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DE2750203A1 - LOW-LOSS CERAMIC COMPOSITION AND METHOD OF MANUFACTURING IT - Google Patents

LOW-LOSS CERAMIC COMPOSITION AND METHOD OF MANUFACTURING IT

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DE2750203A1
DE2750203A1 DE19772750203 DE2750203A DE2750203A1 DE 2750203 A1 DE2750203 A1 DE 2750203A1 DE 19772750203 DE19772750203 DE 19772750203 DE 2750203 A DE2750203 A DE 2750203A DE 2750203 A1 DE2750203 A1 DE 2750203A1
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DE
Germany
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3bao
mgo
zno
ceramic composition
ceramic
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DE19772750203
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German (de)
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Shigeru Hayakawa
Syunichiro Kawashimi
Masamitsu Nishida
Hiromu Ouchi
Ichiro Ueda
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., 1006, Oaza Kadoma, Kadoma-shi, Osaka-fu (Japan)Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., 1006, Oaza Kadoma, Kadoma-shi, Osaka-fu (Japan)

Verlustarme keramische Zusammensetzung sowie Verfahren zu ihrer HerstellungLow-loss ceramic composition and method for its manufacture

Die Erfindung befaßt sich mit einer keramischen Masse, die in elektrischen und elektronischen Geräten verwendet werden kann, insbesondere mit einer keramischen Masse, die eine hohe Dielektrizitätskonstante, geringen Verlust für elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich besitzt und unempfindlich ist gegen Temperaturschwankungen, so daß die Masse mit besonderem Vorteil in verschiedenen Hnchstfrequenzschaltungen verwendet werden kann.The invention is concerned with a ceramic mass used in electrical and electronic equipment can be, especially with a ceramic mass that has a high dielectric constant, low loss for electromagnetic radiation in the microwave range and is insensitive to temperature fluctuations, so that the mass is used with particular advantage in various high frequency circuits can be.

Im Mikrowellen-Bereich werden Dielektrika zur Impedanzanpassung in Höchstfrequenzschaltungen sowie als dielektrische Resonatoren, etc. benutzt. Bei der Entwicklung der Integrationstechnik auf dem Gebiete der Mikrowellen-Schaltungen besteht starker Bedarf an kleinen dielektrischen Resonatoren als Stabilisatoren für die Oszillatorfrequenz, als Frequenzfilter, etc., sowie an Stoffen mitIn the microwave range, dielectrics are used for impedance matching in high-frequency circuits and as dielectric Resonators, etc. used. In the development of integration technology in the field of microwave circuits there is a strong need for small dielectric resonators as stabilizers for the oscillator frequency, as a frequency filter, etc., as well as on substances with

HZ/ilHZ / il

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27502Q327502Q3

hoher Dielektrizitätskonstante und niedrigem Verlust für Mikrowellen, die den auftretenden Temperaturschwankungen gegenüber hinreichend stabil sind und demzufolge beispielsweise als Substrate oder Chips für integrierte Schaltungen verwendet werden können.high dielectric constant and low loss for microwaves, which can cope with the temperature fluctuations that occur are sufficiently stable and consequently, for example, as substrates or chips for integrated Circuits can be used.

Obgleich Aluminiumoxyd ein verlustarmes Dielektrikum ist und als Substrat verwendet werden kann, hat es Nachteile insofern, als seine relative Dielektrizitätskonstante mit etwa 10 klein ist und einen großen Temperaturkoeffizienten von etwa 120 bis 150 ppm/°C beträgt.Although alumina is a low loss dielectric and can be used as a substrate, it has disadvantages in that its relative dielectric constant is small, about 10, and has a large temperature coefficient is from about 120 to 150 ppm / ° C.

Man kann für dielektrische Resonatoren verschiedene Zusammensetzungen verwenden, beispielsweise Zusammensetzungen der BaO-TiO2-Gruppe, Zusammensetzungen, die durch Substituierung anderer Elemente für einen Teil der BaO-TiO2"Grupne erhalten werden, oder Zusammensetzungen, die durch Kombination von TiO-, dessen Dielektrizitätskonstante einen negativen Temperaturgradienten besitzt, mit Kompositionen, deren Dielektrizitätskonstante einen positiven Temperaturkoeffizienten hat. Diese Zusammensetzungen haben jedoch Nachteile, die in einem großen dielektrischen Verlust, großen Temperaturschwankungen bezüglich der Dielektrizitätskonstanten, großen Abweichungen im Temperaturgang der Dielektrizitätskonstanten, etc., zu sehen sind, so daß sich bei der praktischen Verwendung zahlreiche Probleme stellen.Various compositions can be used for dielectric resonators, for example compositions of the BaO-TiO 2 group, compositions obtained by substituting other elements for part of the BaO-TiO 2 "group, or compositions obtained by combining TiO-, its Dielectric constant has a negative temperature gradient, with compositions whose dielectric constant has a positive temperature coefficient. However, these compositions have disadvantages, which can be seen in a large dielectric loss, large temperature fluctuations with respect to the dielectric constant, large deviations in the temperature profile of the dielectric constant, etc., so that there are numerous problems in practical use.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dielektrische keramische Zusammensetzungen zur Verwendung in elektrischen und elektronischen Geräten zu schaffen, die eine große Dielektrizitätskonstante haben und für Mikrowellen nur geringen Verlust bilden und außerdem eine ausreichende Stabilität gegenüber Temperaturschwankungen haben. Die zu schaffenden Zusammensetzungen sollen eine einfache StrukturThe invention is therefore based on the object of dielectric ceramic compositions for use in electrical and to create electronic devices that have a large dielectric constant and that are suitable for microwaves form only a small loss and also have sufficient stability against temperature fluctuations. The too Creating compositions are said to have a simple structure

