178538. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagy dielektromos állandójú, BaTiO3 alapú kerámiai dielektrikum előállítására
3 178538 4 szabályozott módon oxidáló atmoszférában hókezelik. Az oxidáló hőkezelés mértékének függvényében a kerámia test felületén újraoxidált felületi réteg képződik, aminek következtében nagy fajlagos kapacitás jelentkezik. Ezeknek az úgynevezett felületi záróréteg elven felépülő kondenzátoroknak azonban az a hátránya, hogy igen kicsi az átütési szilárdságuk és általában 10 V-ot meghaladó üzemi feszültségeken mint kondenzátorok már nem alkalmazhatók. További hátrányuk, hogy a visszaoxidált réteg vastagságának eltérő mértéke miatt a szigetelési ellenállás polaritásfüggésével is számdni kell. A fentiekben ismertetettek összefoglaló irodalmaként Martin, H. J. „Die Ferroelektrica” című könyvére utalunk, amely az Akademische Verlag lipcsei kiadó gondozásában 1964-ben jelent meg. Ismeretesek továbbá az úgynevezett belső záróréteg elven felépülő kerámiai kondenzátorok, amelyeknél a kialakuló záróréteg hatása az egész kerámiatestet felépítő kristályszemcsék határfelületén jelentkezik. Tulajdonképpen az egész kerámiatest makroszkopikusan homogénnek tekinthető p-nátmenetekből áll és a szigetelési ellenállás polaritásfüggése nem jelentkezik. Ezek a kerámiai dielektrikumok ugyanakkor egyszerűbben állíthatók elő, mert elmarad a redukáló hőkezelés és a visszaoxidáló hőkezelés. A BaTi03 alapú polikristályos kerámiai dielektrikumok kristályszemcséinek határain a záróréteg tulajdonképpen az adalékanyagok különböző beépülési mechanizmusa révén jön létre. Az egyes adalékok ugyanis a kristályszemcsék belsejében, míg más adalékok a kristályszemcsék határfelületem dúsulnak fel. A perovszkit rácsszerkezetű BaTi03 az alábbi általános képlettel írható fel: abo3 ahol A = kétvegyértékű fémion B = négyvegyértékű fémion. Ha szűk koncentrációtartományban az A pozícióban levő kétvegyértékű fémiont három vegyértékű fémion (például antimon(III)-,- lantán(III> vagy bizmut(III)-ion) helyettesíti, akkor a kristályrácsban n-típusú vezetés jön létre. Ha a félvezetővé alakított BaTi03-hoz olyan adalékot adnak, amely a perovszkit rácsszerkezettől idegen és így abba nem épül be, akkor az ilyen adalék feldúsul a kristály - szemcsék határfelületén és p-típusú vezetést hoz létre. Ilyen adalékként a réz-, vas- és mangán-oxidok váltak ismertté. A felületi záróréteg, illetve a belső záróréteg elvén felépülő kerámiai dielektrikumokról jó ismertetést ad az 1 614 605 számú német szövetségi köztársaságbeli közzétételi irat. A technika állása szerint legjobbnak tekinthető, réz-, vas- és/vagy mangán-oxiddal adalékolt, belső záróréteg elvén felépülő dielektrikumok elektromos tulajdonságai, azonban elsősorban dielektromos állandója és szigetelési ellenállása már nem elégíti ki az egyre fokozódó mértékű miniatürizálási igényeket támasztó híradás-, műszer- és számítástechnikai ipar igényeit. Ezért az egész világon kiterjedt kutatómunka folyik javított elektromos tulajdonságokkal rendelkező kerámiai dielektrikumok előállítására. Kutatásaink során arra a felismerésre jutottunk, hogy a BaTi03 alapú kerámiai dielektrikumok elektromos tulajdonságai, de elsősorban dielektromos állandója és szigetelési ellenállása nagymértékben javítható, ha adott esetben legfeljebb 0,1 súly% antimon(III)-oxid (továbbiakban: Sb203) adalékolásával ri-vezetővé tett, vanádium-pentoxidot tartalmazó BaT103 alapú kerámiai dielektrikumot a szakirodalomban eddig nem ismertetett módon wdframmal adalékolunk, ugyanis a vanádium és a wolfram együttes alkalmazásának, illetve az Sb203 és a VjOs mennyiségének újszerű megválasztása eredményeképpen olyan belső záróréteg alakul ki, amelynek következtében az így adalékolt kerámiai dielektrikumból készített kísérleti kerámiatárcsákon a dielektromos állandó az eddig ismert anyagokénál nagyobb, azaz 40 000 és 70 000 közötti értékű, ugyanakkor az átütési szilárdság 300-600 V/mm, a veszteségi tényező átlagosan 300 • 10~4, a kapacitás hőmérsékletváltozása —25 °C és +85 °C között 40%-nál kisebb és a kondenzátorkerámiák öregedése (azaz kapacitásváltozása az idő függvényében) idődekádonként 2%-nál kisebb. A felsorolt elektromos tulajdonságok jósága szakember számára nyilvánvaló. A fentiek alapján a találmány tárgya eljárás nagy dielektromos állandójú, BaTi03 alapú kémiai dielektrikumok előállítására bárium-oxid vagy ilyen oxiddá alakítható báriumvegyület, a bárium-oxid mólnyi mennyiségére számítva legfeljebb 1,05 mól titán-dioxid vagy ilyen oxiddá alakítható titánvegyület, a Curie-pont 0°C és — 10°C közé beállításához szükséges mennyiségű ón-dioxid, stroncium-oxid vagy cirkónium-dioxid vagy ilyen oxidokká alakítható ón-, strondum- vagy cirkóniumvegyület, valamint vanádium-pentoxid vagy ilyen oxiddá alakítható vanádiumvegyület és adott esetben antimon(HI)-oxid vagy ilyen oxiddá alakítható antimonvegyület homogenizálása, 800 °C és 1200 °C közötti hőmérsékleten végzett hőkezelése, újraőrlése, szerves kötőanyagokkal végzett formázása és 1350-1450 °C-on oxidáló közegben végzett égetése útján. A találmány értelmében úgy járunk el, hogy a kiindulási anyagkeverékhez 0,01—0,2 súly% mennyiségben vanádium-pentoxidot vagy ilyen oxiddá alakítható vanádiumvegyületet és adott esetben legfeljebb 0,1 súly% antimon(III)-oxidot vagy ilyen oxiddá alakítható antimonvegyületet, továbbá az így kapott anyagkeverékhez összsúlyára vonatkoztatva 0,01—0,3 súly% mennyiségben volfrám(VI>oxidot vagy ilyen oxiddá alakítható volfrámvegyületet adunk. A találmány szerinti eljárásban kiindulási anyagként használható bárium-, tián-, ón-, stroncium-, cirkónium-, an timor-, vanádium- és volfrámvegyületekről jó összefoglalást ad Lengyel—Proszt—Szarvas „Általános és szervetlen kémia" című, a Tankönyvkiadó gondozásában 1967-ben megjelent tankönyv, valamint a 2 988 422 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás. A találmány szerinti eljárás gyakorlati végrehajtása során célszerűen úgy járunk el, hogy a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
