DE1439207A1

DE1439207A1 - Verfahren zur Herstellung mechanisch fester keramischer Kondensatoren

Info

Publication number: DE1439207A1
Application number: DE19631439207
Authority: DE
Inventors: Fisher Richard G; Fabricius John H; Prokopowicz Thomas I
Original assignee: Sprague Electric Co
Current assignee: Sprague Electric Co
Priority date: 1962-01-29
Filing date: 1963-01-26
Publication date: 1969-02-06
Also published as: US3133338A; GB979866A; CH409038A

Description

Verfahren zur Herstellung mechanisch fester keramischer Kondensatoren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kondensatoren unter Benutzung keramischer Werkstoffe, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von physikalisch vergleichsweise dicken, jedoch elektrisch dünnen keramischen Kondensatoren,

Bs ist allgemein bekannt, dass feuerfeste dielektrische Werkstoffe, wie Brdalkalititanate oder Gemische davon, mit geringen Mengen anderer Stoffe besonders wertvoll als dielektrische Bestandteile für den Aufbau elektrischer Kondensatoren sind. Eine dünne Folie aus einer solchen Masse mit zwei beiderseits darauf, aber einander gegenüberliegenden Elektroden zeigt bereits eine ausgezeichnete Kapazität. Kondensatoren, die aus dünnen Blättchen dieser Art aufgebaut sind, haben besonders erwünschte elektrische Eigenschaften. Unglücklicherweise sind aber diese Kondensatoren mechanisch wenig fest; die keramischen Isolierschichten brechen selbst bei normalem Gebrauch ziemlich leicht oder werden beschädigt und die Kondensatoren werden unbrauchbar. Wegen ihrer Sprödigkeit und hohe allgemeinen Zerbrechlichkeit sind die keramischen Schichten also trotz ihrer guten elektrischen Eigenschaften wenig geeignet.

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Um die erwähnt en Mängel zu beheben» hat man bereits verschiedene Versuche zur Herstellung von Kondensatoren mit dünnem kera-?· mischen dielektrischen Schichten, gemacht« So hat man die Kondensatoren mit den dünnen keramischen Schichten besonders sorgfältig behandelt, um ein Brechen za vermeiden. Dies ist aber darm besonders schwierig, wenn die Kondensatoren in Geräte eingebaut werden sollen, die unvermeidlich starken Stössen und anderen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden.

Ea wurde auch schon vorgeschlagen, die keramische Schichten gegen Beschädigungen durch Anbringung von Schutzschichten oder durch Einkapselung des ganzen Kondensators zu schützen. Dieses Verfahren beseitigt jedoch nicht die Bruchgefahr während der Herstellung selbst, da vielfach in den Einheiten schon während des Einkapseins die Isolierschichten zerbrechen.

Es wurde auch bereits ein Verfahren beschrieben, nach dem man keramische Werfc-stoffschichten erhält, die physikalisch verhältnisg-*mässig dick, jedoch elektrisch damn. sind. Dieses Verfahren besteht in der Herstellung eines Körpers auf Titanatgrundlage, der eine kleinere Menge eines Oxyds eines· seltenen Erdmetails enthält und der an der Luft bei etwa 1.54O⁰C gebrannt ist, worauf man ihn durch Glühen in einer Wassers to ff atmosphäre bei 1.150 bis 1.260⁰G reduziert. Es wurde festgestellt, dass diese Behandlung dem Körper Halbleitereigenschaften verleibt. Wenn man dann die Elektroden auf beiden Seiten der »zwischenschicht glüht, so entsteht, eine dünne isolierende Trennschicht unter den Elektroden als Ergebnis der erneuten Oxydation der Halbleiteroberfläche. Die erhaltene Einheit ist ein Kondensator mit einer außerordentlich dünnen,, z.B, nur 0,0025 mm starken dielektrischen Schicht, die vor Beschädigungen dadurch geschützt ist, dass sie mit dem halbleitenden Körper mechanisch innig verbunden ist. Eingehende Untersuchungen solcher Kondensatoren haben aber gezeigt, dass sich dieses Verfahren noch weicnverbessern lässt.

