DE69810564T2

DE69810564T2 - Halbleitende Bariumtitanat Keramik

Info

Publication number: DE69810564T2
Application number: DE69810564T
Authority: DE
Inventors: Mitsutoshi Kawamoto; Hideaki Niimi; Yukio Sakabe; Ryouichi Urahara
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2018-10-02
Also published as: SG67565A1; JP3608599B2; CN1214328A; JPH11116327A; US6472339B2; CN1087719C; KR100318398B1; KR19990036978A; DE69810564D1; TW588027B; US20010008866A1; EP0908423B1; EP0908423A1; US20030022784A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine halbleitende Bariumtitanat-Keramik, die positive Widerstands-Temperatur-Charakteristiken aufweist und für Anwendungen, wie für eine Regulierung der Temperatur und für eine Spannungsbegrenzung oder für exotherme Vorrichtungen für eine konstante Temperatur, geeignet ist.
Eine halbleitende Bariumtitanat-Keramik weist positive Widerstands-Temperatur-Charakteristiken (PTC-Charakteristiken) auf. Sie besitzt einen geringen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur und ihr elektrischer Widerstand nimmt schlagartig zu, wenn eine bestimmte Temperatur (die Curie-Temperatur) überschritten wird. Daher wird die Keramik vielfach in einer großen Bandbreite von Verwendungen, wie einer Regulierung der Temperatur und einer Spannungsbegrenzung oder bei exothermen Vorrichtungen für eine konstante Temperatur, eingesetzt.
Diese Verwendungen benötigen nicht nur PTC-Charakteristiken einer halbleitenden Titanatkeramik, sondern auch eine ausreichende Überschlagsspannung, um den Einsatz unter Hochspannung zu erlauben. Daher gibt es einen Bedarf nach einer halbleitenden Keramik mit PTC- sowie hohen Überschlagsspannungs-Charakteristiken. Insbesondere Überspannungsschutzvorrichtungen für Stromkreisläufe bedürfen der Verwirklichung einer höheren Überschlagsspannung.
Zu diesem Zwecke wurde bisher eine Vielzahl von Vorschlägen unterbreitet, um die Überschlagsspannung von halbleitenden Bariumtitanat-Keramiken zu steigern. Zum Beispiel offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung (Kokai) Nr. 4-26101 eine Keramik mit einer Korngröße der Keramik von 6-15 um, einem geringen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur und einer hohen Überschlagsspannung, die durch Zugabe von Dy und Sb zu einer halbleitenden Keramik, umfassend BaTiO&sub3; und SrTiO&sub3;, in die TiO&sub2;, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und MnO&sub2; eingearbeitet ist, erhalten wurde. Die japanische Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 60-25004 offenbart, daß falls ein Pulver, welches durch Zermahlen, Vermischen und Calcinieren eines mit Barium-Titan kompoundierten Oxalats und eines Sb-Oxids (welches als ein halbleitende Eigenschaften verleihendes Mittel fungiert) erhalten wird, bei 1350ºC gebrannt wird, wobei die Calcinierungsbedingungen und ein Verpressdruck reguliert werden, eine Keramik mit einer Korngröße der Keramik von 1-5 gm und einer hohen Überschlagsspannung erhalten wird.
