Магний-, цинк-, никельзамещенные ниобаты висмута

 

Сущность изобретения: новое соединение - магний-, цинк-, никельзамещенные ниобаты висмута формулы (Bi2/3[]1/3)2(Me2+1/3Nb2/3)2O6[]1 , где [] - вакансии, Me2+ - Mg, Zn или Ni. Соединение используют в качестве высокочастотных конденсаторных материалов с высокой диэлектрической проницаемостью при сохранении температурного коэффициента диэлектрической проницаемости и малом значении тангенса угла диэлектрических потерь. 4 табл.

Изобретение относится к химическим соединениям оксидов ниобия, висмута и двухвалентных металлов - магния, цинка и никеля общей формулы (Bi2/3[ ] 1/3)2 (Me1/32+Nb2/3)2O6[]1, где [ ] - вакансии, Ме2+- Mg2+, Zn2+ или Ni2+, и может быть использовано для производства высокочастотных керамических конденсаторов.

В настоящее время при изготовлении указанных конденсаторов широко используют соединения титанатов и ниобатов щелочноземельных элементов, а также магния и висмута, также как SrTiO3, CaTiO3, MgTiO3, Bi2Ti2O7, Pb2Nb2O7 и другие, свойства которых приведены в табл. 1 и описаны в литературе.

Как видно из данных, приведенных в табл. 1, в производстве керамических конденсаторов используются соединения различной кристаллической структуры. Соединения со структурой перовскита SrTiO3, CaTiO3 характеризуются сравнительно высокой диэлектрической проницаемостью = 250,150 и большим отрицательным температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости ТКЕ = -2500.10-6 град-1 или -1500.10-6 град-1, соответственно.

Применяемое в производстве конденсаторов соединение Pb2Nb2O7 со структурой пирохлора, имея 140, также характеризуется большим отрицательным температурным коэффициентом ТКЕ, а соединение дититаната лантана (La2Ti2O7) или неодима (Nd2TiO7) обладают малой 40-50 при небольших положительных значениях ТКЕ (см.табл. 1).

При этом все соединения имеют температуру спекания Тсп.(1200-1400)оС, что не позволяет получать на их основе низкотемпературные керамические материалы для конденсаторов и использовать в качестве электродов монолитных конденсаторов низкотемпературные композиции, в частности сплавы Ag-Pd.

Цель изобретения - повышение диэлектрической проницаемости керамических материалов при сохранении величины температурного коэффициента диэлектрической проницаемости ТКЕ и снижение их температуры спекания для изготовления высокочастотных конденсаторов термокомпенсирующих групп ТКЕ.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве основы высокочастотных конденсаторных керамических материалов предлагается использовать новое соединение со структурой дефектного пирохлора - магний, цинк, никельзамещенные ниобаты висмута (Bi2/3[ ]1/3)2(Me1/32+Nb2/3)2O6[]1, где [ ] - вакансии, Ме2+ - Мg2+, Zn2+ или Ni2+ структурной формулы Для структурного типа пирохлора общая формула имеет вид А2В2О7, где А и В - металлы, образующие собственные подрешетки. В предлагаемом соединении в качестве элемента А выступает Вi3+, а элемента В - Nb5+ и двухвалентные металлы Ме2+ - -Мg2+, Zn2+ или Ni2+.

Предложенное соединение получают методом твердофазного синтеза из оксидов ниобия, висмута и двухвалентного металла Мg2+, Zn2+ или Ni2+. Химический состав соединения общей формулы (Bi2/3[ ]1/3)2(Me1/32+Nb2/3)2O6[ ]1или (Вi0,67[ ] 0,33)2(Me2+0,33 Nb0,67)2O6[ ]1, где Ме2+ - Мg2+, Zn2+ или Ni2+, приведен в табл. 2.

Ниже приведены примеры синтеза нового соединения.

П р и м е р 1. Оксиды висмута, ниобия и магния, взятые в мольном соотношении 1: 1: 1, что соответствует массовому соотношению, приведенному в табл. 2 для примера 1, смешивают и размалывают в вибромельнице, после чего производят синтез соединения при температуре Тс = 850-900оС в камерной печи в течение 2 ч. Затем синтезированный продукт размалывают в вибромельнице или, при необходимости, в мельнице мокрого помола в течение 1-3 или 10-12 ч до удельной поверхности Sуд = (0,6-1,5) м2/г. При применении мокрого помола полученный продукт подвергают сушке, затем приготавливают пресс-порошок, прессуют образцы в форме дисков при удельном давлении Р 1000 кг/см2. образцы спекают в интервале 1120-1180оС в течение 2 ч. спеченные дисковые образцы покрывают серебросодержащей пастой, которую вжигают при температуре (840 20)оС, после чего измеряют электрические характеристики.

