DE102008011206A1 - Glaskeramik, Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik und Verwendung einer Glaskeramik - Google Patents
Glaskeramik, Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik und Verwendung einer Glaskeramik Download PDFInfo
- Publication number
- DE102008011206A1 DE102008011206A1 DE102008011206A DE102008011206A DE102008011206A1 DE 102008011206 A1 DE102008011206 A1 DE 102008011206A1 DE 102008011206 A DE102008011206 A DE 102008011206A DE 102008011206 A DE102008011206 A DE 102008011206A DE 102008011206 A1 DE102008011206 A1 DE 102008011206A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- glass
- ceramic
- ferroelectric
- crystallites
- vol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B32/00—Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products
- C03B32/02—Thermal crystallisation, e.g. for crystallising glass bodies into glass-ceramic articles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
- C03C10/0072—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition having a ferro-electric crystal phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
- H01G4/08—Inorganic dielectrics
- H01G4/12—Ceramic dielectrics
- H01G4/1209—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
- H01G4/1218—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on titanium oxides or titanates
- H01G4/1227—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on titanium oxides or titanates based on alkaline earth titanates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
- H01G4/08—Inorganic dielectrics
- H01G4/12—Ceramic dielectrics
- H01G4/129—Ceramic dielectrics containing a glassy phase, e.g. glass ceramic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/30—Stacked capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Abstract
Die Glaskeramik umfasst eine glasige Phase und eine kristalline Phase, wobei die kristalline Phase ferroelektrische Kristallite mit einem maximalen Durchmesser von 20 bis 100 nm und mit einem Anteil an der Glaskeramik von > 50 Vol.-% aufweist. Weiterhin weist die kristalline Phase keinen oder einen Anteil an der Glaskeramik von <= 10 Vol.-% an nicht-ferroelektrischen Kristalliten auf. Darüber hinaus weist die Glaskeramik keine oder <= 0,01 Vol.-% Poren auf, und der Wert e' . V2max der Glaskeramik ist > 20 (MV/cm)2), wobei e' die Dielektrizitätskonstante der Glaskeramik ist. Hergestellt wird die Glaskeramik, indem zuerst ein Ausgangsglas hergestellt und dieses anschließend mit wenigstens einer Heiz- oder Abkühlrate von größer als 10 K/min unter Erhalt der Glaskeramik keramisiert wird.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Glaskeramik, ein Verfahren zur Herstellung dieser Glaskeramik sowie die Verwendung der Glaskeramik.
- Glaskeramiken, die mikrokristallines BaTiO3 enthalten, sind in dem Artikel von A. Herczog (Microcrystalline BaTiO₃ by Crystallization from Glass, Journal of the American Ceramic Society, Vol. 47, Nr. 3, März 1964, Seiten 107 bis 115) beschrieben. Gemäß dem Artikel ist es bekannt, Ausgangsgläser mittels kontrolliertem Erwärmen in Glaskeramiken umzuwandeln, wobei die Glaskeramiken neben BaTiO3-Kristalliten auch BaAl2Si2O8-Kristallite enthalten. Die Kristallite weisen eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,2 bis 0,8 μm auf. Die Glaskeramiken besitzen Dielektrizitätskonstanten e' von maximal 1200.
- O. Parkash et al. beschreiben im Artikel, Glass ceramics containing ferroelectric phases, Bull. Mater. Sci., Vol. 8, Nr. 5, Dezember 1986, Seiten 557 bis 565, Glaskeramiken, die BaTiO3-Kristallite enthalten und die eine maximale Dielektrizitätskonstante bei Kristallitgrößen im Submikrometerbereich von 0,2 bis 0,8 μm aufweisen.
- Gesinterte Glaskeramiken mit hoher Dielektrizitätskonstante, die kleine, leitende Körner auf Basis von BaTiO3 und/oder SrTiO3 in der Größenordnung von etwa 0,5 μm bis 10,0 μm beinhalten, die von einer dünnen, mikrokristallinen, isolierenden Sperrschicht an der Korngrenze mit einer Dicke von etwa 0,01 μm bis 0,1 μm umgeben sind, sind aus der Schrift
EP 0 378 989 A1 bekannt. - Intrinsische Größeneffekte in BaTiO3-Glaskeramiken sind im Artikel von D. Mc Caufey et al., J. Am. Ceram. Soc., Vol. 81, Nr. 4, 1998, Seite 979 bis 987, beschrieben.
- Glaskeramiken auf Ba/SrTiO3-Basis für Kondenstoren mit hohen Energiedichten beschreibt der Artikel von E. P. Gorzkowski et al., Glass-ceramics of barium strontium titanate for high energy density capacitors, J. Electroceram, 2007, Vol. 18, Seiten 269 bis 276.
- Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, neue Glaskeramiken zu finden und herzustellen, die insbesondere zur Verwendung in Kondensatoren oder Hochfrequenzfilter geeignet sind.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß Anspruch 1 gelost, indem eine Glaskeramik, die eine glasige Phase und eine kristalline Phase umfasst, bereitgestellt wird. Die kristalline Phase weist dabei ferroelektrische Kristallite mit einem maximalen Durchmesser von 20 bis 100 nm und mit einem Anteil an der Glaskeramik von > 50 Vol.-% auf. Weiterhin weist die kristalline Phase keinen oder einen Anteil an der Glaskeramik von ≤ 10 Vol-% an nicht-ferroelektrischen Kristalliten auf. Darüber hinaus weist die Glaskeramik keine oder ≤ 0,01 Vol.-% Poren auf, und der Wert e'·V2 max der Glaskeramik ist > 20 (MV/cm)2, wobei e' die Dielektrizitätskonstante der Glaskeramik und Vmax die Durchschlagsspannung/Glaskeramikdickeist.
- Die ferroelektrischen Kristallite besitzen vorzugsweise Perowskitstruktur.
- Im wesentlichen können die ferroelektrischen Kristallite aus reinem oder dotiertem BaTiO3 und/oder aus reinem oder dotiertem BaTi2O5 bestehen.
- Vorzugsweise haben die ferroelektrischen Kristallite einen Anteil an der Glaskeramik von > 60 Vol.-%, insbesondere von > 70 Vol.-%, und besonders bevorzugt von > 80 Vol.-%. Dabei hat sich gezeigt, dass insbesondere die Dielektrizitätskonstante e' der Glaskeramik mit steigendem Anteil der ferroelektrischen Kristallite an der Glaskeramik erhöht werden kann. Vorzugsweise besitzen die Glaskeramiken eine Dielektrizitätskonstante e' von > 2000, insbesondere größer 3000, besonders bevorzugt > 5000 oder gar größer 10000.
- Erfindungsgemäß werden diese Glaskeramiken mittels eines Verfahrens gemäß Anspruch 5 hergestellt, das wenigsten folgende Schritte umfasst:
- – Herstellen eines Ausgangsglases,
- – Keramisieren des Ausgangsglases mit wenigstens einer Heiz- oder Abkühlrate von größer als 10 K/min unter Erhalt der Glaskeramik.
- Die Ausgangsgläser werden aus bei der Glasherstellung üblichen Rohstoffen unter üblichen Bedingungen geschmolzen, geläutert, homogenisiert und konditioniert. Die Heißformgebung der Ausgangsgläser kann beispielsweise mittels walzen, ziehen oder floaten erfolgen. Weiterhin können die Ausgangsgläser vor der Keramisierung auch bearbeitet werden, z. B. geschliffen oder poliert.
- Bei der Keramisierung, also der Umwandlung der Ausgangsgläser in entsprechende Glaskeramiken, werden Heizraten von größer 10 K/min, insbesondere großer 15 K/min, und besonders bevorzugt großer 20 K/min, beispielsweise durch Heizen mit Infrarotstrahlung, insbesondere mit kurzwelliger Infrarotstrahlung mit einer Farbtemperatur von größer 1500°C, bevorzugt größer 2000°C und besonders bevorzugt von größer 2400°C verwendet.
- Eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren, die bzw. das solch hohe Heizraten ermöglicht, ist beispielsweise aus der Schrift
DE 100 60 987 A1 bekannt. - Insbesondere aufgrund dieser hohen Heizraten bei der Keramisierung ist es möglich, gezielt die gewünschte Kristallphase, also ferroelektrische Kristallite mit einem maximalen Durchmesser von 20 bis 100 nm und mit einem Anteil an der Glaskeramik von > 50 Vol.-% zu erhalten, und so die Eigenschaften der resultierenden Glaskeramik zu beeinflussen. Ist beispielsweise die Heizrate kleiner als 10 K/min treten neben der im wesentlichen gewünschten ferroelektrischen Kristallphase auch vermehrt nicht-ferroelekrtische Kristallphasen, insbesondere mit einem Anteil von > 10 Vol.-% an der Glaskeramik, auf.
- Erfindungsgemäß eignen sich die Glaskeramiken und finden Verwendung als Bestandteil eines Kondensators, eines Hochfrequenzfilters, insbesondere eines einstellbaren Hochfrequenzfilters, eines mikroelektronischen Bauteils, z. B. eines DRAM-Chips, oder eines Permanentdatenspeichers (Permanent Memory Device).
- Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Glaskeramik als Bestandteil eines Kondensators, ist diese insbesondere das Dielektrikum eines Kondensators. Insbesondere bei Hochenergiekondensatoren für Spannungen über 1 kV/mm ist das Dielektrikum des Kondenstors aus einer erfindungsgemäßen Glaskeramik.
- Ein Kondensator enthält vorzugsweise eine erfindungsgemäße Glaskeramik mit ferreoelektirschen Kristalliten, wie BaTiO3, und/oder nicht-ferroelektrischen Kristalliten, wie SrTiO3.