Jedoch weist die halbleitende Keramik, die in der japanischen offengelegten Patentanmeldung (Kokai) Nr. 4-26101 beschrieben ist, einen spezifischen Widerstand von etwa 50 Qem und eine Überschlagsspannung von etwa 200 V/mm auf und solch eine Überschlagsspannung ist immer noch unbefriedigend. Auch das in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 60-25004 beschriebene Halbleitermaterial weist eine maximale Überschlagsspannung von etwa 500 V/mm auf, was nicht vollständig den gegenwärtigen Bedürfnissen zur Steigerung einer Überschlagsspannung gerecht wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine halbleitende Barium-Titanat- Keramik mit einem geringen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur und einer hohen Überschlagsspannung, welche das gegenwärtige Bedürfnis nach einer Steigerung der Überschlagsspannung vollständig erfüllt, zur Verfügung zu stellen.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben ernsthafte Untersuchungen vorgenommen, um die obige Aufgabe zu erfüllen, und haben gefunden, dass eine halbleitende Barium- Titanat-Keramik mit einer durchschnittlichen Korngröße der Keramik, die unterhalb eines gewissen Wertes liegt, einen geringen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur und eine ausgezeichnete Überschlagsspannung aufweist. Die vorliegende Erfindung wurde auf Grundlage dieses Befundes bewerkstelligt.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein halbleitenden Keramikpressteil, umfassend eine Keramik mit einer durchschnittlichen Korngröße der Keramik von etwa 0,9 um oder weniger, zur Verfügung, wobei die halbleitende Keramik ein halbleitende Eigenschaften verleihendes Mittel enthält, wobei das halbleitende Keramikpressteil positive Widerstands- Temperatur-Charakteristiken und eine Überschlagsspannung von mindestens 720 V/mm aufweist.
Die halbleitende Bariumtitanat-Keramik der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise aus einem Bariumtitanatpulver oder einem calcinierten Bariumtitanatpulver mit streng begrenzten physikalischen Eigenschaften, d. h. einer Korngröße von etwa 0,1 um oder weniger, einer Kristallstruktur eines kubischen Systems und einer Gitterkonstante von 4,02 Angström oder mehr, und enthaltend eine Mikromenge eines halbleitenden Mittels in Form einer festen Lösung erhalten.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen

