Сегнетокерамический конденсаторный диэлектрик для изготовления керамических конденсаторов температурно-стабильной группы


 


Владельцы патента RU 2413325:

Открытое акционерное общество "НИИ "Гириконд" (RU)

Изобретение относится к технологии изготовления многослойных керамических конденсаторов температурно-стабильной группы H20. Техническим результатом изобретения является разработка диэлектрического материала с высокой диэлектрической проницаемостью и низкой температурой спекания. Согласно изобретению конденсаторный диэлектрик содержит титанат бария 95,18÷95,43%, пентаоксид ниобия 1,03÷1,05%, оксид кобальта 0,24÷0,22%, углекислый марганец 0,04÷0,06%, стеклофритту 1,97÷2,03% и ортосиликат цинка 1,25÷1,50%. 1 табл.

 

Заявленное изобретение относится непосредственно к электронной технике и может быть реализовано в производстве многослойных керамических конденсаторов, предназначенных для применения в радиоэлектронных приборах различного назначения.

Одной из важнейших проблем в развитии конденсаторостроения является повышение удельных характеристик конденсаторов, а также снижение их стоимости. В случае изготовления многослойных керамических конденсаторов, составляющих примерно 90% от числа выпускаемых керамических конденсаторов, необходимо применять диэлектрики с как можно большей диэлектрической проницаемостью, а в качестве материала электродов конденсаторов использовать сплавы серебро-палладий с содержанием серебра не менее 70% взамен платино-палладиевых сплавов. В конкретном случае для многослойных конденсаторов это означает, что температура спекания керамики не должна превышать 1150°С.

Таким образом, для решения поставленной задачи нужны керамические диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью и низкой температурой спекания.

В настоящее время, для изготовления конденсаторов температурно-стабильной группы Н20, применяются сегнетокерамические материалы Т-1000 и Т-2000 на основе твердых растворов титанатов бария и висмута.

Однако эти материалы имеют недостаточно высокую диэлектрическую проницаемость ε~1500÷2000.

Известен термостабильный сегнетокерамический материал, заявленный в патенте РФ №2035780 (кл. H01G 4/12, С04В 35/46, опубл. 20.05.95). Он имеет низкую температуру спекания ~1150°С, но недостаточно высокую диэлектрическую проницаемость 2200÷2450 при относительном изменении ее в интервале температур (-50÷+125)°С ±15%.

Наиболее близким по составу и технической сущности аналогом заявляемого изобретения, выбранным нами в качестве прототипа, является керамический диэлектрик по патенту США №4540676 (кл. С04В 35/46, опубл. 10.09.85).

Материал-прототип имеет группу температурной стабильности X7R (по российской классификации Н20), диэлектрическую проницаемость 2400 и температуру спекания 1150°С.

В состав материала-прототипа входят нижеследующие компоненты, (мас.%):

Титанат бария (BaTiO3) - 91,6-95,5
Пентаоксид ниобия (Nb2O5) - 0,91-1,49
Оксид кобальта (Co3O4) - 0,18-0,31
Углекислый марганец (MnCO3) - 0-0,11
Стеклофритта - 2,59-7,31

Низкая температура спекания материала обеспечивается добавкой стеклофритты, в состав которой входят оксиды свинца, висмута, цинка, титана и бора. Недостатком известного материала является его сравнительно невысокая диэлектрическая проницаемость.

Целью заявляемого изобретения является разработка керамического конденсаторного материала с более высокой диэлектрической проницаемостью при сохранении группы температурной стабильности Н20 и низкой температурой спекания - 1150°С и ниже.

Осуществление изобретения позволит получить конденсаторные сегнетокерамические материалы с низкой температурой спекания, с величиной диэлектрической проницаемости 3200-3300 при относительном изменении диэлектрической проницаемости в интервале температур -60÷+125°С не более ±20% (группа Н20).

Для достижения указанной цели известный керамический материал для температурно-стабильных конденсаторов, содержащий титанат бария, пентаоксид ниобия, оксид кобальта, углекислый марганец и стеклофритту, дополнительно содержит ортосиликат цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Титанат бария BaTiO3 - 95,18-95,43
Пентаоксид ниобия Nb2O5 - 1,03-1,05
Оксид кобальта Co3O4 - 0,22-0,24
Углекислый марганец MnCO3 - 0,04-0,06
Стеклофритта - 1,97-2,03
Ортосиликат цинка Zn2SiO4 - 1,25-1,50

При этом состав стеклофритты идентичен составу стеклофритты в материале-прототипе и содержит набор следующих оксидов, мас.%:

Bi2O3 17-24
PbO 26-33
TiO2 15-21
ZnO 21-28
B2O3 4-10.