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" *"" 27502Ü3"*" "27502Ü3

und eine stabile Funktionsweise haben und in großem Stil preiswert herstellbar sein. Die Erfindung soll darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung dieser dielektrischen keramischen Zusammensetzungen entwickeln.and have a stable operation and be inexpensive to manufacture on a large scale. The invention is about also develop a method for making these dielectric ceramic compositions.

Dazu wird erfindungsgemäß eine gebrannte Zusammensetzung vorgeschlagen, die mehr als zwei Arten der folgenden Komponenten enthält: 3BaO-ZnO'Nb-O5, 3BaO-ZnO-Ta3O5, 3BaO'MgO-Nb3O5 und 3BaO-MgO-Ta3O5; diese Zusammensetzungen werden unter optimalen Bedingungen wie nachfolgend beschrieben hergestellt und als keramische Massen verwendet, die einen sehr geringen Mikrowellenverlust und eine große Dielektrizitätskonstante haben und zur Verwendung als dielektrische Resonatoren, elektrische Filter, Substrate, etc., verwendet werden können, wobei die oben erwähnten Nachteile der dort erwähnten Stoffe nicht mehr auftreten, und das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sehr preiswert ist.For this purpose, the invention proposes a fired composition which contains more than two types of the following components: 3BaO-ZnO'Nb-O 5 , 3BaO-ZnO-Ta 3 O 5 , 3BaO'MgO-Nb 3 O 5 and 3BaO-MgO-Ta 3 O 5 ; these compositions are prepared under optimal conditions as described below and used as ceramic masses which have a very low microwave loss and a large dielectric constant and can be used for use as dielectric resonators, electrical filters, substrates, etc., with the above-mentioned disadvantages of the substances mentioned there no longer occur, and the production process for the compositions according to the invention is very inexpensive.

Die Erfindung geht im einzelnen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der anhand der beigefügten Zeichnung ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Die Figur zeigt ein elektrisches Blockdiagramm einer Schaltung, die zur Messung der dielektrischen Eigenschaften keramischer Stoffe im Mikrowellen-Bereich geeignet ist.The invention is based on the following description in which an exemplary embodiment is shown with reference to the accompanying drawing. The figure shows an electrical block diagram of a circuit used to measure the dielectric properties of ceramic Substances in the microwave range is suitable.

Durch zahlreiche Experimente ergab sich, daß Zusammensetzungen, die aus einer richtigen Verbindung von BaO, ZnO, MgO, Nb3O5 und T^0S gebildet und in dichte keramische Massen gebrannt wurden, einen hohen unbelasteten Q-Wert und gute Stabilität bezüglich Temperaturschwankungen im Mikrowellen-Frequenzbereich haben. Durch richtige Veränderung der Zusammensetzungen können dielektrische keramische Massen zur Verwendung im Mikrowellen-Frequenzbereich erhalten werden, die überlegene Eigenschaften der relativenThrough numerous experiments it was found that compositions formed from a correct connection of BaO, ZnO, MgO, Nb 3 O 5 and T ^ 0 S and fired into dense ceramic bodies, a high unloaded Q-value and good stability with respect to temperature variations in the microwave frequency range. By properly changing the compositions, dielectric ceramic compositions for use in the microwave frequency range can be obtained which have superior properties to the relative