Die halbleitende Bariumtitanat-Keramik der vorliegenden Erfindung weist eine durchschnittliche Korngröße der Keramik von etwa 0,9 um oder weniger auf. Die durchschnittliche Korngröße kann mittels Beobachtung der Oberfläche der Keramik unter Verwendung von zum Beispiel einem SEM (Scanning-Elektronenmikroskop) erhalten werden.
Bei der Herstellung der halbleitenden Bariumtitanat-Keramik der vorliegenden Erfindung können im Allgemeinen bekannte Verfahren verwendet werden, solange sie eine durchschnittliche Korngröße der Keramik von etwa 0,9 um oder weniger zur Verfügung stellen. Zum Beispiel kann ein sequentielles Verfahren aus einer Granulierung des Rohmaterialpulvers mit einem Bindemittel, einer Formgestaltung und einem Brennen durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist das Rohmaterialpulver ein Bariumtitanat-Pulver oder ein calciniertes Bariumtitanat-Pulver mit streng begrenzten physikalischen Eigenschaften, d. h. einer Korngröße von etwa 0,1 um oder weniger, einer Kristallstruktur eines kubischen Systems und einer Gitterkonstante von 4,02 Angström oder mehr, und enthaltend eine Mikromenge eines halbleitenden Mittels in Form einer festen Lösung. Wenn solch ein Pulver als ein Rohmaterial verwendet wird, wird eine halbleitende Bariumtitanat-Keramik mit einer hohen Übersprungspannung erhalten.
Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Verfahren zur Herstellung des Bariumtitanat-Pulvers, solange die Keramik mit den zuvor beschriebenen physikalischen Eigenschaften erhalten werden kann. Beispiele schließen das Hydrolyse-Verfahren, ein Sol- Gel-Verfahren, ein Hydrothermal-Verfahren, ein Coausfällungs-Verfahren und ein Festphasen-Verfahren ein. Unter diesen ist das Hydrolyse-Verfahren bevorzugt. Um das Bariumtitanat-Pulver durch das Hydrolyse-Verfahren zu erhalten, können die folgenden Schritte durchgeführt werden: Herstellung einer Lösung, enthaltend ein Salz oder ein Alkoxid von Barium, und einer Lösung, enthaltend ein Salz oder ein Alkoxid von Titan; Vermischen der Lösungen in einem Verhältnis, bei dem die gewünschte Stöchiometrie von Barium und Titan realisiert ist, und Bewirken einer Reaktion zur Bildung einer Aufschlämmung; Alterung der Aufschlämmung; Entwässern; Waschen mit Wasser; Trocknen und Zerstoßen.
Während der Herstellung wird eine Mikromenge eines halbleitenden Mittels in das zu erhaltende Bariumtitanat-Pulver eingearbeitet, um eine feste Lösung zu bilden. Der Ausdruck "Mikromenge" bedeutet eine Menge, die ausreicht, um halbleitende Eigenschaften ohne signifikante anderweitige Beeinflussung der Charakteristiken des Titanats zur Verfügung zu stellen. Diese Menge liegt regelmäßig bei weniger als etwa 0,5 m%, bezogen auf Ti. Beispiele des halbleitenden Mittels, welches verwendet werden kann, schließen Seltenerdenmetallelemente, wie La, Y, Sm, Ce, Dy oder Ga, und Übergangselemente, wie Nb, Ta, Bi, Sb oder W, ein. Unter diesen wird La bevorzugt verwendet. Eine feste Lösung eines halbleitenden Mittels mit einem Bariumtitanat-Pulver wird zum Beispiel gebildet, indem eine Lösung, enthaltend ein Salz des halbleitenden Mittels, zu entweder der Barium enthaltenden Lösung oder einer Titan enthaltenden Lösung im voraus zugegeben wird und ein Pulver mit der Bariumkomponente und der Titankomponente hergestellt wird.
Das resultierende Bariumtitanat-Rohmaterialpulver wird dann mittels der Verwendung eines bekannten Bindemittels, wie Vinylacetat, granuliert. Das erhaltene granulierte Pulver wird durch ein bekanntes Verfahren, wie ein uniaxiales Verpressen, zur Bildung eines Pressteils bzw. Presslings geformt, welcher gebrannt wird, um die halbleitende Bariumtitanat-Keramik der vorliegenden Erfindung dadurch zu erhalten. Der Pressling wird unter den Bedingungen von z. B. etwa 1200 bis etwa 1300ºC für etwa 1 bis etwa 3 Stunden an der Luft gebrannt.
Die halbleitende Bariumtitanat-Keramik, mit einer durchschnittlichen Korngröße der Keramik von etwa 0,9 um oder weniger, die durch das obige Verfahren hergestellt werden kann, weist einen geringen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur und eine hohe Überschlagsspannung, welche vollständig das Bedürfnis nach einer Steigerung der Überschlagsspannung erfüllt, auf und ist geeignet für Verwendungen, wie eine Regulierung der Temperatur und eine Begrenzung der Spannung, oder für eine Verwendung in exothermen Vorrichtungen für eine konstante Temperatur. Die halbleitende Bariumtitanat-Keramik ermöglicht einer Vorrichtung, welche diese verwendet, verbesserte Leistungsmerkmale und eine reduzierte Größe.