Ein. Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile der bisherigen Verfahren und auch vieler anderer Mängel, die sich unmittelbar oder mittelbar daraus ergeben.

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Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eiUes" dielektrischen Körpers für keramische Kondensatoren, der die Vorteile der nach den bisherigen Verfahren erhältlichen dünnen Körper hat, jedoch nicht mit deren Nachteilen behaftet ist.

Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Kondensatoren mit keramischen Zwischenschi eilten, die für eine grosse Anzahl verschiedener Verwendungszwecke brauchbar sind, bei denen sich die nach den bisherigen Verfahren hergestellten Kondensatoren wegeg ihrer zu geringen mechanischen Festigkeit nicht voll bewährt haben.

Ferner ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Herstellung solcher keramischer Kondensatorkörper in einem einzigen Arbeitsgang, deren dielektrische Sohichten ausserordentlich dünn und dennoch mechanisch sehr fest sind.

Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist schliesslich die Herstellung von keramischen Kondensatoren mit ausserordentlich dünnen dielektrischen Schichten von besserer Durchschlagsbeständigkeit, als sie nach bisherigen Verfahren hergestellte Kondensatoren mit Schichten von vergleichbarer Stärke aufweisen.

Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen noch besser verständlich werden.

Fig. 1 ist ein vergröseerter Querschnitt durch einen keramischen Kernkörper nach der Erfindung.

Fig. 2 ist ein Qusrschnitt desselben keramischen Körpers, jedoch mit einer darüborgelegten keramischen dielektrischen Scxiicnt.

Fig.,3 ist ein Querschnitt durch eine ganze keramische Einheit, die durch Weiterbehandlung des Kernkörpers und des Überzugs nach Fig. 2 erhalten worien ist.

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch einen Körper nach,Fig. 3, der ■ zusätzlich noch beiderseits Elektroden treibt.-·

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Fig. 5 ist ein Querschnitt durch einen modifizierten vollständige keramische Kernkörper, der auf beiden Seiten eine keramische dielektrische Schicht trägt. J

Fig. 6 ist einen Schnitt durch eine keramische Einheit der in Fig. 5 gezeigten Art nach dem Brennen und Aufbringen zweier Elektroden auf beiden Seiten*

Fig. 7 schliesslich zeigt im Querschnitt mehrere aufeinanderliegende keramische Kondensatoren, von denen jeder nach Fig. 5 aufgebaut ist.

Allgemein erreicht man die obengenannten Ziele der Erfindung in der Weise, dass man für die Kondensatoren solche keramische dielektrische Körper vorsieht, die durch Vereinigen zweier vers hiedener keramischer Werkstoffe zu einem einzigen Block so hergestellt sind, dass eine sehr dünne Schicht aus stark durchlässigem keramischen Werkstoff mit hohem spezifischen Widerstand mit einer keramischen Masse mit halbl ei tendon Eigenschaften verbunden ist. Im engeren Sinne bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, bei dem ein keramischer Körper • aus einer Schicht mit halbleitenden Eigenschaften hergestellt wird, auf die eine solche Schicht aus keramischer Masse aufgebracht und dauerhaft damit verbunden worden ist, die gute dielektrische Eigenschaften und einen hohen spezifischen Widerstand hat. In noch engerem Sinne bezieht sich die Erfindung auf einen Körper aus keramischem Werkstoff, der eine Erdalkalititanatzone mit bestimmten Verunreinigungen enthält, die dem Titanat halbleitende Eigenschaften verleihen, wenn ■ die Masse an der "Luft gebrannt wird, und eine oder mehrere damit zu einem Ganzen vereinigte keramische Schichten mit hoher Dielektrizitätskonstante und hohem Widerstand im Vergleich zu Q dem halbleitenden Teil.