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Dielektrizitätskonstanten von 29 bis 39, Q-Werte von 3.900 bis 4.300 und einen Temperatur-Koeffizienten der Resonanzfrequenz von Null bis 27 ppm/°C haben. Bezüglich der Komponenten 3BaO-ZnO-Nb2O5, 3BaO-MgO-Nb3O5, 3BaO-ZnO-Ta-O5 und 3BaO-MgO-Ta2O5 wurde eine Strukturanalyse ausgeführt, beispielsweise in (1) F. Glasso u.a., Nature, 207, 70(1965); (2) F. Glasso u.a., Inorg. Chem., 2, 3, 482 (1963); (3) F. Glasso u.a. J. Phys. Chem., 67, 1561 (1963), und (4) F. Glasso u.a. J. Am Chem., Soc, 81, 820 (1959), so daß auf diese Veröffentlichungen wegen weiterer Einzelheiten Bezug genommen werden kann. Ferner wurden Einkristalle dieser Komponenten zur Untersuchung auf ihre elektrischen Eigenschaften präpariert; auf Grund der sehr kleinen Größe solcher Einkristalle war es sehr schwierig, sie einer praktischen Verwendung zuzuführen.Have dielectric constants from 29 to 39, Q values from 3,900 to 4,300, and a temperature coefficient of resonance frequency from zero to 27 ppm / ° C. A structural analysis was carried out for the components 3BaO-ZnO-Nb 2 O 5 , 3BaO-MgO-Nb 3 O 5 , 3BaO-ZnO-Ta-O 5 and 3BaO-MgO-Ta 2 O 5 , for example in (1) F. Glasso et al., Nature, 207, 70 (1965); (2) F. Glasso et al., Inorg. Chem., 2, 3, 482 (1963); (3) F. Glasso et al. J. Phys. Chem., 67, 1561 (1963), and (4) F. Glasso et al. J. Am Chem., Soc, 81, 820 (1959), so that reference can be made to these publications for further details. Furthermore, single crystals of these components were prepared for examination of their electrical properties; because of the very small size of such single crystals, it has been very difficult to put them into practical use.

Zur Überwindung der erwähnten Nachteile wurden dichte keramische Massen der BaO-ZnO-MgO-Nb-Oc-Ta-Oc-Gruppe zur Messung ihrer elektrischen Eigenschaften im Mikrowellen-Frequenzbereich präpariert. Als Ergebnis ergab sich, daß die Zusammensetzung gemäß der Formel w(3BaO-ZnO«Nb2O5) - X(SBaO-ZnO-Ta3O5) - y(3BaO-MgO-Nb2O5) - ζ(3BaO^MgO-Ta2O5) einen hohen unbelasteten Q-Wert im Mikrowellen-Frequenzbereich und hohe Temperaturstabilität für die Resonanzfrequenz hat, wenn sie als dielektrischer Resonator verwendet wird.To overcome the disadvantages mentioned, dense ceramic masses of the BaO-ZnO-MgO-Nb-Oc-Ta-Oc group were prepared to measure their electrical properties in the microwave frequency range. As a result, it was found that the composition represented by the formula w (3BaO-ZnO «Nb 2 O 5 ) - X (SBaO-ZnO-Ta 3 O 5 ) - y (3BaO-MgO-Nb 2 O 5 ) - ζ (3BaO ^ MgO-Ta 2 O 5 ) has a high unloaded Q value in the microwave frequency range and high temperature stability for the resonance frequency when used as a dielectric resonator.

Tabelle I zeigt die relativen Dielektrizitätskonstanten K, die unbelasteten p-Werte und die Temperatur-Koeffizienten der Resonanzfrequenz TCF dielektrischer Resonatoren aus den erfindungsgemäßen keramischen Massen im Mikrowellen-Frequenzbereich .Table I shows the relative dielectric constants K, the unloaded p-values and the temperature coefficients the resonance frequency TCF of dielectric resonators from the ceramic compositions according to the invention in the microwave frequency range .

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IaLu C! 1 TABELLEIaLu C! 1 TABLE