Beispiele

Die vorliegende Erfindung wird anschließend durch Beispiele spezifischer beschrieben.

Beispiel 1

Eine 0 wässrige, 2 mol/l-Lösung aus Bariumhydroxid (15,401, enthaltend 3,079 mol Barium) und eine 0,35 mol/l-Lösung aus Titanalkoxid (7,58 l; enthaltend 2,655 mol Titan) wurden getrennt voneinander in getrennten Tanks hergestellt. Die Lösung eines Titanalkoxids wurde gebildet, indem Ti(O-iPr)4 (Titantetraisopropoxid) in IPA (Isopropylalkohol) gelöst wurde. Während des Herstellungsverfahrens wurde eine Ethanol-Lösung aus Lanthanchlorid (LaCl&sub3;· 6,3 H&sub2;O) (100 ml, enthaltend 0,00664 mol Lanthan) zu der Lösung des Titanalkoxids zugegeben und die Mischung wurde homogenisiert, um eine feste Lanthan enthaltende Lösung, welche als ein halbleitende Eigenschaften verleihendes Mittel dient, zu bilden.
Anschließend wurde jede der Lösungen aus ihrem jeweiligen Tank unter Verwendung einer Förderpumpe zur Zuführung von Flüssigkeiten gepumpt, und die Lösungen wurden mittels eines statischen Mischers zur Verursachung des Auftretens einer Reaktion vermischt. Die resultierende Aufschlämmung wurde in einen Tank zur Alterung eingebracht und wurde durch den statischen Mischer zirkuliert, um dadurch die Aufschlämmung für drei Stunden altern zu lassen.
Nach der Alterung wurde die Aufschlämmung mittels eines Zentrifugen-Separators entwässert, und der resultierende Kuchen wurde gewaschen, indem er in heißem Wasser bei 80º-90ºC für 15 Minuten unter Verwendung eines Homogenisiermischers gerührt wurde. Anschließend wurde die Aufschlämmung mittels einer Zentrifuge entwässert, und der resultierende Kuchen wurde weiter gewaschen, indem er in Ethanol für 30 Minuten unter Verwendung eines Homogenisiermischers gerührt wurde. Die gewaschene Aufschlämmung wurde wiederum unter Verwendung eines Zentrifugen-Separators entwässert, und der resultierende Kuchen wurde in einem Ofen bei 110ºC für drei Stunden getrocknet. Nach einer Trocknung wurde der Kuchen zermahlen, um ein Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung zu erhalten. Das Pulver wies eine Korngröße von 0,05 um und eine Gitterkonstante des kubischen Kristalls von 4,032 Angström auf, wie mittels SEM bzw. Pulver-Röntgen-Diffaktometrie belegt. Die Ba/Ti- und La/Ti-Mengenverhältnisse betrugen 0,991 bzw. 0,0021 gemäß einer Fluoreszenz-Röntgenstrahlung-Analyse.
Das so erhaltene Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung wurde bei 1000ºC für zwei Stunden calciniert. Das so erhaltene calcinierte Pulver wurde mit einem Bindemittel, wie Vinylacetat, vermischt, um dadurch ein granuliertes Pulver herzustellen, welches einer uniaxialen Verpressung unter Bildung eines scheibenförmigen Presslings mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 1 mm unterworfen wurde. Der Pressling wurde bei 1250ºC für zwei Stunden an der Luft gebrannt, um dadurch ein halbleitendes Bariumtitanat- Keramikstück zu erhalten.
Die Korngröße der Keramik, der spezifische Widerstand bei Raumtemperatur und die Überschlagsspannung des erhaltenen halbleitenden Bariumtitanat-Keramikstücks wurden erhalten. Bezüglich der Korngröße der Keramik wurde eine durchschnittliche Korngröße der Keramik bestimmt, indem eine SEM-Fotografie der Oberfläche des Keramikstücks aufgenommen und auf Grundlage einer Bildanalyse der Fotografie berechnet wurde.
Bezüglich des spezifischen Widerstands bei Raumtemperatur wurde ein Wert der Oberfläche des Keramikstückes, welche mit In-Ga beschichtet war, bestimmt, der durch ein Vier-Sonden- Verfahren unter Verwendung eines digitalen elektronischen Voltmeters bei 25ºC gemessen wurde. Bezüglich der Überschlagsspannung wurde ein Wert bestimmt, der durch Messen einer maximal angelegten Spannung unmittelbar vor dem Durchbruch der Probe und Dividieren der gemessenen Spannung durch den Abstand der Elektroden der Probe erhalten wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass das Keramikstück eine Korngröße der Keramik von 0,9 um, einen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur von 50 Ω cm und eine Überschlagsspannung von 900 V/mm aufweist.

