Керамический материал для высокочастотных конденсаторов и способ изготовления высокочастотных конденсаторов Советский патент 1992 года по МПК H01G4/12 

Изобретение относится к производству радиодеталей и может быть использовано в керамическом конденсаторостроении, преимущественно для изготовления высокочастотных термостабильных конденсаторов.

Цель изобретения - снижение стоимости, диэлектрических потерь на частотах вы- ше 108 Гц и расширение диапазона значений температурного коэффициента емкости.

Достижение положительного эффекта обеспечивается тем, что в результате спекания оксидов получают полититанат бария, близкий по составу Вэ2Т1д020, который является высокочастотным материалом с низким уровнем диэлектрических потерь в широком диапазоне частот электрического поля и обеспечивает основные диэлектрические свойства материала. Добавки Sn02 способствуют синтезу данного соединения, а не

других фаз (BaTisOn; ВаТМОэ). Небольшие добавки Э20з, МпО и обеспечивают стабилизацию свойств (Е, ТКЕ) и улучшают твердофазный синтез. При этом спеченный материал Ba2Tig020 с вышеуказанными добавками имеет диэлектрическую проницаемость (Е) 40 и температурный коэффициент диэлектрической проницаемости (ТКЕ) порядка 0 ± 20-10 6 1/°С. В результате введения в материал СаТЮз, имеющего ТКЕ -1500-10-6 1/°С обеспечивается возможность регулировки ТКЕ материала в пределах от 0 до -75 10 6 1/°С. За счет введения в материал бората цинка (ZnB20i) достигается повышение однородности и плотности материала при низкой температуре спекания, так как борат цинка вводится в материал в виде мелкодисперсной шихты, получаемой обработкой (варкой) карбоната или оксида цинка и борной кисСП N3

ш-,

ю XI

лоты в кипящей воде. В этом случае, в отличие от получаемого термическим способом, борат цинка имеет размер частиц на порядок меньше, легко перетирается и распределяется в шихте материала и позволяет получать весьма гомогенный готовый материал, который равномерно спекается по всему объему без вздутий, пузырей и других дефектов, присущих прототипу и другим известным материалам.

Способ изготовления конденсаторов осуществляют следующим образом.

Предварительно известным в керамическом производстве образом получают измельченные спеки по/тититаната бария и титаната кальция. Например, спек полит- итаната бария получают путем приготовления шихты из ВаСОз и ТЮ2 с добавками Sn02, 1э20з, В1аОз и МпСОз, ее обжига при 1250-1310°Сс последующим измельчением. Затем получают борат цинка путем варки карбоната или оксида цинка и борной кислоты в кипящей воде при постоянном перемешивании до получения композиции, включающей ZnO-BjOs nHaO, воду, и полной потери текучести Необходимую сыпучесть бората цинка и удаление воды обеспечивают термообработкой при 150°С. Полученные таким образом спеки на основе Ва2 Пд020, СаТЮз и бората цинка смешива- ют друг с другом, а полученную шихту материала подвергают термообработке при 700-750°С. После обжига шихту измельчают до удельной поверхности не менее 8000 см2/г и из полученного материала формуют любым из известных методов заготовки конденсаторов, например, из керамической пленки, с последующим их обжигом при 1020-1120°С.

Конкретными примерами материала яв- ляются следующие его оптимальные составы, приведенные в табл. 1

Свойства материала и конденсаторов на его основе подтверждаются результатами испытаний, данные о которых приведе- ны в табл. 2.

Как следует из табл. 2, предлагаемое решение по сравнениюс прототипом позволяет улучшить технологичность материала, например, повысить его относительную плотность до 94-96%, снизить размер закрытых дефектов (пор) в 2-3 раза, снизить стоимость материала в 6/7 рзз и повысить выход годных конденсаторов в 2-3 раза. Кроме того, появляется возможность регу- лировкиТКЕ в заданных пределах и снижения разброса по емкости готовых конденсаторов. Зависимость разброса емкости от диэлектрической проницаемости ( е) связана с технологией получения мате

риала и конденсаторов, а так как материал имеет диэлектрическую проницаемость примерно в 2 раза ниже по сравнению с прототипом, то разброс будет значительно меньшим, что позволяет повысить выход годных изделий.

