DE1646723C - Gebrannte dielektrische Masse - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine gebrannte dielektrische Masse, die im wesentlichen aus 10.0 bis 31.0 Molprozent CaO. 5.0 bis 29,0 Molprozent SiO₂ und 40.0 bis 85,0 Molprozent TiO₂ besteht.

Polykristalline keramische Dielektrika sind bekaniit. So wird in der britischen Patentschrift 574 577 eine keramische Masse mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten beschrieben (S. 2. Zeilen 43 und 73/74). In dieser Patentschrift werden jedoch keine Angaben gemacht, was zu tun ist. um einen positiven Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten zu erzielen.

Ferner betrifft die britische Patentschrift 583 494 unter anderem ein keramisches Dielektrikum aus CaO. SiO₂. TiO₂ und Zusätzen aus Bi₂O,. SrO usw. mit einem Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten von -3000 χ 10""/ C bis +100 χ 10""/ C (S. 4, Zeile 82). Auch in dieser Patentschrift findet sich kein Hinweis, daß ein positiver Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstanten bis etwa + 1540 χ 10""/' C bei einer gebrannten dielektrischen Masse erzielt werden könnte, die als Hauptbestandteil CaO und TiO₂ und als Zusatz wenigstens ein Mitglied der aus Al₂O₃, Sb₂O₅, BeO. Bi₂O₃, CdO, Ce₂O₃. PbO, MgO, SiO₂, SnO, ThO₂. ZhO₂ und deren Kombination bestehenden Gruppe enthält.

Nach den bekanntgemachten Unterlagen der deutschen Patentanmeldung P 3515 VIh'ROh ist beabsichtigt, bei einem keramischen Dielektrikum eine hohe Dielektrizitätskonstante und einen stark negativen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten zu erzielen (S. 2, Zeile 8). So wird z. B. in der letzten ⁷eile auf Seite 2 dieser Unterlagen ein Wert von --14I)O .· 10"' C tür Jen Temperaturkoeffizienien der Dielekiri/iiäukonsianien angegeben.

In der deutschen Patentschrift 976 609 ist eine keramische Masse beschrieben. dieCaO.TiO-^und La_< 1. enthalt und. wie der donigen Tabelle auf Seite Z /j entnehmen ist. eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist, doch wird auch dort keine Lehre über emeu positiven lemperaturkoeffizienien der Dielekti:,: tatbkonatanten \ermittelt. Au-* dieser Tatsache L·,,,· der Schluß gezogen werden, daß der Effekt \,._;. La,Oi in einer keramischen Masse von den Hatii■:- bestandteilen dieser Ma-se abhängig ist.

Die deutsche Patentschrift 976 582 schließlich Iv trifft eine dielektrische keramische Masse mit eine:: Temperauirkoef· men der Dieleklnzitatskonsui:· ten von -650 D ' C bis +2(K) χ 10 "/ C.
der dortmen F 1 _. 2 /1. entnehmen ist. Es füllet sie'-. aber auch in dieser Patentschrift Wein Hinweis, v.·, · bei einer gebrannten dielektrischen Masse, die La_;< > und TiO; enthalt ein 1 emperaturkoeffizieni von 0 b. -_r 1540 - 10 " C erhalten werden könnte.

Ziel der Erfindung ist e. nun. eine gebrannte dielektrische Masse, die im wesentlichen aus 10,0 b<31.0 Molprozent CaO. 5.0 bis 29,0 Molprozent Si') und 40.0 bis 85.0 Molprozent TiO₂ besteht, zur Ve. fügung zu stellen, die einen einstellbaren positive!·. Teinperalurkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten \ on annähernd 0 bis -1540 χ 10 ° "C gemeinsam mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten und einem äußerst geringen Verlustfaktor aufweist.

Dieses Zief wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die gebrannte dielektrische Masse außerdem 0.6 bis 7.6 Molpro, ent La₂O₃ enthält. Nach besonderen Ausführungsformen der Erfindung kann das gesamte La₂O₃ in der keramischen dielektrischen Masse der Erfindung durch 0.5 bis 10,0 Molprozent SrO oder 1.0 bis 18.0 Molprozent Nb₂O₅ oder 0.4 bis 8.4 Molprozent Bi₂O, ersetzt sein.