- Die Glaskeramik kann erfindungsgemäß für den Temperaturbereich der elektronischen Anwendung des Kondensator optimiert werden, insbesondere über deren Zusammensetzung, deren Kristallitanteil und -größe, sowie die Keramisierung der Glaskeramik.
- Die Kondensatoren erfüllen so die Temperaturabhängigkeitsanforderungen nach dem EIE-Standard Z5U oder X8R.
- Die Kondensatoren wiederum finden Verwendung als Wechselstromwandler, z. B. in Windkraftanlagen, Solarenergieanlagen, im Energiemanagement, beispielsweise von Hybridmotoren, insbesondere von Fahrzeugen.
- Die Glaskeramik besitzt vorzugsweise eine Dicke 20 μm < h < 10 mm, insbesondere von 50 μm < h < 5 mm, als Bestandteil eines Kondensators
- Wie in
2 dargestellt, weist die Glaskeramik als Bestandteil eines Kondensators strukturierte Kontakte mit einem Abstand von beispielsweise 50 nm < d < 100 μm auf. Solche Kontaktstrukturen können beispielsweise durch nasschemisches Ätzen und/oder durch Laserbearbeitung und/oder durch Wafersägen eingebracht werden. - Typischerweise besitzt die Glaskeramik eine Dicke h von 50 μm bis 5 mm. Der Abstand d ist der Abstand zwischen dem oberen und unteren Kontakten, welche in die Glaskeramik eingebettet sind. Der Abstand d kann viel kleiner als die Dicke h sein, was zu höheren Kapazitäten des Kondensators führt.
- Eine erfindungsgemäße Glaskeramik kann auch, entsprechend gepolt, mit piezoelektrischen Eigenschaften als Sensor oder Aktuator oder Bestandteil eines Sensors oder Aktuators verwendet werden.
- Ein thermischer Schalter oder ein Thermistor kann ebenfalls eine erfindungsgemäße Glaskeramik enthalten.
- Die erfindungsgemäßen Glaskeramiken zeigen hervorragende Temperaturabhängigkeiten der Dielektrizitätskonstante e', insbesondere ist die Temperaturabhängigkeit von e' sehr gering. Weiterhin besitzen die Glaskeramiken eine hohe Durchschlagsspannung/Glaskeramikdicke Vmax. Die Durchschlagsspannung pro Glaskeramikdicke bezeichnet die Spannung, welche notwendig ist, um Strom durch die Glaskeramik einer bestimmten Dicke fließen zu lassen; es kommt dann zum elektrischen Durchschlag bzw. Spannungsdurchschlag.
- Eine wichtige Größe des Dielektrikums bei Kondensatoren ist dessen Durchschlagsspannung, d. h. ab welcher Spannung das Dielektrikum (in diesem Fall die Glaskeramik) seine Isolationseigenschaften verliert und es zu Überschlägen zwischen den Kondensatorbelägen kommt.
- Ferroelektrizität kommt nur in Kristalliten vor, in denen die kristalline Symmetrie eine polare Achse zulässt. Hierdurch kommt es zur spontanen Polarisation durch die Verschiebung verschieden geladener Ionen im Kristallgitter. Im Unterschied zu piezo- und pyroelektrischen Stoffen kann die elektrische Polarisation in Ferroelektrika jedoch durch das Anlegen einer Spannung umgepolt werden. Ferroelektrische Kristallite sind immer auch pyroelektrisch und somit auch piezoelektrisch. So verschwindet bei Ferroelektrika die Polarisation bei hohen Temperaturen (der ferroelektrischen Curie-Temperatur) – das Material ist dann paraelektrisch. Oberhalb dieser Temperatur folgt die Dielektrizitätskonstante e' analog zur ferromagnetischen Suszeptibilität χ dem Curie-Weiss-Gesetz. Bei Abkühlung des Materials findet bei Unterschreiten ein Phasenübergang statt, der in der Regel mit einer Strukturveränderung (Verringerung der Kristallsymmetrie) zusammenfällt, und das Material wird wieder ferroelektrisch. Die Polarisation kann durch Anlegen eines externen elektrischen Feldes umgepolt werden und folgt dabei einer Hysteresekurve.
- Ferroelektrische Kristallite bilden Domänen, also Bereiche mit gleicher Polarisationsrichtung. Von Domäne zu Domäne ändert sich die Polarisationsrichtung im Bereich weniger Atomlagen, in denen die Polarisation verschwindet. Die ferroelektrischen Domänenwände sind nur wenige Nanometer breit. So besitzen Ferroelektrika eine hohe Dielektrizitätskonstante, in der Nähe des Phasenübergangs. Diese liegt im Bereich e' von 100 bis 100000, weshalb sie sich als Material für Kondensatoren besonders gut eignen.