Experimentexperiment
Nos.Nos.
CompositionComposition
(Mol Fraction)(Mole fraction)
χχ UU ζζ ilut-l'rcss inji
"iMiipiiratur
(0C)
ilut-l'rcss inji
"iMiipiirature
( 0 C)
KK QQ TCFTCF
(ppm/°C)(ppm / ° C)
WW. 1,3001,300 4040 3,4853.485 2828 * 1* 1 1.01.0 1.01.0 1,4001,400 3030th 3,6663,666 - 2- 2 * 2* 2 1.01.0 1,2001,200 2929 3,8003,800 2424 * 3* 3 1.01.0 1,4501,450 2727 3,7803,780 99 * 4* 4 0.990.99 1,3801,380 3131 3,9723,972 00 55 0.010.01 0.60.6 1,3501,350 3333 4,3194,319 99 66th 0.40.4 0.40.4 1,3501,350 3535 3,9383,938 1717th 77th 0.60.6 0.010.01 1,3001,300 3939 3,9173.917 2525th 88th 0.990.99 0.990.99 1,2001,200 3131 4,1114.111 2424 99 0.010.01 0.60.6 1,2501,250 3434 4,2374,237 2525th 1010 0.40.4 0.40.4 1,2501,250 3535 4,1504.150 2424 1111 0.60.6 0.010.01 1,3001,300 3838 4,0204.020 2727 1212th 0.990.99 0.010.01 0.990.99 1,4301.430 2828 4,0334.033 77th 1313th 0.40.4 0.60.6 1,4201.420 2828 4,2704,270 55 1414th 0.60.6 0.40.4 1,4201.420 2929 4,2144.214 44th 1515th 0.990.99 0.010.01 1,4001,400 3030th 3,9503,950 00 1616 0.010.01 0.990.99 1,4301.430 2727 4,04 74.04 7 1111 1717th 0.40.4 0.60.6 1,4001,400 2828 4,2534.253 1515th 1818th 0.60.6 0.40.4 1,3501,350 2929 4,2214.221 1919th 1919th 0.990.99 0.010.01 1,2001,200 2929 4,1254.125 2222nd 2020th 0.010.01 0.010.01 0.010.01 1,3301.330 2929 4,2284,228 1111 2121 0.970.97 0.970.97 0.010.01 0.0]0.0] 1,3701,370 3030th 4,2574.257 2020th 2222nd 0.010.01 0.010.01 0.970.97 0.00.0 1,3001,300 3131 4,1254.125 55 2323 0.010.01 ί 0.0]ί 0.0] L 0.01L 0.01 0.90.9 1 1,400 1 1,400 3737 4,0.174.0.17 2323 2424 0.0]0.0] > 0.2!> 0.2! ) 0.25) 0.25 0.20.2 S 1,380S 1.380 3434 4,1114.111 1212th 2525th 0.2!0.2!

* Zum Vergleich* For comparison

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275Ü203275Ü203

Tabelle 2 zeigt Veränderungen des unbelasteten Q-Wertes unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für die keramischen Massen.Table 2 shows changes in the unloaded Q value under the conditions of the manufacturing process according to the invention for the ceramic bodies.

Table 2Table 2

Composition
(Mole Fraction)
Composition
(Mole Fraction)
XX yy ZZ llot-Pressing
Temperatur
llot pressing
temperature
QQ 1,0001,000 1,4001,400 1,4501,450
WW. 0.990.99 1,3801,380 Calcining
Brenn-Temperatiir (°(
Calcining
Firing temperature (° (
3,9703,970 3,9503,950 2,2102.210
0.010.01 0.50.5 1,3501,350 800800 4,0154.015 4,0004,000 2,2342.234 0.50.5 0.10.1 1,3001,300 590590 3,9103,910 3,8903.890 2,1802.180 0.990.99 0.990.99 1,2001,200 500500 4,1024.102 3,9203,920 1,2901.290 0.010.01 0.50.5 1,2501,250 485485 3,9033.903 3,9153,915 1,3101,310 0.50.5 0.010.01 1,3001,300 920920 4,0154.015 3,9003,900 1,2501,250 0.990.99 0.010.01 0.990.99 1,4301.430 890890 4,0284.028 3,9703,970 926926 0.50.5 0.50.5 1,4201.420 905905 3,9403,940 4,1154.115 950950 0.990.99 0.010.01 1,4001,400 1,5301.530 3,9353.935 3,8603,860 890890 0.010.01 0.990.99 1,4301.430 1,5231.523 4,0384.038 4,0104.010 1,6801.680 0.50.5 0.50.5 1,3501,350 1,5101.510 3,9903,990 4,0224.022 1,7071.707 0.990.99 0.010.01 1,2001,200 1,2251.225 4,1104.110 4,0504.050 1,7151.715 0.250.25 0.250.25 0.250.25 1,3801,380 1,2191.219 4,1504.150 4,1104.110 2,3212,321 0.250.25 1,1801.180 1,1111.111

* Zum Vergleich* For comparison

Das in der beigefügten Zeichnung dargestellte Blockdiagramm zeigt eine Schaltung zur Messuna der dielektrischen Eigenschaften der keramischen Massen im Mikrowellen-Bereich. Das Meßverfahren ist im einzelnen beispielsweise in B.W. Hakki u.a., IRE Trans. MTM-14, 9, 400 (1966), beschrieben, womit die Dielektrizitätskonstante, der Verlust, die Temperaturstabilität etc. der dielektrischen keramischen Stoffe imThe block diagram shown in the accompanying drawing shows a circuit for measuring the dielectric properties of ceramic masses in the microwave range. The measuring method is described in detail, for example, in B.W. Hakki i.a., IRE Trans. MTM-14, 9, 400 (1966), described, with which the dielectric constant, the loss, the temperature stability etc. of the dielectric ceramics im