^ Ein wichtiges Merkmal der Erfindung beruht auf der Entdekeung, ^m dass sieh die halbleitende Schicht oder Zone des keramischen ο Körpers herstellen lässt, ohne dass man unbedingt eine Reduktion«

LO -

,-» behandlung mit Wasserstoff einschalten muss, wie es nach der bisherigen Technik nötig war. Die Hauptsache bei der vorliegend ex Erfindung ist, dass der Widerstand der halbleitenden Schicht

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niedrig ist, dass die Eigenschaften der dielektrischen Schicht, inabesondere die Resonanzsohärfe (Zerstreuungsfaktor), nicht duroh den Halbleiter bei denjenigen Frequenzen beeinträchtigt werden, bei denen die Vorrichtung betrieben wird. . Untersuchungen haben ergeben, dass der Unterschied im Widerstand zwischen Einheiten, die einerseits in Wasserstoff und an4 d^erseits in luft geglüht wurden, so gering ist, dass er praktisch bedeutungslos ist. So lange der Widerstand weniger als 1000 Ohmyfam bei 25°Ö ausmacht, ist der Hauptvorausaetzung Genüge getan. Hach unten wird dem Widerstand eine Grenze nur durch wirtschaftliche Überlegungen gezogen. Deshalb könnte die tragende Schicht aus einer verhältnismässig dicken Elektrode bestehen, z.B. aus Platin oder Palladium, anstelle eines Halbleiters, jedoch ist dies aus wirtschaftlichen Gründen nicht ratsam.

Sine bevorzugte AusführungBf οrm der Erfindung ist die Herstellung eines sehr robusten Bariumtitanatkondensators mit einer dielektrischen Stärke bis herunter zu 0,025 mm und weniger. Hierfür formt man aus einer pulvrigen, keramischen Masse, z.B. Bariumtitanat, die mit einem Mittel zur Erzeugung von Halbleitfähigkeit vermengt ist, (vorzugsweise flache) Körper, die die gewünschten festigkeit en hatten und verteilt pulverförmige Titanatteilchen in gleichmässiger Schicht über eine der flachen Seiten dieses Körpers. Dann presst man das Pulver und den flachen Körper unter hohem Druck zusammen und glüht darauf die so zusammengesetzte Platte in Luft bis zur Sinterung des Titanate unter Bildung eines nichtporösen gesinterten körpers. In diesem Körper ist dabei aus dem Überzug eine Schicht mit hohem Widerstand entstanden. Zum Schluss versieht man den erhaltenen dielektrischen Körper an seinen Oberflächen mit den Kondensatorelektroden und elektrischen Zuleitungen an ihnen.

Die isolierende keramische, d.h. die dielektrische Schicht oder Zone kann aus einem Erdalkali ti tanat oder Gemischen solcher j Titanate bestehen und durch andere Zusätze, z.B. Zirkonate und Staanate, aodifiaiert sein. Diese Massen kann man in belie- j biger Weise aufbringen, z.B. in Form von Pulver oder als Die- j

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persion, z.B. als Schlicker.

Die halbleitenden Körper sind aus Erdalkalititanaten erhältlich, die eine angemessene Menge von Zusätzen zur Erzeugung von HaIbleitfähigkeit enthalten, also etwa solche Verbindungen, die Ionen des Vanadiums, Niobs, Lanthans, von seltenen Erden, des Urans, Wolframs, Thors, Wismuts, Antimons, Fluors usw. oder Gemische solcher Verbindungen enthalten. Offenbar ist dies aber keine exklusive Gruppe, da jedes Zusatzmittel brauchbar ist, das unter den angegebenen Bedingungen den Widerstand des Titanatt unter l.ooo Ohm/cm bei 25°C verringert«

Zur Herstellung einer Vorrichtung nach der Erfindung unter Verwendung von Bariumtitanat kann man z.B. eine geeignete kerami sche Nasse aus einem Gemisch nehmen, dass im typischer Weise derart hergestellt wird, dass man 100 g chemisch reines Bariumtitanat, Tbei dem das Verhältnis von BaO zu TiO₉ der stöchiome-