Beispiel 2

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde durchgeführt, außer dass eine Ethanol-Lösung aus Lanthanchlorid, enthaltend 0,00531 mol Lanthan, verwendet wurde, um dadurch ein Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung zu erhalten. Das erhaltene Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung weist eine Korngröße von 0,05 um, eine Gitterkonstante des kubischen Kristalls von 4,029 Angström und Ba/Ti- und La/Ti- Mengenverhältnisse von 0,998 bzw. 0,0018 auf.
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde mittels des Pulvers - ohne Calcinierung - als ein Rohpulver durchgeführt, um dadurch ein halbleitendes Bariumtitanat-Keramikstück zu erhalten.
Das erhaltene halbleitende Bariumtitanat-Keramikstück weist eine Korngröße der Keramik von 0,8 um, einen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur von 78 Ω cm und eine Überschlagsspannung von 1250 V/mm auf.

Beispiel 3

Das Verfahren des Beispiels 2 wurde durchgeführt, außer dass das Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung, die in dem Beispiel 2 erhalten wurde, bei 800ºC für zwei Stunden calciniert wurde, um als ein Rohpulver zu fungieren, um dadurch ein halbleitendes Bariumtitanat-Keramikstück zu erhalten.
Das erhaltene halbleitende Bariumtitanat-Keramikstück weist eine Korngröße der Keramik von 0,9 um, einen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur von 60 Ωcm und eine Überschlagsspannung von 1120 V/mm auf.

Beispiel 4

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde durchgeführt, außer dass eine Ethanol-Lösung aus Lanthanchlorid, enthaltend 0,00398 mol Lanthan, verwendet wurde, um dadurch ein Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung zu erhalten. Das erhaltene Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung weist eine Korngröße von 0,05 um, eine Gitterkonstante des kubischen Kristalls von 4,027 Angström und Ba/Ti- und La/Ti- Mengenverhältnisse von 0,996 bzw. 0,0013 auf.
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde durchgeführt, indem das Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung unter den gleichen Bedingungen wie denjenigen des Beispiels 1 calciniert wurde, um als ein calciniertes Rohpulver zu fungieren, um dadurch ein halbleitendes Bariumtitanat-Keramikstück zu erhalten. Das erhaltene halbleitende Bariumtitanat- Keramikstück weist eine Korngröße der Keramik von 0,8 um, einen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur von 84 Ω cm und eine Überschlagsspannung von 1300 V/mm auf.

Beispiel 5

Das Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung, welche in dem Beispiel 1 enthalten wurde, wurde bei 600ºC für zwei Stunden hitzebehandelt. Das hitzebehandelte Pulver weist eine Korngröße von 0,1 um und eine Gitterkonstante des kubischen Kristalls von 4,020 Angström auf. Das Verfahren des Beispiels 1 wurde durchgeführt, indem das hitzebehandelte Pulver unter den gleichen Bedingungen wie denjenigen des Beispiels 1 calciniert wurde, um als ein calciniertes Rohpulver zu fungieren, um dadurch ein halbleitendes Bariumtitanat-Keramikstück zu erhalten.
Das erhaltene halbleitende Bariumtitanat-Keramikstück weist eine Korngröße der Keramik von 0,9 um, einen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur von 40 Ωcm und eine Überschlagsspannung von 800 V/mm auf.

Beispiel 6

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde durchgeführt, ohne eine Ethanol-Lösung aus Lanthanchlorid (LaCl&sub3;·6,3 H&sub2;O) zu der Lösung des Titanalkoxids zu geben, um dadurch ein Pulver einer La-freien, nicht festen Bariumtitanat-Lösung zu erhalten. Das erhaltene Bariumtitanat- Pulver weist eine Korngröße von 0,05 um, eine Gitterkonstante des kubischen Kristalls von 4,028 Angström und ein Ba/Ti-Mengenverhältnis von 0,998 auf.
Zu dem Bariumtitanat-Pulver wurde dann La in Form einer Lösung aus Lanthannitrat in einer Menge von 0,15 mol% zugegeben und die Mischung wurde bei 1000ºC für zwei Stunden calciniert. Das Verfahren des Beispiels 1 wurde mittels des so erhaltenen calcinierten Pulvers als ein Rohpulver durchgeführt, um dadurch ein halbleitendes Bariumtitanat-Keramikstück zu erhalten. Das Brennen wurde bei 1200ºC für zwei Stunden durchgeführt. Das erhaltene halbleitende Bariumtitanat-Keramikstück weist eine Korngröße der Keramik von 0,8 um, einen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur von 90 Ωcm und eine Überschlagsspannung von 720 V/mm auf.

