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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 Temperaturkoeffizienten

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Publication number
DE1280121B
DE1280121B DED43093A DED0043093A DE1280121B DE 1280121 B DE1280121 B DE 1280121B DE D43093 A DED43093 A DE D43093A DE D0043093 A DED0043093 A DE D0043093A DE 1280121 B DE1280121 B DE 1280121B
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DE
Germany
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sintering
production
semiconductor resistor
semiconductor
ceramic dielectric
Prior art date
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Pending
Application number
DED43093A
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English (en)
Inventor
Pedersen Jorgen Kaas
Andersen Viggo Kogs
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Danfoss AS
Original Assignee
Danfoss AS
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Filing date
Publication date
Application filed by Danfoss AS filed Critical Danfoss AS
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Priority to FR996842A priority patent/FR1416206A/fr
Priority to GB49499/64A priority patent/GB1094200A/en
Priority to US416337A priority patent/US3474043A/en
Priority to NL6414368A priority patent/NL6414368A/xx
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Pending legal-status Critical Current

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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
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    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
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    • H01C7/023Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient mainly consisting of non-metallic substances containing oxides or oxidic compounds, e.g. ferrites
    • H01C7/025Perovskites, e.g. titanates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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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
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
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)

Patentansprüche:
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
DED43093A 1963-12-05 1963-12-05 Verfahren zur wahlweisen Herstellung eines keramischen Dielektriums oder eines Halbleiterwiderstandes mit positivem Temperaturkoeffizienten Pending DE1280121B (de)

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FR996842A FR1416206A (fr) 1963-12-05 1964-11-30 Procédé pour fabriquer à volonté un diélectrique céramique ou une résistance semiconductrice présentant un coefficient de température positif
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