3 irischen Formel entspricht, mit 150 Gm destilliertem Wasser vermischt und das Gemisch in einer zu einem Viertel mit Por- zellankugeln gefüllten Porzellanmühle zu einem feinen Pulver mahlt. Die Mahlung darf jedoch dabei nur soweit gehen, wie es das Mischen erfordert, ohne dass jedoch das Gemisch durch Bestandteile der Mühle und der Kugeln verunreinigt vvird. Es wurde gefunden, dass eine Mahl dauer von vier Stunden Kugelmühle ausreicht, um beiden Bedingungen Genüge zu tun. Das gemahlene Gemisch Trimmt BUJ::. dann aus der Mühle, lässt es absetzen und giesst das obenstehende Wasser ab. Hierauf gibt man zu der verbleibende! Dispersion 60/cm einer Bindemittel lösung aus 5f° Methyl cellu lose in Wasser, trocknet das erhaltene Gemisch in einem Ofen bei 100° 3—4 Stunden lang,zerkleinert die erhaltenen trockenen Brocken und siebt davon alle Teilchen ab, deren Grossen etwa zwischen 50 und 150 μ Riegen. Ein« geeignetes, chemisch reines Bariumtitanat enthält beispielsweise weniger als jeweils 0,05^ an Kieselsäure, Tonerde und 0,05$ Phosphorpentoxyd und weniger als 0,ls6 Hatriumoxyd.

!Dieses Bariumtitanatgemisch ist für die Herstellung der dielek trischen Schicht geeignet und ebenso auch des halbleitenden

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Körpers naoh Zusatz von solchen Zusätzen, die dem Körper den erforderlichen Widerstand verleihen können.

Fig. 1 und 4 zeigen eine besondere Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung. Der Kondensator hat hierbei eine halbleitende Zone, die mit einer stark durchlässigen Zone mit hohem Widerstand, sowie mit den erforderlichen Elektroden auf der Oberfläche der Zonen ein Qanzes bildet. Bei den zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens für einen solchen Kondensator gezeigten Figuren zeigt, Fig. 1 ein Gemisch von Bariumtitanatteilohen, die nach der obigen Beschreibung mit Eiobpentoxvdzusätzeh nach der folgenden Formel vermischt sind:

^BaTiO.9975^NbO.OO25°3·

Dieses ßemiBch wird in der Weise zu einem ?;wisohenkörper 10 verdichtet, dass man es unter 70 kg/cm Druck in einer entsprechenden Matritee presst. Fig. 2 erläutert dann die nächste Herst ellungsatufe, bei der ein Überzug 11 aus Bariumtitanat auf die Oberseite des Kern- oder Zwischenkörpers 10 aufgebracht wird. Für die Vereinigung des Kernkörpers 10 mit der Schicht lässt man einen Druck von etwa 700 kg/cm in einer Matritze einwirken. Den so erhaltenen zusammengesetzten Körper brennt man dann in Luft bei etwa 1.350⁰C etwa 1/2 Stunde lang zu einem gut geformten einheitlichennicht porösen Körper 12, wie in Fig. 3 gezeigt. Dieser Körper besteht aus einer halbleitenden Zone A und einer stark durchlässigen Zone B mit hohem spezifischen Widerstand, die mit der Zone A ein G-anzes bildet, Der Widerstandswert der halbleitenden Zone A beträgt weniger als 1000 Ohm/cm bei 25°.

Nun bringt man eine flüssige Legierung aus Gallium, Indium und Zinn al3 Elektrode 13 auf die Unterseite der Zone A, und eine Silberelektrode 15 auf die Oberseite der Zone B. Bei diesem Beispiel kann die dielektrische Schicht zuerst geformt und dann die halblextende Schicht auf sie aufgetragen werden.

Um die Kennwerte des in Fig. 4 gezeigten Kondensators zu finden, legte man Leitungen an die Elektroden 13 und 15 an,' wobei die

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Zone B eine Dielektrizitatskonstanate von 5.500 und einen -Widerstand von 2,2 χ KP Ohm/cm "bei Kormaltemperatur liatte. Die dielektrische Zone war 0,14 mm stark, die halbleitende '

Zone A 0,38 mm« Bei einer Wechselstromspannung von 0,8 Volt bei lKhz und 25° betrug die Kapazität 11.900 und die Resonanzschärfe vdissipation factor) 4,0$.