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Mikrowellen-Bereich exakt gemessen werden können. Auf der Basis des beschriebenen Verfahrens wurden Messungen an zylindrischen Proben ausgeführt, von denen jede einen Durchmesser von 5 bis 6 mm und eine Stärke von 2 bis 2,5 mm besaß. Die Meßfrequenz betrug etwa 11,5 GHz. Die Dielektrizitätskonstante wurde aus der Probengröße und der Resonanzfrequenz ermittelt. Zusätzlich wurde der Temperaturkoeffizient für die Resonanzfrequenz aus einer Variation der Resonanzfrequenz bei Temperaturen zwischen -200C und 1000C erhalten. Der TCF kann durch die folgende Gleichung durch Verwendung des Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante TCK und des thermischen Expansionskoeffizienten CC-/ dargestellt werden wie folgt: Microwave range can be measured exactly. On the basis of the method described, measurements were carried out on cylindrical samples, each of which had a diameter of 5 to 6 mm and a thickness of 2 to 2.5 mm. The measurement frequency was about 11.5 GHz. The dielectric constant was determined from the sample size and the resonance frequency. In addition, the temperature coefficient for the resonant frequency from a variation of the resonance frequency at temperatures between -20 0 C and 100 0 C was obtained. The TCF can be represented by the following equation by using the temperature coefficient of dielectric constant TCK and the coefficient of thermal expansion CC - / as follows:

TCF = -(TCK/2TCF = - (TCK / 2

Der Wert TCF ist als eine Eigenschaft zur Beschreibung der TemperaturStabilität der in Mikrowellen-Schaltungen zu verwendenden Stoffe besonders hilfreich. Wenn beispielsweise der dielektrische Resonator durch Verwendung der oben erläuterten keramischen Massen aufgebaut wird, wird die Stabilität der Resonanzfrequenz durch den Wert TCF angegeben, während der Verlust durch 1/0 aus dem unbelasteten Q-Wert sich ergibt, wobei ein größerer Q-Wert zu einem geringeren Verlust führt.The TCF value is used as a property to describe the temperature stability in microwave circuits The substances to be used are particularly helpful. For example, if the dielectric resonator is made by using the ceramic masses explained above is built up, the stability of the resonance frequency is determined by the value TCF while the loss by 1/0 results from the unloaded Q-value, with a larger Q-value leading to a leads to less loss.

Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen dielektrischen Stoffes kann in geschlossener Form dargestellt werden durch die Formel 3BaO-M1O-MjO5, wobei M1 Zink oder Magnesium und M" dann Niob oder Tantal bedeuten. Man bemerke, daß die erfindungsgemäßen keramischen Stoffe eine feste Lösung sind, die wenigstens mehr als zwei an M1 oder M" aus den erwähnten Zusammensetzungen enthält.The composition of the dielectric material according to the invention can be represented in closed form by the formula 3BaO-M 1 O-MjO 5 , where M 1 is zinc or magnesium and M "is then niobium or tantalum. It should be noted that the ceramic materials according to the invention are a solid solution containing at least more than two of M 1 or M "from the compositions mentioned.

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ίοίο

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können durch Mischen des Ausgangsmaterials mit Oxiden, Karbonaten und Hydroxiden erhalten werden, die jeweils Barium, Zink, Magnesium, Niob und Tantal enthalten, so daß sich eine vorbestimmte Komposition ergibt. Die resultierende Mischung wird danach mehr als 30 Minuten bei Temperaturen zwischen 1000 und 14000C calciniert bzw. gebrannt, danach matt geschliffen und getrocknet, und sodann einem Heißpressen und Brennen bei Temperaturen von 12000C bis 14500C über wenigstens 30 Minuten unter einem Druck von mehr als 50 kg/cm2 unterworfen. Wenn die Temperatur bei diesem Herstellungsverfahren für das Brennen 14 000C überschreitet, besteht die Gefahr, daß die elektrischen Eigenschaften der sich ergebenden keramischen Massen auf Grund der zunehmenden Verdampfung von BAO und ZnO in der Masse schlechter oder zerstört werden, während andererseits die Erhöhung der Temperatur des Heiß-Pressens über 14500C deshalb nicht erwünscht ist, weil in den sich ergebenden keramischen Produkten oder in den Formen für das Heißpressen Brüche auftreten können. Die Zeitdauer für das Brennen und das Heiß-Pressen sollte nicht unter 30 Minuten absinken, um eine unerwünschte Zunahme von Abweichungen der Eigenschaften der Endprodukte zu vermeiden. So können bei Heiß-Preß-Temperaturen unter 12000C und Drücken unter 50 kg/cm2 keramische Massen guter Qualität nicht erhalten werden, weil das Brennen nicht ausreicht, während Brenntemperaturen unter 10000C und über 14000C zu einem schlechteren Q-Wert führen können.The compositions of the present invention can be obtained by mixing the starting material with oxides, carbonates and hydroxides each containing barium, zinc, magnesium, niobium and tantalum to give a predetermined composition. The resulting mixture is then calcined or fired for more than 30 minutes at temperatures between 1000 and 1400 0 C, then ground matt and dried, and then hot pressing and firing at temperatures of 1200 0 C to 1450 0 C for at least 30 minutes under a Subjected to pressure greater than 50 kg / cm 2 . If the temperature in this manufacturing process for firing exceeds 14 00 0 C, there is a risk that the electrical properties of the resulting ceramic masses are deteriorated or destroyed due to the increasing evaporation of BAO and ZnO in the mass, while on the other hand, the increase in Hot-pressing temperature above 1450 ° C. is undesirable because cracks may occur in the resulting ceramic products or in the molds for hot-pressing. The time for firing and hot-pressing should not drop below 30 minutes in order to avoid an undesirable increase in deviations in the properties of the end products. For example, at hot- pressing temperatures below 1200 ° C. and pressures below 50 kg / cm 2, ceramic masses of good quality cannot be obtained because the firing is insufficient, while firing temperatures below 1000 ° C. and over 1400 ° C. lead to a poorer quality. Value can lead.

