Brevet FR2060095A1 — publié le 19710611

i. 2060095 La présente invention se rapporte à des matières diélectriques en céramique et, plus spécialement, à des matières diélectriques en céramique ayant la structure de la perovskite, qui ont une permittivité diélectrique élevée, un faible facteur de puissance 5 et un faible coefficient de permittivité en fonction de la température . Depuis que l'industrie électronique récente a exigé la miniaturisation et le raffinement de l'équipement électrique, il y a un besoin croissant en matière diélectrique à permittivité élevée, à 10 faible facteur de puissance et à faible coefficient de permittivité en fonction de la température. La permittivité élevée facilite la production d'un condensateur de faibles dimensions physiques pour une capacitance donnée et le faible facteur de puissance empêche les condensateurs de chauffer. La production de chaleur est 15 un problème sérieux dans l'équipement électrique miniaturisé. Le faible coefficient de permittivité en fonction de la température d'un condensateur permet à l'équipement ou au dispositif électrique de travailler avec une précision élevée. On souhaite également que le coefficient de permittivité en fonction de la température 20 puisse être choisi à une valeur spécifique. En conséquence, c'est un objet de la présente invention de prévoir des matières diélectriques en céramique caractérisées par une permittivité élevée et un faible facteur de puissance. Un autre objet de la présente invention est de prévoir des 25 matières diélectriques en céramique caractérisées par une permittivité élevée, un faible facteur de puissance et un coefficient linéaire de permittivité en fonction de la température. Ces objets et d'autres objets apparaîtront en considérant la description détaillée suivante, en relation avec le dessin ci-joint 30 dans lequel la figure unique illustre une vue en coupe transversale d'un condensateur prévu par la présente invention. Avant de procéder à une description détaillée de la nature d'un condensateur selon la présente invention, la construction d'un tel condensateur sera décrite en se référant au dessin. Sur ce des-35 sin, 10 indique, en général, un condensateur contenant un disque fritté 11, en matière diélectrique selon la présente invention. Le disque fritté 11 est pourvu, à deux surfaces opposées, d'électrodes 12 et 13. Les électrodes 12 et 13 peuvent être appliquées aux surfaces par tout procédé disponible et convenable, par exemple, 40 par cuisson de peinture d'électrode d'argent disponible dans le 70 25481 2. 2060095 commerce. Le disque 11 est une plaque qui peut avoir n'importe quelle forme convenable* par exemple, circulaire,, carrée ou rectangulaire. Des fils.conducteurs 15 et 16 sont fixés de manière conductrice aux électrodes 12 et 13, respectivement, par un moyen 5 de connexion 14 tel qu'une soudure ou analogues. Le disque fritté comprend un composé du type perovskite représenté par la formule chimique(l): . ^BaxPbl-x^Na0,25Nb0,75^°3 -■'(!) où x va de 0,40 à 0,95 selon la présente invention. 