Vergleichsbeispiel 1

Das Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung, die in dem Beispiel 1 erhalten wurde, wurde bei 800ºC für zwei Stunden hitzebehandelt. Das hitzebehandelte Pulver wies eine Korngröße von 0,17 um und eine Gitterkonstante des kubischen Kristalls von 4,005 Angström auf. Das Verfahren des Beispiels 1 wurde durchgeführt, indem das hitzebehandelte Pulver unter den gleichen Bedingungen wie denjenigen des Beispiels 1 calciniert wurde, um als ein calciniertes Rohpulver zu fungieren, um dadurch ein halbleitendes Bariumtitanat-Keramikstück zu erhalten.
Das erhaltene halbleitende Bariumtitanat-Keramikstück weist eine Korngröße der Keramik von 1-3 um, einen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur von 30 Ωcm und eine Überschlagsspannung von 400 V/mm auf.

Vergleichsbeispiel 2

Die Aufschlämmung, enthaltend Titan, Barium und Lanthan, die in dem Beispiel 1 erhalten wurde, wurde in einen gerührten Autoklaven eingebracht und einer hydrothermalen Reaktion bei 200ºC für acht Stunden ausgesetzt. Das Verfahren des Beispiels 1 wurde durchgeführt, um dadurch ein Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung zu erhalten. Das erhaltene Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung weist eine Korngröße von 0,1 um, eine Gitterkonstante des kubischen Kristalls von 4,010 Angström und Ba/Ti- bzw. La/Ti-Mengenverhältnisse von 0,998 bzw. 0,0020 auf.
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde durchgeführt, indem das Pulver einer La enthaltenden festen Bariumtitanat-Lösung unter den gleichen Bedingungen wie denjenigen des Beispiels 1 calciniert wurde, um als ein calciniertes Rohpulver zu fungieren, um dadurch ein halbleitendes Bariumtitanat-Keramikstück zu erhalten.
Das erhaltene halbleitende Bariumtitanat-Keramikstück weist eine Korngröße der Keramik von 1-20 um, einen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur von 40 Ωcm und eine Überschlagsspannung von 300 V/mm auf.
Die Ergebnisse der so beschriebenen Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, zeigen alle Keramikstücke mit einer Korngröße der Keramik von etwa 0,9 um oder weniger eine ausgezeichnete Überschlagsspannung von bis zu 720 V/mm oder mehr. Wenn die Korngröße der Keramik 1 um oder mehr beträgt, nimmt der spezifische Widerstand bei Raumtemperatur ab, und die Überschlagsspannung nimmt gleichzeitig ab. Falls die Korngröße der Rohpulver über etwa 0,1 um beträgt, nimmt die Korngröße der Keramik auf 1 um oder mehr zu, was zu einer Absenkung der Überschlagsspannung führt. Falls weiter die Gitterkonstante der Rohpulver 4,02 Angström oder weniger beträgt, wird die Keramikstruktur heterogen, d. h. eine Mischung aus Mikrokörnern (1 um-Körner) und groben Körnern (10-20 um), was zu einer Absenkung der Überschlagsspannung führt. Falls das Rohpulver durch Bildung einer festen Lösung aus Titan, Barium und prädotiertem La, welches als ein halbleitende Eigenschaften verleihendes Mittel dient, oder durch eine nachträgliche Zugabe von La zu dem Bariumtitanatpulver erhalten wird, nimmt die Überschlagsspannung bei dem letzteren Verfahren geringfügig ab. Der Grund dafür kann darin angenommen werden, dass eine Überschlagsspannung der Keramik durch die zusammensetzungsbezogene Homogenität der die Keramik bildenden Körner sowie durch die Keramikkörner selbst beeinflusst wird.
Wie hier zuvor beschrieben, weist die halbleitende Bariumtitanat-Keramik mit einer durchschnittlichen Korngröße der Keramik von etwa 0,9 um oder weniger gemäß der vorliegenden Erfindung einen geringen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur und eine hohe Überschlagsspannung auf, die völlig dem Bedürfnis nach einer Steigerung der Überschlagsspannung genügt, und ist geeignet für Anwendungen, wie eine Regulierung der Temperatur, eine Begrenzung der Spannung oder eine Erhitzung bei einer konstanten Temperatur. Die halbleitende Bariumtitanat-Keramik ermöglicht es einer diese verwendenden Vorrichtung, gesteigerte Leistungsmerkmale und eine reduzierte Größe aufzuweisen.
Weiter wird in der vorliegenden Erfindung eine Keramik, welche mit einer besonders hohen Überschlagsspannung versehen ist, erhalten, indem ein Bariumtitanat-Pulver oder ein calciniertes Bariumtitanat-Pulver mit streng begrenzten physikalischen Eigenschaften, d. h. einer Korngröße von etwa 0,1 um oder weniger, einer Kristallstruktur des kubischen Systems und einer Gitterkonstanten von 4,02 Angström oder mehr, und enthaltend eine Mikromenge eines halbleitende Eigenschaften verleihenden Mittels, welches eine feste Lösung bildet, gebrannt wird.