- Ferroelektrika haben in der Regel eine starke Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante e', was zehn- bis zwanzigfache Kapazitätsänderungen im Temperaturbereich von 4 K und 300 K verursachen kann.
- Ferroelektrische Dielektrika in keramischer Form werden aufgrund ihrer sehr hohen Dielektrizitätszahlen für Keramikkondensatoren mit hohen Volumenkapazitäten verwendet und ersetzen zunehmend Elektrolytkondensatoren. Sie zeichnen sich gegenüber diesen durch geringe äquivalente Serienwiderstände und -induktivitäten aus, nachteilig sind jedoch die starke Temperaturabhängigkeit, die großen Toleranzen und die hohen dielektrischen Verlustfaktoren. Dabei hat sich gezeigt, dass diese Nachteile durch Verwendung einer erfindungsgemäßen Glaskeramik stark verringert werden können.
- Bekanntesten Ferroelektrika sind Kristallite mit Perowskitstruktur wie: Bariumtitanat BaTiO3 oder Blei-Zirkonat-Titanat Pb(ZrxTi1-x)O3. Weiterhin sind auch folgende Kristallite ferroelektrisch: Strontium-Eismut-Tantalat SrBi2Ta2O9, Bismuttitanat Bi4Ti3O12, Bismut-Lanthan-Titanat Bi4-xLaxTi3O12, Eismut-Titanat-Niobat Bi3TiNbO9, Strontium-Titanat SrTiO3, Barium-Strontium-Titanat BaxSr1-xTiO3, Natriumnitrit NaNO2, Barium-Dititan-Pentaoxid BaTi2O5.
- Die erfindungsgemäße Glaskeramik besitzt eine hohe chemische Beständigkeit und weist bei elektronischen Anwendungen geringe Alterungs- oder Ermüdungserscheinungen auf, auch unter hoher Leistungsdichte.
- Die aus geeigneten Ausgangsgläsern mittels Keramisierung (Wärme-/Zeit-Behandlung) hergestellten Glaskeramiken sind im wesentlichen porenfrei (d. h. sie besitzen keine Poren oder maximal bis zu 0,01 Vol.-% Poren), wobei die kristalline Phase von der glasigen Phase umgeben ist. Dabei hat sich gezeigt, dass die Eigenschaften der Glaskeramik, insbesondere deren Spannungsdurchschlagsfestigkeit wesentlich von einer geringen Porenzahl abhängt, was im Vergleich zu keramischen Materialien oder gesinterten Glaskeramiken (die beide immer einen Restanteil an Poren aufweisen), zu den hervorragenden genannten Eigenschaften führt.
- Ausführungsbeispiele:
- Tabelle 1 zeigt die Glaszusammensetzungen der Ausgangsgläser. Die Ausgangsgläser haben folgende Nummern (VSM): 31229, 30209, 31211, 30211, 30963, 31210, 30210, B, C.
- Im folgenden ist angegeben für welches keramisierte Ausgangsglas, also für welche resultierende Glaskeramik, welche Dielektrizitätskonstante e' gemessen wurde (ggf. unter Angabe der Keramisierungsnummer gemäß Tabelle 2):
- 30963: e' (bei 1 kHz) = 350 bei DE1
- 31210: e' (bei 1 kHz) = 17 bei DE3; e' (bei 1 kHz) = 38 bei DE11
- 31229: e' (bei 1 kHz) = 1100
- 31229: e' (bei 1 kHz) = 10000
- In Tabelle 2 sind die verwendeten Aufheizraten und Haltezeiten für die Keramisierung der jeweiligen Proben angegeben. Die Keramisierungszyklen sind mit DE1 bis DE12 bezeichnet (Art, Nr.). VSM bezeichnet die Probennummer der Ausgangsgläser, R die Heiz- bzw. Kühlrampe, Z die jeweilige Zieltemperatur, H die Haltezeit, OKL die jeweilige Ofenkennlinie. Tabelle 2:
- Vorzugsweise handelt es sich bei den ferroelektrischen Kristalliten um Kristallite des Typs „Ba1-xZ1 xTi1-yZ2 yO3, mit Z1 = Sr, Ce, Ca, Pb, etc. und Z2 = Zr, Hf, etc. auf den Ba- bzw. Ti-Plätzen des Perowskit-Kristallgitters. Um die Perowskitphasen zu erhalten, ist es notwendig, sich an die Temperatur-/Zeitbehandlung der Keramisierung zu halten. Um die Temperatur genau kontrollieren zu können muss die latente Wärme der Kristallphasenumwandlung berücksichtigt werden. Diese kann wie in
1 für die Thermoanalyse (DTA) des Ausgangsglases mit der Nur. 31211 dargestellt, ermittelt werden. Man erkennt deutlich die exothermen Kristallisationspeaks bei 860°C, 960°C und 980°C. Die Transformationstemperatur des Ausgangsglases liegt bei etwa 712°C. Die Keramisierung gelingt am besten mittels Infrarotbeheizung des Ausgangsglases und Temperaturkontrolle und -regelung über einen Pyrometer. - Die ferroelektrischen Kristallite der erfindungsgemäßen Glaskeramik weisen vorzugsweise einen maximalen Durchmesser in der Größenordnung der ferroelektrischen Domänen auf, insbesondere im Bereich von 20 bis 100 nm, vorzugsweise 20 bis 90 nm, und besonders bevorzugt von 20 bis 80 nm.