П р и м е р 2. Оксиды висмута, ниобия и цинка, взятые в мольном соотношении 1: 1:1, что соответствует массовому соотношению примера 2, подвергают помолу и смешению в вибромельнице, производят синтез при Тс=850-900оС в камерной печи в течение 1,5-2,0 ч. Затем синтезированный продукт размалывают в вибромельнице в течение 1-3 ч или мельнице мокрого помола в течение 10-15 ч до величины удельной поверхности Sуд. = (0,6-1,5) м2/г. После высушивания и приготовления пресс-порошка приготавливают образцы методом прессования при Руд. = 1000 кг/см2, которые спекают в интервале 1020-1120оС, покрывают электродной пастой, которую вжигают при (840 20)оС измеряют электрические характеристики.

П р и м е р 3. Оксиды висмута, ниобия и никеля в количествах, соответствующих массовым соотношениям, указанным в примере 3 табл. 2, смешивают и синтезируют в условиях, аналогичных примерам 1 и 2. Спекание образцов осуществляют в интервале 1080-1160оС в течение 2 ч.

Предлагаемые химические соединения обладают принципиально новой атомной структурой, обусловливающей повышение диэлектрической проницаемости и снижение температуры спекания, что позволяет использовать его в качестве диэлектрика высокочастотных конденсаторов термокомпенсирующих групп ТКЕ.

Рентгеноструктурный фазовый анализ образцов проведен на отечественных дифрактометрах ДРОН-2 и ДРОН-3 с гониометрической приставкой ГП-4 для исследования поликристаллических образцов.

Для определения атомной структуры предлагаемых соединений выполнен анализ интенсивности 28 рефлексов однофазных порошковых образцов керамики составов, соответствующих мольным отношениям: 1Bi2O3 1Nb2O51Me2+O, где Мe2+ - -Mg2+, Zn2+или Ni2+. Сбор интенсивности проведен на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2. Использовалось Сu, K - излучение, Ni - фильтр. Режим работы трубки: напряжение 40 кВ, ток 18 mА. Регистрацию интенсивностей производили в режиме непрерывной записи со скоростью движения детектора 0,5 град/мин. Для повышения чувствительности и точности измерения рефлексов использовали различные масштабы записи (шкалы регистрации интенсивности). Интегральную интенсивность оценивали по площади пиков. Расчет теоретических значений интенсивностей и уточнение параметров проводили на ЭВМ по программе Гамильтона с использованием блок-диагонального метода МНК. Фактор сходимости экспериментальных и расчетных значений IK = 11,05%.

В соответствии с предложенной кристаллохимической формулой, рассчитана рентгеновская плотность полученных соединений и сопоставлена с экспериментальной. Определение экспериментальной плотности проведено методом гидростатического взвешивания.

Идеальный состав соединения соответствует мольному отношению оксидов висмута, двухвалентного металла Ме2+ - Мg2+, Zn2+ или Ni2+ и ниобия 1:1:1 - 1 Bi2O3 x x 1Me2+O 1Nb2O5. Этот состав можно записать в виде Вi2Мe2+Nb2O9 или Вi2/3Me1/32+ Nb2/3O3. Атомы Me2+ и Nb занимают позиции атомов в подрешетке В в структуре типа А2В2О7 статистически. Это подтверждается отсутствием сверхструктуры в образцах соединения. Все фиксируемые рефлексы (см.табл. 3) в зависимости от состава Ме2+описываются параметрами решетки: а= 10,542 (для Ме2+ = Ni2+), а = 10,557 (для Ме2+= Мg2+) и а = 10,560 (для Ме2+ = Zn2+).

В соответствии с пространственной группой пирохлора Fd3m (N 227), атомы в структуре занимают следующим кристаллографические позиции: B1 16с 1/8 1/8 1/8 Me2+, Nb 16d 5/8 5/8 5/8 01 48f x 0 0 X = 0,3065 02 8a 0 0 0 В табл. 3 приведены экспериментальные (dэксп.) и вычисленные (dвыч.) по параметрам элементарной ячейки "а" межплоскостные расстояния для соединений составов: (Bi2/3[ ]1/3)2(Ni1/3Nb2/3)2O6[ ]1, (Bi2/3[]1/3)2(Mg1/3Nb2/3)2O6[ ]1.

