Oxid-Keramik - Keramik: Wie ein alter Werkstoff hochmodern wird - page 102

5.4 Keramiken auf der Basis von Titandioxid
5.4.1 Abhängigkeit der Permittivität vom Kristallgitter
Keramiken auf der Basis von Titandioxid werden vor allen Dingen we-
gen ihrer besonderen elektrischen Eigenschaften hergestellt. Sie beruhen
auf Ladungsverschiebungen in den Elementarzellen der die Keramik bil-
denden Kristalle. In Abhängigkeit von der konkreten Zusammensetzung
und dem Kristallgitter können sich die Werkstoffe auf der Basis von
TiO 2 dielektrisch oder ferroelektrisch verhalten, wobei man bei der Fer-
roelektrizität zusätzlich die Untergruppen der Piezoelektrizität und der
Pyroelektrizität unterscheidet. Letzteres hängt davon ab, ob die Ladungs-
verschiebung in den Elementarzellen der die Keramik bildenden Kristalle
durch elektrische Felder, mechanische Beanspruchung oder Temperatu-
ren hervorgerufen wird.
I Deinition Bei dielektrischen Keramiken ist der Zusammenhang zwi-
schen der Ladung und der Spannung linear. Wie stark sie ansteigt, hängt
mit dem Wert von " r zusammen. Unter " r versteht man die relative Per-
mittivitätszahl (früher Dielektrizitätszahl genannt).
Die Ursache für die Kapazitätserhöhung gegenüber dem Dielektrikum
Luft besteht in der Möglichkeit der Verschiebung von Ladungen in den
Elementarzellen der Kristalle, aus denen die Keramik besteht, durch An-
legen eines äußeren elektrischen Feldes. Ein wichtiges Beispiel sind die
Kristallmodifikationen des TiO 2 : Rutil, Anatas und Brookit. Als Werk-
stoff mit einer besonders hohen Permittivität eignet sich die Kristallphase
Rutil, siehe Abb. 5.10 .
Durch Anlegen eines elektrischen Feldes verschieben sich die Titan-
kationen ein wenig in Richtung der Kristallachse, die sich parallel zur
Feldrichtung befindet. Der Oktaeder wird tetragonal verzerrt, was die Po-
larisation bewirkt.
Etwa ab 1950 stellte man erste Kondensatoren auf der Basis des Rutil-
Keramikdielektrikums durch Trockenpressen kleiner Plättchen her. Um
eine bessere Homogenität der Erzeugnisse zu erzielen, wurde sehr bald
das Foliengießen (Abschn. 3.3.1 ) entwickelt. Um die Bauelemente deut-
lich verkleinern zu können, kamman auf die Idee, mit metallischen Elek-