Eine modifizierte Ausführungsform hierzu wird in den Figuren 5 und 6 gezeigt. Bei dieser Modifikation enthält die halbleitende Zone Zonen hoher Durchlässigkeit und mit hohem Widerstand auf beiden Seiten. Die fertige Vorrichtung, die man nach dem Anbringen der Elektroden an dieser dielektrischen halbleitenden dielektrischen Anordnung erhält, kann so verwendet werden, dass zwei Kondensatoren entweder hintereinander oder parallel zueinander geschaltet werden. Fig. 5 zeigt einen Zwischenkörper aus einem halbleitenden keramischen Werkstoff (Lev aus einem (jemisch von nach den obigen Angaben hergestellten Bariumtitanatteilchen und Hiobpentoxyd entsprechend der folgenden Formel '

^BaTi0.9975^Mb0.0025 ⁰V

besteht. Dieses gemisch wurde zu dem Zwischenkörper 17 gepresst und auf den beiden einander gegenüberliegenden Hauptflächen mit den Überzügen 18 versehen. Diese Überzüge 18 bestehen aus demselben Bariumtitanatgemisch aber ohne weitere Zusätze. Der Zwischenkörper 17 und seine Schichten 18 ergaben nach Yerpressun£ unter 700 kg/cm Druck und Brennen in Luft bei 1.350°C einen ■ einheitlichen Körper 20, wie er in Fi₁^. 6 gezeigt wird. Dieser Körper hat eine mittlere halbleitende Zone A aus Bariumtitanat und Miobpentoxyd mit den Zonen B auf beiden Seiten, die aus stark durchlässigem Bariumtitanat mit hohem Widerstand besteht. ESi t den auf die Oberflächen der Zone B Aufgebracht en imd festgebrannten SiIb er elektroden 19 ergibt sich ein gut brau .iibarer-e Kondensate rkörper.

Um die Kennwerte eines Kondensators der in Fig. 6 gezeigten Art herauszufinden, wurden die Leitungen an die Elektroden 19 gelegt. Bei diesen Kondensatoren hatten die Zonen B 3e?/eils

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eine Dielektrizitätskonstante von 1.700 bei einer Stärke von 0,076 mm. Die halbleitende Zone A war 0,25 nun stark· Die Kondensatoren wurden bei oberhalb des Curie-Punktes liegenden Temperaturen ^went^altert^M (deaged) und dann bei 25° einmal 24 und das andere Mal 70 Stunden lang gealtert. Sie wurden dann auf ihre elektrischen Eigenschaften bei verschiedenen Spannungen hin untersucht. Die folgende Tabelle gibt die Ergebnisse nach der 24-stündigen Alterung wieder:

Einheiten (nach 24 Std.) 0,1 Volt ims 0.5 Volt rma 0.8 Volt ruts

Brate Leistung (uuF) 3094 3097 3190

% Tan / 1.65 1.8 2.

Zweite Leistung (uuP) 2762 276? 2835

$ Tan / 1.60 1.63 2.42

Diese Versuche wurden bei 25°0 und 1 Khz ausgeführt·

Die nächste Tabelle erläutert die Ergebnisse naoh einer 70-stündigen Alterung:

Einheiten(naoh 70 Std.) 0.1 Volt ras 0.3 Volt ras 0.8 Volt rms

Erste Leistung (uuF)	3042	3055	3122
i» Tan /	1.55	1.66	• 2.45
Zweite Leistung (uuP)	2707	2743	2745
# Tan /	1.43	1.44	1.96

Die Versuche wurden bei 25°C und 1 Khz ausgeführt.