(Bi2/3[ ]1/3)2(Zn1/3Nb2/3)2O6[ ]1.

Рентгеновская плотность для указанного состава, например для Ме2+ = Мg2+ равна 6,28 г/см3, экспериментальная плотность - 6,19 г/см3.

Наблюдаемая сходимость экспериментальных и расчетных данных подтверждает достоверность предлагаемой кристаллографической модели структуры "дефектного" пирохлора, в которой вакансии статистически распределены в А-подрешетке и в позициях атомов кислорода.

При приведении состава предлагаемого соединения к формуле структурного типа пирохлора получены следующие кристаллохимические формулы: (Bi2/3[ ]1/3)2(Me1/32+Nb2/3)2O6[ ]1 или
(Bi0,67[ ]0,33)2(Me0,33+Nb0,67)2O6[ ]1, где [ ] - вакансии,
Me2+ - Mg2+, Zn2+ или Ni2+.

Для идеального состава, как видно из формулы, образуется 1/3 вакансий в позициях атомов А и 1/7 вакансий в позициях атомов кислорода.

Электрические свойства и параметры решетки для трех соединений ниобатов висмута со структурой пирохлора приведены в табл. 4.

Как видно из приведенных данных, соединения ниобатов висмута обладают высокой диэлектрической проницаемостью = =145-148 при ТКЕ, удовлетворяющих группам температурной стабильности М330 (ТКЕ = -(330 60).10-6 град-1) и М470 (ТКЕ = =-(470 60).10-6 град-1), малыми диэлектрическими потерями tg = (2-3).10-4 и высоким удельным объемным сопротивлением ( v при температуре 155оС 1012...1013 Ом,см), что соответствует требованиям, предъявленным к керамике для высокочастотных конденсаторов термокомпенсирующих групп по ТКЕ.


Формула изобретения

МАГНИЙ-, ЦИНК-, НИКЕЛЬЗАМЕЩЕННЫЕ НИОБАТЫ ВИСМУТА кристаллохимической формулы
(Bi2/3[ ]1/3)2(Me2+1/3Nb2/3)2O6[ ]1,
где [ ] - вакансии;
Me 2+ - магний, цинк или никель,
имеющие структурную формулу

в качестве высокочастотных конденсаторных материалов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве керамических многослойных конденсаторов

Изобретение относится к технологии сегнетокерамики и направлено на расширение интервала спекания, повышение диэлектрической проницаемости и механической прочности керамики и снижение себестоимости изделий на ее основе

Изобретение относится к производству стеклокристаллических материалов и может быть использовано при создании элементов мощных газовых лазеров, а также в качестве рабочего тела высоковольтных конденсаторов большой емкости

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в производстве многослойных керамических конденсаторов типа К10-17 и К10-50

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в производстве керамических высоковольтных энергоемких конденсаторов

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в производстве керамических конденсаторов низкого и высокого напряжения

Изобретение относится к электронной технике, в частности к составам керамических диэлектриков, и может быть использовано при изготовлении термокомпенсирующих высокочастотных конденсаторов

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве вакуумно-люминесцентных и газоразрядных индикаторов и экранов для визуального вывода информации в устройствах отображения

Изобретение относится к керамическим материалам электротехнического назначения и может быть использовано в производстве функциональных наполнителей для электротехнических полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к электротехнике ,в частности, к получению диэлектрических паст для изоляционных слоев толстопленочных микросхем

Изобретение относится к электротехнике , в частности к электротехническим периклаяовым порошкам для набивки трубчатых электронагревятелей особенно малых диаметров (6-8 мм)

Изобретение относится к электротехнике , в частности к изготовлению интегральных микросхем, и позволяет повысить адгезию пасты к керамической подложке

Изобретение относится к химическим соединениям оксидов ниобия, висмута и двухвалентных металлов - магния, цинка и никеля общей формулы 2 2O6[]1, где [ ] - вакансии, Ме2+- Mg2+, Zn2+ или Ni2+, и может быть использовано для производства высокочастотных керамических конденсаторов

Наверх