Wie die nachfolgende Tabelle ! veranschaulicht, weist die gebrannte dielektrische Masse der Erfindung im Gegensatz zu anderen gebrannten dielektrischen Masse mit einer außerhalb der Erfindung liegenden Zusammensetzung einen einstellbaren positiven Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten gemeinsam mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten und einem äußerst geringen Verlustfaktor auf. So hat z. B. eine gebrannte dielektrische Masse mit weniger als 10.0 Molprozent CaO einen Verlustfaktor, der größer als derjenige von einer gebrannten dielektrischen Masse mit mehr als 10.0 Molprozent CaO. aber sonst gleicher Zusammensetzung ist. Eine Verringerung des Anteils an SiO₂ unter 5 Molprozent führt zu einer dielektrischen Masse, die einen negativen Temperaturkoeflizicntcn der Dielektrizitätskonstanten aufweist. Durch Verminderung des TiO₂-Gehalts in der keramischen Masse unter 40,0 Molprozent wird die Dielektrizitätskonstante verringert und der Verlustlaktor vergrößert. Eine dielektrische Masse mit mehr als 31,0 Molprozent CaO weist einen negativen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten auf. und eine Erhöhung des SiO₂-Anteils über 29,0 Molprozent führt zu einer gebrannten Masse, die eine niedrigere Dielektrizitätskonstante besitzt. Eine dielektrische Masse mit mehr als 85 Molprozent TiO₂ weist einen höheren Verlustfaktor auf. Darüber hinaus wird die Dielektrizitätskonstante der gebrannten dielektrischen Masse durch Zugabe von La₂O₃, SrO. Nb₂O₅ oder Bi₂O₃ in den gemäß der

Erfindung vorgesehenen Anteilen zu der Cirundmasse nut der angegebenen Zusammensetzung erhöht. Eine Zugabe von weniger als 0.5 Molprozent SrO verbessert die Dielektrizitätskonstante nicht. Zugaben von weniger als 1.0 Molprozent Nb₂O,. 0.4 Molprozei/ Bi₂O., oder 0.6 MolprozeiH La₂Oi haben gleichfalls keinen f.. i-iiiven Einfluß auf die Dielektrizitätskonstante. I ine gebrannte dielektrische Masse mit einem Zusatz von SrO von mehr als 1Ü.0 Molprozent erweist sich als minderwertig und besitzt einen negativen Temperalurkoefiizienten der Dielektrizitätskonstanten. Zusätze von mehr als 18,0 Molprozent Nb₂O₅ oder 8.^J Moiprozent Bi₂O, vergrößern den Verlustfaktor der dielektrischen Masse. Ein Zusatz von La₂O-. über 7.6 Molprozent wirkt sich nicht so aus. daß die Dielektrizitätskonstante verbessert wird.

Tabelle

mi! ιΜκΙρπι/eiU)

Ca« )

TiU,

I..I.O,

iti.O,

Nh,

I	30	29	41	—	7.8	■"	—..	ί	7.2
-I	"Μ λ	26.5			7.2	66 I ■ -			4,5
■7	29~	32		4.5	57 ι -■■	■—		17
	6	4		11,2	64.3		20
9	29	16	5ο : j !		62.5		—
10	26.2	26.2	39 j		75
Il	25.6	-)->			50
12	—	12.5	90 j	39.6
13	— '	4.5	52 ! 3.0
14	24.5	26.7
15	23.8	23.8	4 !.6 , 6.0 j
16	17.5	10.5	45.2 7.2
17	24	26.8	64.7 0.8 j
18	23.8	23,8	55.5 11
19	13.5	10.5	i 41 i
20	15	8	,5.2 ; -
21	9.0	5.0	6? s
22	21	20	38
23	17	π	45.2
24	15	15	71.5
25	10	6	60
26	34	4
27	28	32

SrO

1.7
7.5
9
12
0.4

Dielektrizitätskonstante
bei ! Ml s

52.1
59,8
29,6
66.7

74.3
80.9
82,4
84.1
61.7

66.2
60.6
87.3
64,2

72.4
88,7
90,6
67.8

77.4
86.4
94.5

113.1

145.0

31.7

rlustfaktor
K) ⁴I bei

Mc μ I 10 Ml

2,1

2.2

9.6

11.2

0,4
0,9
1.4
0,7
12

2.1
2,6
2.6

74,3

1,2
!,0
1,5

17.2

1,4
1,0
1,1
1,5

7.2
12,0

^: Tempcraiiir-

'■■ kocfli/icM!

j der DiL-lck-

! /ilais-

ί konstant'.-

ι ppm Ci

"T

1.95

2

14.7
17.4

0,6
0.95
1,5
0.6
14

2

2,8

2.6

78,2

1.2
1.0
1,65
19,6

1,2
1,0
1,15
1,45
7,6
14,2

4 1420

- 940

4- 840

- 760

4 170

4- 105

4- 45

i 15

- 260

+ 520 4-108U

r. 15

4- 480

+ 860

- 15

- 45

- 120

4- 550

4- 380

± 15

- 190 -1270 4-

Tabelle I!