- Bestehen die ferroelektrischen Kristallite aus BaTiO3, so kann Ba vorzugsweise durch Sr, Ca, Pb teilweise ersetzt (dotiert) und/oder Ti vorzugsweise durch Zr, Hf, Y teilweise ersetzt (dotiert) sein. Die Kristallite können aber auch einen Ba-Überschuss und/oder einen Ti-Unterschuss aufweisen.
- Die Energie E, welche in einem Kondensator gespeichert ist, ist proportional zum Quadrat der angelegten Spannung V mal der Dielektrizitätskonstante e', also E ~ e'·V2. Deshalb ist es, insbesondere für Hochenergieanwendungen notwendig, die Durchschlagsspannung des Kondensators sehr hoch zu halten, bei gleichzeitig hoher Dielektrizitätskonstante e'.
- Erfindungsgemäß ist der Wert e'·V2 max > (20 MV/mm)2, wobei die Dielektrizitätskonstante e' vorzugsweise größer 3000, insbesondere größer 5000 und besonders bevorzugt größer 10000 ist.
- Weiterhin ist es für solche Anwendungen wichtig, dass keine Materialermüdungen auftreten, d. h. dass sich e' nicht im Lauf von vielen Betriebszyklen verringert oder es zu Spannungsdurchschlägen kommt.
- Die erfindungsgemäße, aus einem Ausgangsglas keramisierte, Glaskeramik eignet sich hervorragend als Bestandteil, insbesondere Dielektrikum eines Kondensators.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0378989 A1 [0004]
- - DE 10060987 A1 [0015]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - A. Herczog (Microcrystalline BaTiO₃ by Crystallization from Glass, Journal of the American Ceramic Society, Vol. 47, Nr. 3, März 1964, Seiten 107 bis 115 [0002]
- - O. Parkash et al. beschreiben im Artikel, Glass ceramics containing ferroelectric phases, Bull. Mater. Sci., Vol. 8, Nr. 5, Dezember 1986, Seiten 557 bis 565 [0003]
- - D. Mc Caufey et al., J. Am. Ceram. Soc., Vol. 81, Nr. 4, 1998, Seite 979 bis 987 [0005]
- - E. P. Gorzkowski et al., Glass-ceramics of barium strontium titanate for high energy density capacitors, J. Electroceram, 2007, Vol. 18, Seiten 269 bis 276 [0006]
| Nummer | 31229/30209 | 31211/30211 | 30963 | |||
| Mol.-% | Gew.-% | Mol.-% | Gew.-% | Mol.-% | Gew.-% | |
| SiO2 | 14,20 | 7,7457024 | 18,10 | 10,210109 | 18,10 | 10,319771 |
| Al2O3 | 7,10 | 6,5718455 | 7,10 | 6,7962085 | 3,60 | 3,4829764 |
| B2O3 | 0,00 | 0 | 0,00 | 0 | 3,50 | 2,3121727 |
| BaO | 42,90 | 59,715022 | 39,00 | 56,139723 | 39,00 | 56,742694 |
| TiO2 | 35,80 | 25,96743 | 35,80 | 26,853959 | 35,80 | 27,142385 |
| SrO | 0,00 | 0 | 0,00 | 0 | 0,00 | 0 |
| ZrO2 | 0,00 | 0 | 0,00 | 0 | 0,00 | 0 |
| Summe | 100,00 | 100 | 100,00 | 100 | 100,00 | 100 |
| Nummer | 31210/30210 | B → Mark | C → Mark | |||
| Mol.-% | Gew.-% | Mol.-% | Gew.-% | Mol.-% | Gew.-% | |
| SiO2 | 24,00 | 14,24985 | 14,20 | 8,2233064 | 14,20 | 9,790886 |
| Al2O3 | 3,00 | 3,0225733 | 7,10 | 6,9770689 | 7,10 | 8,3070827 |
| 6203 | 3,00 | 2,0638638 | 0,00 | 0 | 0,00 | 0 |
| BaO | 35,00 | 53,029915 | 30,03 | 44,377957 | 0,00 | 0 |
| TiO2 | 35,00 | 27,633798 | 35,80 | 27,568595 | 42,90 | 39,333666 |
| SrO | 0,00 | 0 | 12,87 | 12,853073 | 35,80 | 42,568365 |
| ZrO2 | 0,00 | 0 | 0,00 | 0 | 0,00 | 0 |
| Summe | 100,00 | 100 | 100,00 | 100 | 100,00 | 100 |
Claims (6)
- Glaskeramik umfassend eine glasige Phase und eine kristalline Phase, die kristalline Phase weist ferroelektrische Kristallite mit einem maximalen Durchmesser von 20 bis 100 nm und mit einem Anteil an der Glaskeramik von > 50 Vol.-% auf, die kristalline Phase weist keinen oder einen Anteil an der Glaskeramik von s 10 Vol-% an nicht-ferroelektrischen Kristalliten auf, die Glaskeramik weist keine oder ≤ 0,01 Vol.-% Poren auf, und der Wert e'·V2 max der Glaskeramik ist > 20 (MV/cm)2, wobei e' die Dielektrizitätskonstante der Glaskeramik und Vmax die Durchschlagsspannung/Glaskeramikdicke ist.
- Glaskeramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ferroelektrischen Kristallite Perowskitstruktur besitzen.
- Glaskeramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ferroelektrischen Kristallite im wesentlichen aus reinem oder dotiertem BaTiO3 und/oder aus reinem oder dotiertem BaTi2O5 bestehen.
- Glaskeramik nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ferroelektrischen Kristallite einen Anteil an der Glaskeramik von > 60 Vol.-%, insbesondere > 70 Vol.-%, und besonders bevorzugt > 80 Vol.-% haben.
- Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren wenigsten folgende Schritte umfasst: – Herstellen eines Ausgangsglases, – Keramisieren des Ausgangsglases mit wenigstens einer Heiz- oder Abkühlrate von größer als 10 K/min unter Erhalt der Glaskeramik.
- Verwendung einer Glaskeramik nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4 oder einer nach Anspruch 5 hergestellten Glaskeramik als Bestandteil eines Kondensators oder eines Hochfrequenzfilters.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102008011206A DE102008011206B4 (de) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik und Verwendung einer Glaskeramik laskeramik |
| JP2009038750A JP4947736B2 (ja) | 2008-02-26 | 2009-02-23 | ガラス・セラミックの製造方法及びそのガラス・セラミックの使用 |
| US12/392,408 US8141387B2 (en) | 2008-02-26 | 2009-02-25 | Process of producing a glass-ceramic, the glass-ceramic made therby and its uses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102008011206A DE102008011206B4 (de) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik und Verwendung einer Glaskeramik laskeramik |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102008011206A1 true DE102008011206A1 (de) | 2009-09-10 |
| DE102008011206B4 DE102008011206B4 (de) | 2011-05-05 |
Family
ID=40936033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102008011206A Expired - Fee Related DE102008011206B4 (de) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik und Verwendung einer Glaskeramik laskeramik |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8141387B2 (de) |
| JP (1) | JP4947736B2 (de) |
| DE (1) | DE102008011206B4 (de) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009024645A1 (de) * | 2009-06-04 | 2011-01-13 | Schott Ag | Glaskeramik mit nanoskaligem Bariumtitanat und Verfahren zu deren Herstellung |
| WO2013076116A3 (de) * | 2011-11-24 | 2014-07-10 | Schott Ag | Glaskeramik als dielektrikum im hochfrequenzbereich |
| DE102014106919A1 (de) | 2014-05-16 | 2015-11-19 | Schott Ag | Glaskeramik-Kondensator für Hochspannungsanwendungen |
| DE102015005778B3 (de) * | 2015-05-08 | 2016-07-14 | Schott Ag | Hochspannungskondensator, Dielektrika mit definierter Oberflächenrauhigkeit für Hochleistungskondensatoren, sowie Verfahren zur Herstellung eines Dielektrikums |
| DE102015110422A1 (de) * | 2015-06-29 | 2016-12-29 | Schott Ag | Laserbearbeitung eines mehrphasigen transparenten Materials, sowie mehrphasiger Kompositwerkstoff |
| CN111210992A (zh) * | 2018-11-22 | 2020-05-29 | 三星电机株式会社 | 电容器组件和用于制造电容器组件的方法 |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101967056A (zh) * | 2010-10-19 | 2011-02-09 | 郑州大学 | 一种二钛酸钡铁电陶瓷的激光合成方法 |
| DE102011119804B4 (de) * | 2011-11-24 | 2019-02-07 | Schott Ag | Dielektrikum für den Hochfrequenzbereich und seine Verwendung |
| US9255033B2 (en) | 2013-08-16 | 2016-02-09 | Schott Corporation | Piezoelectric glass ceramic compositions and piezoelectric devices made therefrom |
| US9686862B2 (en) * | 2014-09-23 | 2017-06-20 | Finisar Corporation | Capacitors for multilayer printed circuit boards |
| DE102015118308B4 (de) * | 2014-10-29 | 2023-07-27 | Schott Ag | Verfahren zur Herstellung einer keramisierbaren Grünglaskomponente sowie keramisierbare Grünglaskomponente und Glaskeramikgegenstand |
| US20170362119A1 (en) | 2016-06-17 | 2017-12-21 | Corning Incorporated | Transparent, near infrared-shielding glass ceramic |