Die erfindungsgemäß hergestellten dielektrischen keramischen Stoffe haben eine große Dielektrizitätskonstante, niedrigen Verlust gegenüber Mikrowellen und gute Stabilität gegenüber Temperaturschwankungen, wenn sie gemäß den in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Bedingungen behandelt werden.The dielectric ceramic produced according to the invention Materials have a large dielectric constant, low loss against microwaves and good stability against Temperature fluctuations when treated according to the conditions set out in the appended claims.

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Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung in nicht beschränkender Weise. Der Einfluß der Brenntemperatur wird in Beispiel II unter Bezugnahme auf die obige Tabelle II erläutert.The following examples illustrate the invention in a non-limiting manner. The influence of the firing temperature is illustrated in Example II with reference to Table II above.

BEISPIEL IEXAMPLE I

Die zur Bildung einer vorbestimmten Komposition gemischten Ausgangsstoffe wurden unter Verwendung von destilliertem Wasser naß gemischt. Die sich ergebende Mischung wurde zwei Stunden lang bei einer Temperatur von 11000C gebrannt und danach fein geschliffen und getrocknet und dann unter einem Druck von 700 kg/cm2 geformt. Das geformte Material wurde dann einem Heiß-Preß-Brennen unter einem Druck von 200 kg/cm3 zwei Stunden lang unter Verwendung einer aus Siliziumcarbid (SiC) hergestellten Form unterworfen. Die Kompositionen und die Heiß-Preß-Temperatur sind in Tabelle I aufgeführt. Wie man aus Tabelle I entnimmt, haben die erfindungsgemäß erhaltenen keramischen Stoffe eine Dielektrizitätskonstante zwischen 27 und 40, unbelastete Q-Werte über 3900 und eine Stabilität gegenüber Temperaturschwankungen zwischen 0 ppm/°C und 28 ppm/°C, was ausreichend klein ist.The raw materials mixed to form a predetermined composition were wet mixed using distilled water. The resulting mixture was fired for two hours at a temperature of 1100 ° C. and then finely ground and dried, and then molded under a pressure of 700 kg / cm 2. The molded material was then subjected to hot press baking under a pressure of 200 kg / cm 3 for two hours using a mold made of silicon carbide (SiC). The compositions and the hot-press temperature are listed in Table I. As can be seen from Table I, the ceramic materials obtained according to the invention have a dielectric constant between 27 and 40, unloaded Q values above 3900 and stability to temperature fluctuations between 0 ppm / ° C. and 28 ppm / ° C., which is sufficiently small.

Indem die Kompositionen richtig ausgewählt werden, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren keramische Massen, die einen großen unbelasteten Q-Wert auf dem Mikrostreifen von Aluminiumoxid-Substraten haben, beispielsweise diejenige, deren unbelasteter Q-Wert über 4000 liegt, etwa gemäß Experiment Nummer 6 in Tabelle I, erhalten werden· wobei die Stabilität TCF gegenüber Temperaturschwankungen bei irgendeinem Wert zwischen ο ppm/0C und 28 ppm/0C wie gewünscht liegt.By correctly selecting the compositions, ceramic masses that have a large unloaded Q value on the microstrip of aluminum oxide substrates, for example those whose unloaded Q value is above 4000, can be produced according to the method according to the invention, for example according to experiment number 6 in table I, where the stability TCF to temperature fluctuations is at any value between ο ppm / 0 C and 28 ppm / 0 C as desired.