	/.Us.	miriensetzimi! (Molpro	Anata.s-	Rutil-
		TiO,	Struklur	Struktur
CaO	SiO2	50	0
	._	40	10
23,5	26.5	0	50
23.5	26.5	41.6	0
23.5	26.5	40.0	1.6
26,5	26.2	21,6	20
26,2	26.2	45.2
26.2	26.2	25,2	20.0
23.8	23.8
23,8	23.8

La₂O.,

6,0 6.0 6,0

Ui₂O₃

7.2 7.2

	Verlus	faktor
Dielektrizitäts	( y K)	4) bei
konstante bei
I Mc/s	I Mc-M	10 Mc1M
59.8	2,2	2,2
59,5	2,4	2,45
52,1	4,6	4.8
80,9	0,9	0.95
80.4	0,97	1,0
79,8	1,2	1,15
60.6	2,6	2.8
60.2	2,8	2,85

Temperaturkoeffizient der DielektrizitülM-konstanten (ppm Cl

4- 940

720 320 105 38 - 50 4-1080 640

Die gebrannte dielektrische Masse der Erfindung kann nach an sich bekannten Arbeitsweisen zur Herstellung von keramischen Dielektriken hergestellt werden.

Nach einer geeigneten Arbeitsweise werden die Ausgangsstoffe, die kalziniert oder nicht kalziniert sein können, mit Wasser und einem geeigneten Bindemitte! in einer Kugelmühle gemischt. Dann wird das Gemisch nach einem geeigneten Verfahren, z. B. durch Yerpressen oder Strangpressen, in die gewünschte Form gebracht, getrocknet und dann 2 Stunden bei einer Temperatur von 1050 bis 1300 C zu einer polykristallinen Phase gesintert, wobei die Sinterieinperatur von der angewendeten Zusammensetzung abhängt. Zu den verschiedenen Phasen gehören hauptsächlich die Titanitstruktur und die Rutilstruktiir.

Die gemäß der Erfindung vorgesehenen Ausganusoxide können nach irgendeiner geeigneten Arbeitsweise hergestellt werden. So können die entsprechenden Karbonate oder andere verfügbare Verbindungen als Ausüanusstoflc verwendet werden.

Gemäß der Hrlindung wun iestgestelli. daß das TiU₂ in der Anatas-Struktur /i. instellung des Temperaturkoeffizienlen der Di. .ktrizitätskonstanten von der gebrannten dielektrischen Masse der Hrlindung besonders vorteilhaft ist. wie aus der Tabelle Il hervorgeht. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß die Bildung von C'alciumtitansilikat (CaTiSiD.. IitanilStruktur) durch die Umwandlung von ΊΊΟ_: aus der Anatas-Struktur in die Rutil-Struktur hegünsi ι et wird. Das Anteilverhältnis von CaTiSiO^ regeli wahrscheinlich den Temperaturkoeftizienten der Dielektrizitätskonstanten.

Gemäß der lirfindung wurde außerdem festgestellt. daß die gebrannte dielektrische Masse der r.rlin.dung insbesondere dann einen niedrigen Verlustfaktor aufweist, wenn das Molverhältnis von CaO zu SiO, zwischen 1:0.5 und 1:1,5 variiert.

Claims (6)

Paientansprüche:

1. Gebrannte dielektrische Masse, bestehend im wesentlichen aus 10.0 bis 31.0 Molprozent CaO. ^; 5.0 bis 29.0 Molprozent SiO₂ und 40.0 bis 85.0 Molprozent TiO,. dadurch gekennzeich-Ii e t. daß sie außerdem 0.6 bis 7.6 Niolprozent La₁O, enthalt.

2. Gebrannte dielektrische Masse nach An- ι υ spruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte La₂O; durch 0.5 bis 10.0 Molproze.H SrO ersetzt ist.

V Gebrannte dielektrische Masse nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das ge- n sarnie La₂O, durch 1.0 bis 18.0 Molprozent Nb₂O₅ evset/A ist.

4. Gebrannte dielektrische Masse nach Anspruch !. dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte La₂Oj durch 0.4 bis 8.4 Molprozent Bi₂O, ersetzt ist.

5. Gebrannte dielektrische Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das LiO₂ der Ausgangsmaterialien in der Anatas-Struktur vorliegt. 2>

6. Gebrannte dielektrische Masse, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus CaO. Si()_:, TiO₂ und einem der Oxide La₂O₃. SrO. Nb₂O₅ und Bi₂O₃ besteht, wobei das Molverhältnis von CaO zu SiO₂ zwischen 1:0.5 und 1:1.5 ~,₀ \ariiert