In lig. 7 sind zwei der Kondensatoren nach Fig. 6 übereinanderliegend angeordnet gezeigt, so dass sie vier parallel geschaltete Kondensatoren darstellen« Die Einheiten sind so angeordnet, dass eine !Elektrode 19 der einen Einheit mit einer Elektrode der anderen Einheit in Berührung iteht und mit ihre eine gemeinsame Elektrode bildet. Die vier Elektrode» 19 sind alle miteinander duroh die Leitung 22 verbunden. Die halbleitenden Zonen Λ der. beiden Einheiten 20 haben je eine mil; ihr in Berührung stehende Elektrode 21} beide Elektroden-21 sind durch

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die Leitung 23 miteinander verbunden. Somit umfasst jede der Einleiten zwei Kondensatoren, in denen die Elektroden 21 eine Plattengruppe und die Elektroden 19 die andere Platten gruppe aarstellen· Zwischen diesen jeweiligen Platten liegen die dielektrischen Zonen B und die gemeinsame halbleitende Zone A_e Die Anordnung der übereinanderliegenden Schichten naoh Fig« 7 ergibt also Tier parallel ,zueinander geschaltete Kondensatoren·

Eine andere modifizierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält man durch eine solche Anordnung der keramischen Werkstoffe in flachen Schichten übereinander, dass eine Zone mit hohem keramischen dielektrischen Widerstand zwischen zwei Zonen aus halbleitenden keramischem Massen angeordnet ist» Dabei sind Elektroden an die übereinanderliegenden Schichten der Anordnung derart angelegt, dass ein Kondensator entsteht. Diese Modifikation bietet gewisse besondere Vorteile, z.B. eine ziemlich lange Lebensdauer. Bei diesem Kondensatoraufbau können die Schichten auch ebenso übereinander liegen und parallel geschaltet sein, wie es in Fig. 7 gezeigt worden ist.

Es sind noch verschiedene andere Modifikationen und Kondensatorausführungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. So kann der keramische Kondensator auch röhrenförmig sein, wobei er etwa in folgender Art hergestellt wird: aus einer pulverigen keramischen Masse, z.B. Barium ti tanat, die mit einem Mittel zur Herbeiführung von Halbleitfähigkeit entsprechend den vorstehend gegebenen Erläuterungen versehen worden ist, formt man einen rohrförmigen Körper, der den gewünschten Wider stand hat, streut dann" pulverförmige Teilchen aus Bariumtitanat auf die. Innenfläche des Rohrs und brennt darauf das zusammengesetzte Rohr an der Luft bis zur Sintertemperatur des Bariumtitanats, so dass ein nicht poröser rohrförmiger und ein'· Ganzes bildender Körper mit einer halbleitenden Zone und einer Zone mit hohem dielektrischen Widerstand entsteht. Hierauf legt man Elektroden innen und auasen an das Rohr an, wodurch man einen Miniatur-Eöhrenkondensator erhält, dessen tatsächliche keramische Stärke! weniger als 0,025 mm betragen kann, und dessen' mechanische Festigkeit wesentlich grosser als die anderer keramischer Konden-

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aatoren mit derartig dünnen dielektrischen keramischen Zonen ist. Bei der vorstehenden Ausführungsfοrm kann das pulverförmige Bariumtitanat aber auch auf die Ausseriseite statt auf die Innenseite aufgebracht werden.

Bei einer anderen Ausführungsart hat der Kondensator die Gestalt .einer Stange. Bei dieser Bauweise formt man aus pulveriger keramischer Masse, z.B. aus Barium ti tanat, das mit einem der vorstehend angegebenen Zusätze zur Erreichung der Halbleitfähigkeit versetzt worden ist, eine Stange oder einem festen Barren und bringt eine Bariumtitanatschlicker so auf die zyli»*- rische Manteloberfläche der halbleitenden Stange auf, dass die Stirnfläche der Stange und ein kleiner ringförmiger zylindrischer Bereich in der Nähe dieser Endflächen frei von dem keramischen Schlicker bleiben. Die so verbreitete Stange brennt man dann in Luft bis zur Sinterung des Bariumtitanate, so dass eine niohtporöae, ein Ganzes bildende Stange mit einer halbleitenden. Zone und einer Zone hohen dielektrischen Widerstandes entsteht· Eines oder beide Enden der halbleitenden Zone und ebenso auch die dielektrische Oberfläche erhalten Elektroden, womit der Kondensator fertig ist.

