgesintert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Barium teilweise
durch Strontium oder Blei ersetzt ist.
5. Keramischer Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Verfahren eines der Ansprüche
1 bis 4 hergestellt ist.
6. Widerstand aus halbleitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Verfahren
eines der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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FR1416206A (fr) | 1965-10-29 |
GB1094200A (en) | 1967-12-06 |
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