10 Un disque fritté ayant la composition de la formule chimique (1) a une structure du type perovskite et a unè permittivité de -4 200 à 450, un facteur de puissance inférieur à 10 x 10 et un coefficient de permittivité en fonction de la température de -50 à -100 ppm/°C. Si x dans la formule chimique (l) est en dehors de 15 la gamme de 0,40 à 0,95* le disque résultant ne présente pas de facteur de puissance inférieur à 10 x 10*"*1", tel que présenté dans le tableau 1. La composition diélectrique en céramique, ayant la formule chimique (1), peut être modifiée par substitution de Sr à Ba selon la présente invention j la composition modifiée par Sr est 20 représentée par la formule chimique (2) : (Srxpbl-x)(H=-0,25Hl>0,75)03 (2) où x va de 0,50 à 0,97 selon la présente invention. Un disque fritté ayant une composition de formule chimique (2) a une structure de type perovskite et a une permittivité de 90 à 390, un fac- Jj) 25 teur de puissance inférieur à 10 x 10 et a un coefficient de permittivité en fonction de la température allant de -80 à -1.600 ppm/°C. Si x dans la formule chimique (2) est en dehors de la gamme de 0,50 à 0,97, le disque résultant ne présente pas un facteur de puissance inférieur à 10 x 10"^ représenté dans le tableau 2. 30 La composition diélectrique en céramique ayant la formule chimique (2) peut être modifiée par substitution de Li à Na selon la présente invention s la composition modifiée par Li est représentée par la formule chimique (3) : (Srxpbi-x) (Lio,25^0,75)03 (3) 35 où x va de 0,5 à 0,97 selon la présente invention. Un disque fritté,ayant la composition de formule chimique (3), a une structure du type perovskite et a une permittivité de 80 à 340, un facteur de puissance inférieur à 10 x 10"^ et un coefficient de permittivité en fonction de la température de -40 à —800 ppm/°C. Si x dans 40 la formule chimique (3) est en dehors de la gamme de 0,5 à 0,97, 70 25481 ? 2060095 le disque résultant ne présente pas un facteur de puissance infé-rieur à 10 x 10" , tel que présenté dans le tableau 3. La composition ayant les formules chimiques (l) à (3) peut être préparée par mélange d'ingrédients formés d'oxydes,suivant 5 des rapports molaires dépendant des formules chimiques. Par exemple, la composition ayant la formule chimique (1) peut être préparée par le mélange suivant indiqué dans le tableau 4, où x va de 0,40 à 0,95. Il est possible d'employer, comme matière de départ, tout composé qui est transformé en oxyde durant le procédé de 10 cuisson. Les matières de départ opératoires qui peuvent être employées à la place d'un oxyde sont, par exemple, des carbonates, des hydroxydes et des oxalates. Un mélange donné est bien mélangé par un broyeur à boulets à l'état humide, séché, calciné, pulvérisé et comprimé sous forme de disques. Les disques comprimés sont 15 cuits à une température donnée dépendant des compositions de mélanges. L'électrode d'Ag est fixée aux deux surfaces du disque cuit. La permittivité et le facteur de puissance des disques sont mesurés à un champ constant appliqué à 1 MHz, en fonction de la température de -190 à 300°C. Le coefficient de permittivité en fonction 20 de la température est d'ordinaire défini par l'équation suivante: a « £ (80°C) - t (20°C)/ & (20°C) x (80°C - 20°C) où £-(80°C) est la permittivité à 80°C et £,(20°C) est la permittivité à 20°C. EXEMPLE 25 Des compositions correspondant aux formules chimiques indiquées dans la colonne 1 du tableau 5 sont préparées en utilisant des matières de départ formées de carbonate de baryum, de carbonate de strontium, d'oxyde de plomb, de carbonate de sodium, de carbonate de lithium et d'oxyde de niobium.Les mélanges de matières de départ sui-30 vaut des compositions données sont intimement mélangés par un brqyeur à boulets à l'état humide, séchés, calcinés pendant 2 heures à une température telle que présentée dans la colonne 2 des tableaux (première température de cuisson), pulvérisés et comprimés sous une p pression de 700 kg/cm pour former des disques. Les disques compri-35 aés «ont cuits pendant 2 heures à une température telle que présentée dans la colonne 3 des