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BEISPIEL IIEXAMPLE II

Im Beispiel II wurde nur die Brenntemperatur verändert und die übrigen Verarbeitungsbedingungen waren exakt die gleichen wie in dem vorstehenden Beispiel I beschrieben ist. Die unbelasteten Q-Werte im Beispiel II sind in Tabelle 2 dargestellt. Man entnimmt aus dieser, daß bei Brenntemperaturen unter 9000C oder über 14000C die unbelasteten Q-Werte extrem vermindert sind, so daß die sich ergebenden keramischen Produkte zur Verwendung als Dielektrika in Mikrowellen-Stromkreisen nicht verwendbar sind.In Example II, only the firing temperature was changed and the other processing conditions were exactly the same as described in Example I above. The unloaded Q values in Example II are shown in Table 2. It can be seen from this that at firing temperatures below 900 ° C. or above 1400 ° C. the unloaded Q values are extremely reduced, so that the resulting ceramic products cannot be used as dielectrics in microwave circuits.

Aus vorstehender Beschreibung dürfte deutlich geworden sein, daß nach der Erfindung dielektrische keramische Stoffe bzw. Zusammensetzungen mit niedrigem Mikrowellen-Verlust und hoher Dielektrizitätskonstante aus gebranntem Material präpariert werden, welches Kompositionen enthält, das mehr als zwei Arten der Komponenten 3BaO' ZnO-Nb3O5, 3BaO-ZnO-Ta2O5, 3BaO-MgO-Nb3O5 und 3BaO-MgO-Ta3O5 enthält, und die nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können. Diese keramischen Stoffe oder Zusammensetzungen können als dielektrische Resonatoren, elektrische Filter, Substrate etc. verwendet werden und zeigen nicht die eingangs erläuterten Nachteile. Die Erfindung ist selbstverständlich auf die dargestellten Einzelheiten nicht beschränkt.From the above description it should be clear that according to the invention dielectric ceramic materials or compositions with low microwave loss and high dielectric constant are prepared from fired material which contains compositions which contain more than two types of the components 3BaO 'ZnO-Nb 3 O 5 , 3BaO - ZnO-Ta 2 O 5 , 3BaO-MgO-Nb 3 O 5 and 3BaO-MgO-Ta 3 O 5 , and which can be produced by the above-described process according to the invention. These ceramic materials or compositions can be used as dielectric resonators, electrical filters, substrates, etc. and do not have the disadvantages explained at the beginning. The invention is of course not limited to the details shown.

Insgesamt wurde ein gebranntes Material beschrieben, das Zusammensetzungen enthält, die mehr als zwei Arten der Komponenten 3BaCZnO-Nb3O5, 3BaO-ZnO-Ta O5, 3BaO-MgO-Nb3O5 und 3BaO-MgO-Ta3O5 enthalten, wobei das Material unter optimalen Verarbeitungsbedingungen wie beschrieben hergestellt wird und zur Gewinnung von keramischen Massen verwendet wird, die einen niedrigen Mikrowellen-Verlust und hohe Dielektrizitätskonstante haben und als dielektrische Resonatoren, elektrische Filter, Substrate etc. verwendet werden können.Overall, a fired material has been described which contains compositions containing more than two kinds of the components 3BaCZnO-Nb 3 O 5 , 3BaO-ZnO-Ta O 5 , 3BaO-MgO-Nb 3 O 5 and 3BaO-MgO-Ta 3 O 5 The material is produced under optimal processing conditions as described and is used to obtain ceramic masses which have a low microwave loss and high dielectric constant and which can be used as dielectric resonators, electrical filters, substrates, etc.

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Nummer:Number: 27 5020327 50203 Int. Cl.*:Int. Cl. *: C 04 B 35/00C 04 B 35/00 Anmeldetag:Registration date: 10. November 1977November 10, 1977 Offenlegungstag:Disclosure date: 17. Mai 197917th May 1979

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Claims (6)

