Niedrigere Prozesstemperaturen beim Sintern von Keramiken
Eine der Möglichkeiten, mit denen Fortschritte im Bereich der Elektronikindustrie gemacht werden können, ist, die Prozesstemperaturen, die bei der Herstellung von funktionellen Materialien auftreten, zu reduzieren. Das von der EU finanzierte TUF-Projekt befasste sich mit der Entwicklung von neuen Materialien für den Einsatz als dielektrische Resonanzfilter mit extrem niedrigen dielektrischen Verlusten. Projektpartner an dem Josef Stefan Institut in Slovenien untersuchten speziell das Niedertemperatursintern mit dem Ziel, die Produktionskosten zu reduzieren. Mit Sintern wird ein Prozess bezeichnet, bei dem ein pulverförmiges Material bis unterhalb der Schmelztemperatur erhitzt wird, bis die einzelnen Partikel aneinander haften. Vor diesem Forschungsprojekt waren die Mechanismen, die diesem Vorgang zugrunde liegen, nur unzureichend verstanden. Bei jedem Material, das gesintert werden sollte, wurde nach einer Reihe von grundlegenden Methoden verfahren. Sintern wurde mit Bariumtitanatpulvern (BaTiO3) durchgeführt, als Sinterhilfsmittel kam Lithiumoxid zum Einsatz. Die Untersuchung der Mikrostruktur brachte die Anwesenheit von zwei sekundären flüssigen Phasen zum Vorschein. Während der Erforschung dieses Phänomens entdeckten die Wissenschaftler, dass es mehrere Prozesseigenschaften bzw. -stufen gibt, die das Sintern vereinfachen könnten. Diese umfassen das Schmelzen einer der Reagenzien, strukturelle Leerstellen in der Matrix und eine erhöhte Löslichkeit der Matrixphase. Die Ergebnisse zeigten ebenfalls, dass die Sinterhilfsmittel sorgfältig ausgewählt werden müssen, um ihren Einfluss auf die Eigenschaften der Keramik zu minimieren. Eine erfolgreiche kommerzielle Umsetzung dieser Ergebnisse kann zu Energiekosteneinsparungen sowie zu einer Verringerung der Materialkosten führen. Es konnte z.B. auf die Verwendung von teurem Palladium bei X7R-Kondensatoren verzichtet werden, da die Sintertemperatur um fast 200°C verringert werden konnte. Trotzdem wurden die gewünschten dielektrischen Eigenschaften erreicht. Die Reduzierung der Betriebstemperatur in Verbindung mit einem besseren Verständnis der physikalischen und chemischen Vorgänge werden zweifellos die Grundlage für zukünftige Arbeiten im Bereich der abstimmbaren Mikrowellenanwendungen bilden. Weitere Informationen über relevante Artikel und Forschungsberichte der London South Bank University können auf der Website des TUF-Projekts gefunden werden unter: http://ecce1.lsbu.ac.uk/research/pem/index_files/TUF%20papers.htm
