сегнетокерамический конденсаторный диэлектрик для изготовления керамических конденсаторов температурно-стабильной группы

Формула изобретения

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
В 2О3	4-10

Описание изобретения к патенту

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 ~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
B 2O3	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 S_уд>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 S_уд=3÷4 м ²/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, ; относительное изменение диэлектрической проницаемости в интервале температур -60÷+125°С, / _20°C, %; тангенс угла диэлектрических потерь, tg , 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
20°С	3270-3310	3210-3290	3080-3110	3060-3100	2400
tg	0,011	0,012	0,010	0,012
/ 20°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.