Es lassen sich natürlich keine absoluten Grenzen hinsichtlich der relativen Stärke der halbleitenden Zone und der Zone mit hohem dielektrischen Widerstand angeben. Die Aufgabe der halbleitenden Zone ist die, die dielektrische Zone mechanisch zu verstärken. Die halbleitende Zone soll nicht dicker sein als die dielektrische, damit sie diese Aufgabe erfüllen kann. Beispielsweise verstärkt eine Halbleiterzone von 0,05 mm Stärke eine dielektrische Zone von 0,1 mm Stärke beträchtlich. Die relative Stärke bestimmt sich deshalb nur durch praktische Überlegungen. Der Fachmann kann leicht die Stärke des Halbleiterkörpers bestimmen, die erforderlich ist, um eine gegebene Stärke der dielektrischen Zone zu verstärken. Für die meisten technischen Zwecke liegt die zweckmässige Stärke der dielektrischen Zone etwa zwischen 0,0025 und bis zu 0,5 mm, wobei dann jede halbleitende Zonenstärke praktisch zur Verstärkung dieses Materials beiträgt.

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Die Menge der Zusätze zu den keramischen Massen richtet ei oh . nach dem gewünschten Widerstand. Wie oben angegeben wurde, soll der Widerstand unter 1000 Ohm/cm bei 25°C liegen. Unter- · suchungen haben ergeben, dass in den meisten Fällen etwa 0,1 bis 0,5 Gew.$ des Mittels zu der gewünschten Einstellung des Widerstaii.des nach dem 3?ertigbrand ausreichen.

Die Brenntemperatur hängt von der jeweils verwendeten keramischen Masse ab. Meist erhält man einen Widerstand von weniger als 1000 Ohm/cm bei 25⁰C durch etwa l/2 bis 2 Stunden langes brennen der Masse an der Luft bei etwa 1.218 bis etwa 1.500⁰C.

Die Elektroden haben im allgemeinen eine hohe Leitfähigkeit und ergeben eine gute elektrische Verbindung mit der Oberfläche der keramischen Schichten, so dass jeder unnötige elektrische Widerstand vermieden wird, insteile von Dauerelektroden kann man auch verschiedene andere Elektrodenarten verwenden, z.B. flüssige Elektroden o.dgl.

Der Widerstand ergibt sich, wie oben bereits gesagt wurde, für einen Stoff als das produkt aus der dem spezifischen Widerstand und der Querschnittsfläche. Die Widerstandseinheit für ein Metall wird als der Widerstand eines Leiters von 1 m Stärke und einem qm im Querschnitt definiert. Die Widerstandswerte, auf die in der vorstehenden Beschreibung Bezug genommen wird, sind vergleichbare W_erte für keramische Massen. Manchmal dient auch zur Kennzeichnung der stromleitenden Fähigmeit .eines Stoffes die Leitfähigkeit, die als Kehrwert des Widerstandes zu ·-■ definieren ist. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen" erreichte man die relativen Widerstände der keramischen Massen durch bestimmte Zusätze zu dem keramischen Bariumtitanat des Iialbleitenden Kondensatorteils.

Die nach vorliegender Erfindung hergestellten robusten I jndensatoren, mit dünnen dielektrischen keramischen Schichten, sind für zahlreiche Zwecke verwendbar. Sie sind besonders wertvoll als Miederspannungskondensatoren mit dünnen dielektrischen Schichten und Kapazitäten im Bereich von 0,05 bis 1 uf für

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!Eraneis torkreise· Die vorliegende Erfindung bezieht sich, aber auch auf keramische Kondensatoren im Bereich von 50 Volt mit dielektrischen Schichten von weniger ala 0,(>25 mm. Stärke, die einer rauhen Behandlung standhalten müssen.