tableaux (température finale de cuisson). La permittivité et le facteur de puissance à 20°C et à 1 MHz sont donnés dans la colonne 4 et la colonne 5 du tableau 5,respectivement .Les coefficients de permittivité en fonction de la température sont donnés 40 dans la colonne 6 du tableau 5. Tous les échantillons présentés 70 25481 4" 2060095 dans les tableaux sont souhaitables pour l'utilisation dans un condensateur. TABLEAU 1 Numéro d'échantillon Composition Première température de cuisson (°c) Température de cuisson finale (°c) Permittivité à 20°C et à 1 MHz Facteur de puissance à 20°C et à 1 MHz (xl0-4) Coefficient de permittivité en fonction de la température (ppm/°C) 11 Ba(Na0^25Nb0^5)0^ 1.300 1.550 85 15 - 30 12 (Ba0,98pb0,02)^Na0,25Nb0,75)°3 1.280 1.450 100 12 - 50 18 ^Ba0,3Pb0,7^Na0,25Nb0,75)°3 800 950 300 20 - 5.000 \J O ro ui ■p- cd TABLEAU 2 Numéro d'échantillon Composition Première température de cuisson (°c) Température de cuisson finale (°c) Permittivité à 20°C et à 1 MHz Facteur de puissance à 20°C et à 1 MHz (xlO-4 ) Coefficient de permittivité en fonction'de la température (ppm/°C) 21 Sr(Na0,25Nb0,75)°3 1.300 1.570 70 15 - 50 22 (Sr0,98PbO, 02 ^Nao, 25Nb0,75 ^ °3 1.300 1.500 85 12 - 70 29 (Sr0,4Pb0,6)^Na0,25Nb0,75^°3 850 1.000 250 25 - 2.400 O VD TABLEAÙ 3 Numéro d'échantillon Composition Première température de cuisson (°c) Température de cuisson finale (°c) Permittivité à 20°C et à 1 MHz Facteur de puissance à 20°C et à 1 MHz' (xlO-^) Coefficient de permittivité en fonction de la température (ppm/°C) 31 Sr(Li0,25NbO,^)0^ 1.300 •1.530 45 18 - 30 32 ^ Sr0,98 Pb0,02 ^Li0 s 2 5Nb0,7 5 ^ °3 1.280 1.450 70 15 - 40 59 (Sr0,4Pb0,6)^L10,25NbO,75'°3 850 1.000 260 23 - 1.700 O !\> U"! -P" oo I-* TABLEAU 4 Ingrédient Rapport molaire Oxyde de baryum (BaO) x Oxyde de plomb (PbO) , 1-x Oxyde de sodium (Na^O) 0,125 Oxyde de niobium (Nb^O,-) 0,375 cr\ O Os O o vo TABLEAU 5 Numéro d'échantillon 15 14 15 16 17 (Col. 1) Composition Ba0,95^0,05) ^Na0,25Nb0,75)°5 Ba0,9Pb0,1 a0,25Nb0,75 ^ °3 BaO,8PbO,2^NaO,25NbO,75^°3 BaO,6PbO,4 )(Na0j25Nb0,75^°5 Ba0,4Pb0,6)^Na0,25Nb0,75)°3 (Col. 2) (Col. 3) (Col. 4) (Col. 5) (Col. 6) Première température de cuisson (°c) Température de cuisson finale (°c) Permittivité à 20°C et à 1 MHz Facteur de puissance à 20°C et à 1 MHz (xl0~4) Coefficient de permittivité en fonction de la température (ppm/°C) 1.250 1.400 200 5 - 50 1.200 1.350 300 5 -100 1.100 1.300 350 5 -300 1.000 1.200 450 7 -700 900 1.000 450 10 -1.000 1.500 1.470 90 10 - 80 1.250 1.420 150 8 -100 1.200 1.360 270 6 -280 1.100 1.300 310 7 -650 1.000 1.200 420 8 -1.000 900 1.100 590 10 -1.600 1.280 1.440 80 10 - 40 1.250 1.380 150 8 - 50 1.200 1.340 250 8 - 50 1.100 1.300 280 8 -100 1.000 1.200 550 9 -350 900 1.100 340 10 -800 23 24 25 26 27 28 Sr0,97PbO, 03 ) (Na0,25^0,75)°3 Sr0,95PbO,05^ 55 54 55 56 57 58 Sr0,97Pb0,03)(LlO,25NbO,75)03 Sr0,95Pb0,05 ^ L10,2 5Nb0,75 ^ °3 Sr0,9Pb0,l)^Ll0,25Nb0,75)°5 Sr0,8Pb0,2)^LiO,25NbO,75)°3 SrO,6PbO,4)^Li0,25Nb0,75^°5 SrO,5PbO,5)^Li0,25Nb0,75 ^ °5 O ro ui 4> OO M- ro o ON O O U1 70 25481 8. 2060095 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits» elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 70 25481 9. 2060095 REVENDICATIONS 1 - Matière diélectrique en céramique, caractérisée en ce qu'elle comprend un compcfsé du type perovskite, ayant la formule chimique (Baxpt)^_x) (NaQ 25^0 75^°3 X va de 0,2t"0 ^ °>95« 2 - Matière selon la revendication 1, caractérisée en ce que Ba est remplacée par Sr et x va de 0,50 à 0,97- 3 - Matière selon la revendication 2, caractérisée en ce que Na est remplacée par Li.