Claims

1. Halbleitendes Keramik-Preßteil, umfassend:

eine halbleitende Bariumtitanat-Keramik mit einer durchschnittlichen Körnchengröße von 0,9 um oder weniger, wobei die halbleitende Keramik ein halbleitendes Mittel enthält;

wobei das halbleitende Keramik-Preßteil eine positive Widerstands-Temperatur- Charakteristik und eine Überschlagsspannung von mindestens 720 V/mm besitzt.

2. Halbleitendes Keramik-Preßteil gemäß Anspruch 1, wobei das halbleitende Mittel aus der Gruppe gewählt wird, die aus Seltenerdmetallelementen und Übergangselementen besteht.

3. Halbleitendes Keramik-Preßteil gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das halbleitende Mittel La ist.

4. Halbleitendes Keramik-Preßteil gemäß Anspruch 3, wobei der spezifische Widerstand bei Raumtemperatur 90 Ωcm nicht übersteigt.

5. Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Keramik-Preßteils gemäß Anspruch 1, umfassend:

Herstellen eines Bariumtitanat-Rohpulvers mit einer Körnchengröße von 0,1 um oder weniger, einer Kristallstruktur des kubischen Systems und einer Gitterkonstanten von 4,02 Angström oder mehr, wobei das Bariumtitanat-Rohpulver ein halbleitendes Mittel in Form einer festen Lösung enthält,

Formen eines Grünlings, das das Bariumtitanat-Feinpulver umfasst, und Brennen des Grünlings zur Bildung eines halbleitenden Keramik-Preßteils, umfassend eine halbleitendende Bariumtitanat-Keramik mit einer durchschnittlichen Körnchengröße von 0,9 um oder weniger und einer Überschlagsspannung von mindestens 720 V/mm und einer positiven Widerstands-Temperatur-Charakteristik.

6. Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Keramik-Preßteils gemäß Anspruch 5, wobei das halbleitende Mittel aus der Gruppe gewählt wird, die aus Seltenerdmetallelementen und Übergangselementen besteht.

7. Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Keramik-Preßteils gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das halbleitende Mittel La ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Keramik-Preßteils gemäß mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Grünling bei 1200 bis 1300ºC 1 bis 3 Stunden lang gebrannt wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Keramik-Preßteils gemäß mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Grünling in Luft gebrannt wird.