-JH- Ansprüche-JH- claims 1. Keramische Zusammensetzung mit niedriger Verlustleistung im Mikrowellen-Bereich, die im wesentlichen aus einer festen Lösung mit der Formel besteht:1. Ceramic composition with low power dissipation in the microwave range, which essentially consists of a solid solution with the formula: w(3BaO-ZnO-Nb2O5)-x(3BaO-ZnO-Ta3O5)w (3BaO-ZnO-Nb 2 O 5 ) -x (3BaO-ZnO-Ta 3 O 5 ) wobei w und χ den Mol-Bruchteil bedeuten und den Relationen 0,015 w < 0,99, 0,01< χ < 0,99 sowie w + χ = 1 genügen.where w and χ mean the mole fraction and satisfy the relations 0.015 w < 0.99, 0.01 <χ <0.99 and w + χ = 1. 2. Keramische Zusammensetzung mit niedriger Verlustleistung im Mikrowellen-Bereich, bestehend im wesentlichen aus einer festen Lösung mit der Formel2. Ceramic composition with low power dissipation in the microwave range, consisting essentially from a solid solution with the formula w(3BaO-ZnO-Nb2O5)-y(3BaO-MgO'Nb3O5)w (3BaO-ZnO-Nb 2 O 5 ) -y (3BaO-MgO'Nb 3 O 5 ) wobei w und y den Mol-Bruchteil darstellen und den Relationen 0,01 < w < 0,99, 0,01 < y < 0,99 und w + y = 1 genügen.where w and y represent the mole fraction and satisfy the relations 0.01 <w < 0.99, 0.01 <y < 0.99 and w + y = 1. 3. Keramische Zusammensetzung mit niedriger Verlustleistung im Mikrowellen-Bereich, bestehend im wesentlichen aus einer festen Lösung mit der Formel3. Ceramic composition with low power dissipation in the microwave range, consisting essentially from a solid solution with the formula χ(3BaO-ZnO-Ta2O5)-zOBaO-MgO-Ta2O5)χ (3BaO-ZnO-Ta 2 O 5 ) -zOBaO-MgO-Ta 2 O 5 ) wobei χ und ζ den Mol-Bruchteil bedeuten und den Relationen 0,01 i χ 1 0,99, 0,01 i ζ £ 0,99 und χ + ζ = 1 genügen.where χ and ζ denote the mole fraction and satisfy the relations 0.01 i χ 1 0.99, 0.01 i ζ £ 0.99 and χ + ζ = 1. 909820/0041909820/0041 ORIGINAL· INSPECTBQ ORIGINAL INSPECTBQ - yr -- yr - 4. Keramische Zusammensetzung mit niedriger Verlustleistung im Mikrowellen-Bereich, bestehend im wesentlichen aus einer festen Lösung der Formel4. Ceramic composition with low power loss in the microwave range, consisting essentially from a solid solution of the formula yOBaO-MgO-Nb2O5)-z(3BaO-MgO-Ta2O5)yOBaO-MgO-Nb 2 O 5 ) -z (3BaO-MgO-Ta 2 O 5 ) wobei y und ζ den Mol-Bruchteil darstellen und den Relationen 0,01 ύ. γ ύ 0,99, 0,01 4 ζ ύ 0,99 sowie y + ζ = 1 genügen.where y and ζ represent the mole fraction and the relations 0.01 ύ. γ ύ 0.99, 0.01 4 ζ ύ 0.99 and y + ζ = 1 are sufficient. 5. Keramische Zusammensetzung mit niedriger Verlustleistung im Mikrowellen-Bereich, bestehend im wesentlichen aus einer festen Lösung der Formel5. Ceramic composition with low power loss in the microwave range, consisting essentially from a solid solution of the formula w(3BaO·ZnO·Nb2O5)-x(3BaO-ZnO-Ta2O5)-y(3BaO-MgO-Nb3O5) -z(3BaO-MgO-Ta2O5)w (3BaO · ZnO · Nb 2 O 5 ) -x (3BaO-ZnO-Ta 2 O 5 ) -y (3BaO-MgO-Nb 3 O 5 ) -z (3BaO-MgO-Ta 2 O 5 ) wobei w, x, y und ζ die Mol-Fraktionen darstellen und den Relationen 0,01 < w < 0,97, 0,01< χ < 0,97, 0,01 ^y^ 0,97 und 0,01 ^ ζ ^ 0,97 und w + x + y + z = 1 genügen.where w, x, y and ζ represent the mole fractions and the relations 0.01 <w <0.97, 0.01 <χ < 0.97, 0.01 ^ y ^ 0.97 and 0.01 ^ ζ ^ 0.97 and w + x + y + z = 1 are sufficient. 6. Verfahren zur Herstellung einer keramischen Zusammensetzung mit niedriger Verlustleistung im Mikrowellen-Bereich gemäß einem öderen mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine feste Lösung bildende Mischung der Oxide, und/oder Hydroxide, und/oder Carbonate der in den keramischen Zusammensetzungen enthaltenen Metalle bei 10000C bis 14000C über wenigstens 30 Minuten lang gebrannt und anschließend bei einem Druck von wenigstens 50 kg/cm2 und einer Temperatur von 11000C bis 14500C über wenigstens 30 Minuten heiß gepreßt wird.6. A method for producing a ceramic composition with low power loss in the microwave range according to one or more of the preceding claims, characterized in that a solid solution-forming mixture of the oxides, and / or hydroxides, and / or carbonates in the ceramic compositions contained metals is fired at 1000 0 C to 1400 0 C for at least 30 minutes and then hot-pressed at a pressure of at least 50 kg / cm 2 and a temperature of 1100 0 C to 1450 0 C for at least 30 minutes. 909820/0041909820/0041
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