Отличительными от прототипа признаками являются введение в состав материала добавки ортосиликата цинка Zn2SiO4 в количестве 1,25-1,50 мас.% и изменение содержания всех ингредиентов, входящих в состав материала.

В настоящее время нам не известно такое же техническое решение, что позволяет считать предлагаемый керамический материал отвечающим критерию «новизна».

Предлагаемая добавка ортосиликата цинка располагается между зернами керамики и частично входит в состав оболочки сложного титано-ниобата бария, покрывающей зерна основного компонента - титаната бария, образуя тем самым зонально-оболочечную структуру керамики. Добавка позволяет уменьшить количество стеклофритты, что приводит к повышению диэлектрической проницаемости материала при сохранении ее температурной стабильности и в то же время обеспечивает низкую температуру спекания керамики.

Таким образом, заявляемый состав сегнетокерамического материала для термостабильных конденсаторов с низкой температурой спекания, как совокупность существенных признаков, составляет неразрывную причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом - повышением диэлектрической проницаемости материала при сохранении группы температурной стабильности и, следовательно, отвечает критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый керамический материал приготавливается по следующему технологическому процессу. Сначала приготавливают стеклофритту путем сплавления оксидов, входящих в ее состав, затем - резкого охлаждения расплава и последующего измельчения полученной массы до удельной поверхности Sуд>2 м2/г. Также приготавливают добавку ортосиликата цинка посредством смешения порошков SiO2 и оксида цинка, последующего спекания порошка при температуре 1300°С, дробления и помола полученной массы. Основные компоненты керамики, стеклофритту и добавку ортосиликата цинка в заданном соотношении загружают в шаровую мельницу с полиуретановой или капролоновой футеровкой и производят их смешение и помол в водной среде с применением мелющих тел в виде шаров или цильпебсов из керамики, стойкой к истиранию. Затем массу высушивают. Удельная поверхность массы должна составлять Sуд=3÷4 м2/г.

В полученную массу вводят связку (2%-ный раствор метилцеллюлозы в количестве 11-12%) и методом прессования изготавливают образцы в виде дисков. Образцы обжигают в интервале температур 1100÷1150°С, затем на них наносят электроды методом вжигания серебросодержащей пасты при температуре Т~800°С и измеряют электрические характеристики.

Реальность и обоснованность заявляемого соотношения ингредиентов подтверждается данными таблицы.

В таблице приведены следующие электрические характеристики: диэлектрическая проницаемость, ε; относительное изменение диэлектрической проницаемости в интервале температур -60÷+125°С, Δε/ε20°C, %; тангенс угла диэлектрических потерь, tgδ, а также температура спекания образцов.

Таблица
Состав, мас.% характеристика Пример 1 (мин) Пример 2 (макс.) Пример 3 (запредельные значения) Пример 4 (запредельные значения) Материал-прототип
BaTiO3 95,43 95,18 95,67 94,93
Nb2O5 1,05 1,03 1,05 1,04
Со3О4 0,24 0,22 0,23 0,23
MnCO3 0,06 0,04 0,05 0,05
Стеклофритта 1,97 2,03 2,00 2,00
Zn2SiO4 1,25 1,50 1,00 1,75
ε20°С 3270-3310 3210-3290 3080-3110 3060-3100 2400
tgδ 0,011 0,012 0,010 0,012
Δε/ε20°C, % ±15*)
-60°С -17,2 -18,1 -13,0 -18,6
+125°С -4,2 -6,5 +3,3 -9,7
Температура спекания, °С 1100-1140 1100-1140 1100-1140 1100-1140 1150
*) В интервале температур - 55÷+125°С.

Из таблицы следует, что материал предлагаемого состава обладает более высокой диэлектрической проницаемостью и при этом обеспечивается ее температурная стабильность на уровне группы Н20, а температура спекания материала не превышает 1150°С.

Таким образом, технический результат достигается при соблюдении заявляемого соотношения между компонентами и не достигается при его нарушении. Так, уменьшение содержания ортосиликата цинка до 1% и увеличение его содержания до 1,75% и более приводит к понижению диэлектрической проницаемости.