Оптимальность состава предлагаемого материала подтверждается тем, что при введении в материал керамического спека по- лититаната меньшее количество Sn02 - снижается количество фазы Ba2Tlg020 и увеличивается ВаИвОц, ВаТЦОд, а при меньшем содержании добавок , и МлО ухудшается стабильность свойств полититаната бария и повышаются диэлектрические потери (tg б). При большем содержании указанных добавок нарушается стехиометрия спека, наблюдаются посторонние фазы, например, SnTIO, Bi2Tl20 La2Tl20 и др , приводящие к ухудшению электрических технологических свойств материала.

При введении в материал СаТЮз меньше минимального количества 0,5 мае % исключается возможность регулировки ТКЕ в заданных пределах, а при количествах больше максимального 0,5 мас.% ТКЕ возрастает, но в то же время ухудшается спекание и увеличивается пористость, снижается стабильность с.

Экспериментально установлено, что оптимальные свойства материала и изделий, достигаются в данном соотношении исходных компонентов.

Отклонение от оптимальных режимов приготовления бората цинка (сокращение количества воды, снижение температуры варки и т.д.) приводит к ухудшению его гомогенности и снижению свойств материала.

Применение предлагаемого материала и способа в керамическом конденсаторост- роении позволяет снизить себестоимость материала в 6-7 раз, повысить выход годных конденсаторов в 2-3 раза в сравнении с прототипом.

/

Формула изобретения

1. Керамический материал для высокочастотных конденсаторов, содержащий смесь оксидов, включающую оксиды бария, титана, висмута и редкоземельного элемента, и борат цинка, отличающийся тем, что, с целью снижения стоимости, диэлектрических потерь на частотах выше 10° Гц и расширения диапазона значений температурного коэффициента емкости, он дополнительно содержит титанат кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь оксидов89,0-95,5 2

Борат цинка4,0-6,05

Титанат кальция0,5-5,0

при этом смесь оксидов дополнительно содержит оксиды олова (IV) и марганца (II), а в качестве редкоземельного элемента использован лантан (III) при следующем соотношении компонентов, мас.%:3 Оксид бария 25.55-31,95 О Оксид титана 64,5-66,5 Оксид висмута 1,0-1,9 Оксид лантана 2,0-3,9 Оксид олова 0,5-2,0 Оксид марганца 0,05-0,15 2. Способ изготовления высокочастот- ных конденсаторов, по п. 1, включающий, спекание смеси оксидов, получение бората цинка из соединения цинка и борной кислоты, приготовление шихты, ее термообработку, измельчение шихты, формовку заготовок

и обжиг, отличающийся тем. что термообработку шихты осуществляют при 700-750°С, при этом измельчение шихты осуществляют до удельной поверхности, превышающей величину 8000 см2/г, получение бората цинка осуществляют путем обработки соединения цинка, борной кислоты в кипящей воде, при этом в качестве соединения цинка используют оксид или карбонат цинка, а компоненты для получения бората цинка используют в следующих соотношениях, мас.%: х

ли

Оксид цинка Борная кислота Вода

j

Карбонат цинка Борная кислота Вода

20,0-26.0 30,0-33,0 Остальное

25.0-32,8 24,8-32,4 Остальное Таблица 1

Использование: В керамическом конден- саторостроении, преимущественно для изготовления высокочастотных термостабильных конденсаторов. Сущность изобретения: керамический материал для изготовления конденсаторов, содержащий смесь оксидов бария, титана, висмута, редкоземельного элемента и борат цинка, дополнительно содержит тита- нат кальция, а в составе оксидов - оксиды олова, марганца и лантана.

Примечание. В составе композиции бората цинка в числителе приведены значения компонентов на основе карбоната цинка, а в знаменателе на основе оксида цинка.

Таблица 2

Продолжение табл. 2