| US10246371B1 (en) | 2017-12-13 | 2019-04-02 | Corning Incorporated | Articles including glass and/or glass-ceramics and methods of making the same |
| US10450220B2 (en) * | 2017-12-13 | 2019-10-22 | Corning Incorporated | Glass-ceramics and glasses |
| US20190245056A1 (en) * | 2018-02-02 | 2019-08-08 | International Business Machines Corporation | Ferroelectric devices free of extended grain boundaries |
| KR102666093B1 (ko) * | 2018-08-09 | 2024-05-16 | 삼성전기주식회사 | 적층 세라믹 커패시터 |
| KR102703774B1 (ko) * | 2018-10-10 | 2024-09-04 | 삼성전기주식회사 | 적층 세라믹 전자부품 |
| CN114890676B (zh) * | 2021-06-21 | 2023-07-07 | 桂林电子科技大学 | 一种高介电高储能微晶玻璃介质材料及其制备方法 |
| CN113789514B (zh) * | 2021-08-23 | 2023-07-28 | 江阴硅普搪瓷股份有限公司 | 一种耐高温、耐磨、耐强冲击的防腐微晶釉的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1928090A1 (de) * | 1968-05-31 | 1969-12-11 | Corning Glass Works | Glaskeramischer Artikel mit einer hohen Dielektrizitaetskonstanten |
| EP0378989A1 (de) | 1989-01-17 | 1990-07-25 | International Business Machines Corporation | Dotierte Titanatglaskeramik für Kondensatoren mit Korngrenzensperrschichten |
| DE10060987A1 (de) | 2000-09-22 | 2002-04-25 | Schott Glas | Verfahren und Vorrichtung zum Keramisieren des Ausgangsglases einer Glaskeramik |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3195030A (en) * | 1964-06-26 | 1965-07-13 | Corning Glass Works | Glass and methods of devitrifying same and making a capacitor therefrom |
| US4027209A (en) * | 1975-10-02 | 1977-05-31 | Sprague Electric Company | Ceramic capacitor having a silver doped dielectric of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 |
| US4042362A (en) * | 1976-05-18 | 1977-08-16 | Corning Glass Works | Production of glass-ceramic articles |
| JP3882847B2 (ja) * | 2003-12-19 | 2007-02-21 | 株式会社村田製作所 | 強誘電性ガラスセラミックスおよびその製造方法 |
| WO2006126375A1 (ja) * | 2005-05-23 | 2006-11-30 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 強誘電性ガラスセラミックスおよびその製造方法、ならびに、ガラス組成物 |
-
2008
- 2008-02-26 DE DE102008011206A patent/DE102008011206B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-02-23 JP JP2009038750A patent/JP4947736B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2009-02-25 US US12/392,408 patent/US8141387B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1928090A1 (de) * | 1968-05-31 | 1969-12-11 | Corning Glass Works | Glaskeramischer Artikel mit einer hohen Dielektrizitaetskonstanten |
| EP0378989A1 (de) | 1989-01-17 | 1990-07-25 | International Business Machines Corporation | Dotierte Titanatglaskeramik für Kondensatoren mit Korngrenzensperrschichten |
| DE10060987A1 (de) | 2000-09-22 | 2002-04-25 | Schott Glas | Verfahren und Vorrichtung zum Keramisieren des Ausgangsglases einer Glaskeramik |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| A. Herczog (Microcrystalline BaTiO3 by Crystallization from Glass, Journal of the American Ceramic Society, Vol. 47, Nr. 3, März 1964, Seiten 107 bis 115 |
| D. Mc Caufey et al., J. Am. Ceram. Soc., Vol. 81, Nr. 4, 1998, Seite 979 bis 987 |
| E. P. Gorzkowski et al., Glass-ceramics of barium strontium titanate for high energy density capacitors, J. Electroceram, 2007, Vol. 18, Seiten 269 bis 276 |
| O. Parkash et al. beschreiben im Artikel, Glass ceramics containing ferroelectric phases, Bull. Mater. Sci., Vol. 8, Nr. 5, Dezember 1986, Seiten 557 bis 565 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009024645A1 (de) * | 2009-06-04 | 2011-01-13 | Schott Ag | Glaskeramik mit nanoskaligem Bariumtitanat und Verfahren zu deren Herstellung |
| DE102009024645B4 (de) * | 2009-06-04 | 2011-06-01 | Schott Ag | Glaskeramik mit nanoskaligem Bariumtitanat, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung |
| US8263509B2 (en) | 2009-06-04 | 2012-09-11 | Schott Ag | Glass-ceramic containing nanoscale barium titanate and process for the production thereof |
| WO2013076116A3 (de) * | 2011-11-24 | 2014-07-10 | Schott Ag | Glaskeramik als dielektrikum im hochfrequenzbereich |
| CN104024174A (zh) * | 2011-11-24 | 2014-09-03 | 肖特公开股份有限公司 | 在高频范围内作为电介质的微晶玻璃 |