Сегнетокерамический конденсаторный диэлектрик для изготовления керамических конденсаторов температурно-стабильной группы, содержащий татанат бария, пентаоксид ниобия, оксид кобальта, углекислый марганец и стеклофритту, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит добавку ортосиликата цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Титанат бария 95,18-95,43
Пентаоксид ниобия 1,03-1,05
Оксид кобальта 0,22-0,24
Углекислый марганец 0,04-0,06
Стеклофритта 1,97-2,03
Ортосиликат цинка 1,25-1,50,

при этом состав стеклофритты идентичен составу стеклофритты в
материале-прототипе и содержит набор следующих оксидов, мас.%:
Bi2O3 17-24
PbO 26-33
TiO2 15-21
ZnO 21-28
В2О3 4-10


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству материалов для электронной техники и может быть использовано в технологии производства изделий микроволновой и СВЧ-техники. .

Изобретение относится к керамическим материалам на основе окислов титана и может быть использовано в производстве многослойных высокочастотных термостабильных керамических конденсаторов с электродами на основе сплава, содержащего Ag и Pd, а также в производстве микроволновых фильтров.

Изобретение относится к керамическим материалам на основе цинкзамещенного ниобата висмута и может быть использовано в производстве многослойных высокочастотных термостабильных керамических конденсаторов с электродами на основе сплава, содержащего Ag и Pd, а также в производстве многослойных микроволновых фильтров.

Изобретение относится к радиоэлектронике, конкретно к электронакопительным устройствам. .

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано при изготовлении многослойных керамических конденсаторов с электродами из фольги неблагородных металлов.

Изобретение относится к области производства радиодеталей, в частности к составам и способам получения керамических материалов, и может быть использовано в керамическом конденсаторостроении при изготовлении высокочастотных термокомпенсирующих конденсаторов.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к технике сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано в радиолокации, радиосвязи и системах спутникового телевидения преимущественно в качестве проходного конденсатора в полосковых линиях Известен конденсатор, содержащий кварцевую диэлектрическую подложку, с одной стороны которой расположен проводящий экран, а на другой стороне нанесены концентрические электроды, разделенные концентрическими щелями-зазорами.

Изобретение относится к низкотемпературным стеклокерамическим материалам и может быть использовано в электронной технике СВЧ. .

Изобретение относится к высокодисперсным щелочноземельным титанатам, к способу их получения путем обмена соединений щелочноземельного металла с частицами двуокиси титана.

Изобретение относится к области электроники, более конкретно к пироэлектрическим материалам для неохлаждаемых приемников инфракрасного излучения диапазона 8-14 мкм.
Изобретение относится к области радиофизики и может быть в частности использовано при изготовлении широкого класса электронных приборов и компонентов, в частности управляемых электрическим полем диэлектрических резонаторов и фильтров, управляемых конденсаторов, антенн, а также в ускорителях ядерных частиц.
Изобретение относится к материалам с низким значением температурного коэффициента линейного расширения, предназначенным для эксплуатации в условиях значительных термических нагружений, например, в виде огнеупорных изделий, деталей двигателей внутреннего сгорания, носителей катализаторов в устройствах дожигания выхлопных газов автомобилей, фильтров дизельных моторов и др., или в качестве прецизионных изделий, характеризующихся объемопостоянством в широком интервале температур.

Изобретение относится к области производства сегнетопьезокерамических материалов, предназначенных для создания высокочастотных приемо-передающих устройств медицинской ультразвуковой техники.
Изобретение относится к области электронной техники, а именно к способу изготовления нагревательных терморезисторов с положительным температурным коэффициентом сопротивления.
Изобретение относится к области электронной техники, в частности к составам и способам получения керамических резистивных материалов. .

Изобретение относится к способам получения высокотемпературных керамических материалов на основе титаната алюминия золь-гель методом и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении, при изготовлении композиционных материалов для космической и авиационной техники.

Изобретение относится к производству материалов для электронной техники и может быть использовано в технологии производства изделий микроволновой и СВЧ-техники. .

Изобретение относится к тонкодисперсным титанатам свинца-циркония (PZT), гидратам титаната циркония (ZTH) и титанатам циркония как предшественникам титанатов свинца-циркония, к способу их получения путем реакции частиц диоксида титана с соединением циркония или соединением свинца и циркония
Наверх