Die Erfindung ist auch allgemein zur Erzeugung sehr dünner, Jedoch nicht zu brechlicher Folien aus isolierendem Werkstoff von ^ert» Solche Folien sind für Zwecke verwendbar» bei denen eine keramische Isolierschicht zusammen mit einer halbleitenden kerami'eohen Grundsohicht als Ganzes zu gebrauchen ist. Diese Folien aus den zusammengesetzten Werkstoffschichten kommen für zahlreiche Zwecke infrage, wo man bisher selbsttragende Folien aus isolierendem Werkstoff verwendete.

Da viele verschiedene Auaführungaformen der vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne deren Rahmen oder Grundgedanken zu verlassen, ist die Erfindung natürlich nicht auf die hier erwähnten besonderen Ausführungsformen beschränkt.

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Claims

PATEITiI SP RUCHE:

1ΛVerfahren zur Herstellung mechanisch fester keramischer:.-o^ ^ Kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Kern-- körper aus einem Erdalkali-,- z.B. Bariumtitanatpulver, dem Zusätze zur Erzeugung der Halbleitfähigkeit beigemischt worden sind, auf einer Seite mit einer Schicht aus einem Titanatpulver überzieht, den überzogenen Körper unter Druck verdichtet, den so zu einem Ganzen verpressten Körper in Luft in solcher Weise brennt, dass die neben einer dielektrischen Zone liegende halbleitende Zone mi4 einen Widerstand von weniger als etwa l.ooo Ohm/cm bei 25⁰C hat und dass man eine Elektrode an der Oberfläche der halbleitenden Zone und eine andere an der Oberfläche der dielektrischen Zone anbringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Kernkörper aus einem nichtgebrannten Körper eines Titanats formt, das Zusätze zur Erzeugung der Halbleitfälligkeit enthält, auf einer Seite des Körpers eine Schicht aus Titaiiatpulver aufbringt, den so überzogenen Körper in Luft etwa eine halbe bis 2 Stunden bei etwa 1.220 bis 1.5oo°C zu einem eine Einheit bildenden Körper brennt, der eine halbleitende Zone mit einem Widerstand von weniger als etwa l.ooo Ohm/cm bei 25°C und eine dielektrische Zone enthält, und dann eine Elektrode an' die halbleitende Oberfläche und eine andere an die dielektrische Ob erflache anlegt„
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernkörper die Form einer Scheibe hat.
4·· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernkörper die Formjeines Rohrs hat.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernkörper die Form einer Stange hat,
6. Verfahren zur Herstellung mechanisch fester keramischer Kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, dass man zwei nicht

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gebrannte Kernkörper aus einer Titanatmasse, der Zusätze zur Erzeugung von Halbleitfähigkeit beigemengt sind, herstellt, zwischen diese beiden Körper eine Sohioht aus litanatpulver einbringt, den zusammengesetzten Gesamtkörper in Luft bei etwa 1.220 bis 1,50O⁰O etwa l/2 bis zu 2 Stunden lang zu einem ein Ganzes bildenden Körper mit einem Paar halbleitender Zonen mit Widerständen von weniger als 1.000 Ohm/cm bei 25⁰C und einer dielektrischen Zone brennt und Elektroden an den einander gegenüberliegenden Seiten der halbleitenden Zonen anbringt,
7. Verfahren zur Herstellung keramischer isolierender stoßbeständiger Körper, dadurch gekennzeichnet, dass man einer Titanat· pulvermasse Zusätze zur Erzeugung von Halbleitfähigkeit beimischt, das gemischte Pulver zu einem Zwischenkörper formt, eine Schicht aus Titanatpulver auf wenigstens eine Seite des Körpers aufbringt und den überzogenen Körper in Luft zu einem ein Ganzes bildenden Körper mit einer halbleitenden Zone mit ei^tt nem Widerstand von etwa l.ooo Ohm/cm bei 25⁰C und einer dielektrischen Zone brennt.

Für · Sprague Electric Comp any-

North Adams, Mass., VStA.

Rechtsanwalt

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