| US9272944B2 (en) | 2011-11-24 | 2016-03-01 | Schott Ag | Glass-ceramic as dielectric in the high-frequency range |
| DE102014106919A1 (de) | 2014-05-16 | 2015-11-19 | Schott Ag | Glaskeramik-Kondensator für Hochspannungsanwendungen |
| WO2015173409A1 (de) * | 2014-05-16 | 2015-11-19 | Schott Ag | Glaskeramik-kondensator für hochspannungsanwendungen |
| DE102014106919B4 (de) * | 2014-05-16 | 2016-05-04 | Schott Ag | Verfahren zur Konstruktion und Herstellung von Glaskeramik Kondensatoren für Hochspannungsanwendungen und nach dem Verfahren bemessener und hergestellter Glaskeramik-Kondensator |
| DE102015005778B3 (de) * | 2015-05-08 | 2016-07-14 | Schott Ag | Hochspannungskondensator, Dielektrika mit definierter Oberflächenrauhigkeit für Hochleistungskondensatoren, sowie Verfahren zur Herstellung eines Dielektrikums |
| DE102015110422A1 (de) * | 2015-06-29 | 2016-12-29 | Schott Ag | Laserbearbeitung eines mehrphasigen transparenten Materials, sowie mehrphasiger Kompositwerkstoff |
| CN111210992A (zh) * | 2018-11-22 | 2020-05-29 | 三星电机株式会社 | 电容器组件和用于制造电容器组件的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2009242228A (ja) | 2009-10-22 |
| US8141387B2 (en) | 2012-03-27 |
| JP4947736B2 (ja) | 2012-06-06 |
| US20090215605A1 (en) | 2009-08-27 |
| DE102008011206B4 (de) | 2011-05-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102008011206B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik und Verwendung einer Glaskeramik laskeramik | |
| DE102008021827B9 (de) | Keramischer Werkstoff, Verfahren zur Herstellung des keramischen Werkstoffs, Bauelement mit dem keramischen Werkstoff und seine Verwendung | |
| DE102009024645B4 (de) | Glaskeramik mit nanoskaligem Bariumtitanat, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung | |
| EP2837044B1 (de) | Keramisches material und kondensator umfassend das keramische material | |
| DE102010031004B4 (de) | Keramikmaterial und Kondensator | |
| DE4017518A1 (de) | Verfahren zur herstellung von monolayer-kondensatoren | |
| EP2616411B1 (de) | Keramischer werkstoff auf der basis von dem perowskit bi0,5na0,5tio3, piezoelektrischer aktor enthaltend den keramischen werkstoff und verfahren zur herstellung des keramischen werkstoffs | |
| DE102010050556A1 (de) | Hexagonales Bariumtitanatpulver, Erzeugungsverfahren hierfür, dielektrische Keramikzusammensetzung und elektronische Komponente | |
| DE102020132743A1 (de) | Elektret | |
| DE69923635T2 (de) | Piezoelektrische Keramiken | |
| DE69327815T2 (de) | Donatoren-dotierte Perovskite für Dünnfilm-Dielektrika | |
| DE102012106743A1 (de) | Dielektrischer keramischer Werkstoff sowie Verwendung einer dielektrischen Komponente aus dem Werkstoff | |
| EP2517218B1 (de) | Varaktor und verfahren zur herstellung eines varaktors | |
| DE60009773T2 (de) | Ferroelektrische Keramik | |
| EP0714866B1 (de) | Komplexer, substituierter Lanthan-Blei-Zirkon-Titan-Perowskit, keramische Zusammensetzung und Aktuator | |
| KR101753824B1 (ko) | 복합 비스무스계 무연 압전 세라믹스 및 이의 제조방법 | |
| DE102017116925B4 (de) | Harte PZT-Keramik, piezoelektrisches Vielschichtbauelement und Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements | |
| DE112005001951B4 (de) | Piezoelektrische Keramikzusammensetzung und ihre Verwendung | |
| WO2015173409A1 (de) | Glaskeramik-kondensator für hochspannungsanwendungen | |
| DE10331036B4 (de) | PZT-(Blei-Zirkonat-Titanat-)Zusammensetzungen, die bei niedrigen Temperaturen sinterbar sind und daraus hergestellte piezoelektrische Keramikvorrichtungen | |
| KR101767130B1 (ko) | 복합 비스무스계 무연 압전 세라믹스 및 이의 제조방법 | |
| DE102024115938B4 (de) | Mehrschichtaufbau und Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus | |
| DE1802234C3 (de) | Piezoelektrische Keramik | |
| DE102010035145B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen keramischen Bauelements | |
| DE1671166B1 (de) | Piezoelektrisches keramik-material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110806 |
|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |