DE3331610A1

DE3331610A1 - Dielektrische keramische zusammensetzung

Info

Publication number: DE3331610A1
Application number: DE3331610A
Authority: DE
Inventors: Takehiro Nagaokakyo Kyoto Konoike; Hiroshi Kyoto Tamura
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1982-09-06
Filing date: 1983-09-01
Publication date: 1984-03-08
Also published as: US4485180A; DE3331610C2

Abstract

Dielektrische keramische Zusammensetzung Es wird eine dielektrische keramische Zusammensetzung für den Hochfrequenzbereich beschrieben, die aus BaO, ZrO[tief]2, ZnO und Ta[tief]2O[tief]5 zusammengesetzt ist, und die Formel Ba(Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2 besitzt, worin 0,02 kleiner oder gleich x kleiner oder gleich 0,13, 0,28 kleiner oder gleich y kleiner oder gleich 0,33 und 0,59 kleiner oder gleich z kleiner oder gleich 0,65 sowie x + y + z = 1 ist, wobei höchstens 70 Atom-% Zn durch Ni und/oder Co ersetzt sind. Die keramische Zusammensetzung besitzt eine komplexe Perowskit-Struktur und führt zu einer hohen Dielektrizität sowie einem hohen Q-Wert bei einer hohen Frequenz sowie selektiv zu einem Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz mit einem Mittelwert von 0 ppm/ °C, ohne dass hohe Sintertemperaturen und/oder lange Sinterzeiten angewendet werden. (33 31 610)

Description

Dielektrische keramische Zusammensetzung

Die Erfindung bezieht sich auf eine dielektrische keramische Zusammensetzung für den Hochfrequenzbereich.

Dielektrische keramische Zusammensetzungen werden in großem Umfang für dielektrische Resonatoren, dielektrische MIC-Substrate usw. im Hochfrequenzbereich, einschließlich des Mikrowellen- und/oder Millimeterwellen-Bereichs verwendet.

Als dielektrisches keramisches Material sind für diesen Zweck eine Vielzahl von Materialien bekannt, beispielsweise jene, die dem ZrO[tief]2-SnO[tief]2-TiO[tief]2-Typ, Ba[tief]2Ti[tief]9O[tief]20(Ba, Sr) (Zr, Ti)O[tief]3-Typ oder BaO.ZnO.Ta[tief]2O[tief]5-Typ angehören.

Obgleich diese Materialien im Mikrowellenenergiebereich bei einer Frequenz von etwa 10 GHz hervorragende Eigenschaften besitzen, eine Dielektrizitätskonstante (kleines Epsilon r) von 20 bis 40, ein Q von 2000 bis 6000 und einen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz (kleines Tau[tief]f) von etwa 0 ppm/°C aufweisen, ist es aufgrund der Verwendung höherer Frequenzen in jüngerer Zeit erwünscht, ein keramisches Material zur Verfügung zu haben, das einen höheren Q-Wert besitzt.

Beispielsweise sind Materialien, die dem Ba(Zn,Ta)O[tief]3-Typ angehören, in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 35454/78 im einzelnen beschrieben. Nach dieser Druck- schrift weist eine dielektrische keramische Scheibe mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 2 mm, die durch Sintern der Scheide bei 1360 bis 1460 °C an der Luft erhalten worden ist, eine dielektrische Konstante (kleines Epsilon r), die anhand der Resonanzfrequenz (etwa 11 GHz) und der Abmessungen bestimmt wurde, einen entladenen Q, der anhand der Bandreflektionsmethode gemessen wurde, sowie einen Temperaturkoeffizienten (kleines Tau [tief]f der Resonanzfrequenz, der im Bereich zwischen -30 °C und +70 °C gemessen wurde, von 25 bis 30 bzw. 3520 bis 3730 bzw. 5 bis 20 auf.

Die Kristallstruktur von Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 wird in F. Gallasso und J. Pyle "Ordering in compounds of the a(B'[tief]0,33 Ta[tief]0,67)O[tief]3-Typ", Inorganic Chemistry, Band 2, Nr. 3, Seiten 482 bis 484 (1963) beschrieben. Das Material ist eine Verbindung mit einer Elementarzelle mit Perowskit-Struktur von ABO[tief]3. Zn und Ta sind jeweils an der B-Ionenposition in regelmäßiger Anordnung so angeordnet, dass eine hexagonale Kristallgitterüberstruktur gebildet wird.

In Fig. 1 ist die Kristallgitterüberstruktur des Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 dargestellt, die derjenigen von Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 ähnlich ist, die in der vorstehend erwähnten Veröffentlichung beschrieben ist. In Fig. 1 sind Zn(1) und Ta(2) an den B-Ionenstellen angeordnet, wobei ein Verhältnis von 1:2 vorliegt. Weiterhin stellen in dieser Figur die Bezugsziffern 3 und 4 Ba bzw. O dar.

Auf der anderen Seite kann nach "Microwave Dielectric Material and their Applications", dem Jahresbericht der Studiengruppe für die praktische Anwendung von BaTiO[tief]3-Material, Band 30, xxx-164-1036, 11. September 1981, die geordnete Struktur von Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 stark von den Sinterbedingungen abhängen. Nach diesem Bericht kann eine geordnete Anordnung von Zn und Ta nicht erreicht werden, wenn bei 1350 °C 2 h lang gesintert wird, so dass eine Verbesserung des Q-Werts nicht erreicht werden kann. Wenn bei der gleichen Temperatur 120 h gesintert wird, wird eine geordnete Anordnung mit einem Q-Wert von 14 000 erreicht. Wenn weiterhin das Material bei 1650 °C 2 h lang gesintert wird, beträgt sein Q-Wert 10 000 bis 11 000. Dies stimmt mit den Daten der Fig. 2 überein, die die Abhängigkeit eines Röntgenstrahlenbeugungsbildes der Kristallgitterüberstruktur von der Sinterzeit wiedergibt.

Im ersten Fall, also wenn die Sintertemperatur 1350 °C beträgt, ist es notwendig, die Temperatur einen sehr langen Zeitraum von 120 h aufrecht zu erhalten, um eine geordnete Anordnung von Zn und Ta zu erhalten, was ein beträchtliches Hindernis für die Produktivität darstellt und zu einer Erhöhung der Herstellungskosten führt. Aus diesem Grunde ist diese Möglichkeit im industriellen Maßstab nicht anwendbar.

In dem Fall, in dem das Material bei einer höheren Temperatur gesintert wird, ist es möglich, eine geordnete Anordnung von Zn und Ta in einer relativ kurzen Zeit zu erhalten. Da jedoch bei derart hohen Temperaturen eine Verdampfung von Zn auftritt, ist es nicht möglich, ein dichtes keramisches Material zu erhalten. Das heißt, die Dichte wird herabgesetzt, beispielsweise von 7,7 g/cm[hoch]3 auf 6,5 g/cm[hoch]3. Das gebildete keramische Material weist deshalb in feuchter Umgebung keine ausreichende Zuverlässigkeit auf. Weiterhin muß der Sinterofen in besonderer Weise aufgebaut sein, um derart hohen Temperaturen standzuhalten, wobei eine große Energiemenge zur Aufrechterhaltung der hohen Temperatur gebraucht wird.

Die Erfinder haben aufgrund von Forschungsarbeiten eine dielektrische keramische Zusammensetzung für den Hochfrequenzbereich gefunden, welche Zusammensetzung aus BaCO[tief]3, ZrO[tief]2, ZnO und Ta[tief]2)O[tief]5 besteht und durch die Formeln Ba(Tr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2 wiedergegeben wird, worin 0,02 kleiner oder gleich x kleiner oder gleich 0,13, 0,28 kleiner oder gleich y kleiner oder gleich 0,33 und 0,59 kleiner oder gleich z kleiner oder gleich 0,65 sowie x + y + z = 1 ist.

Bei dieser keramischen Zusammensetzung werden die Ausgangs- materialien gemischt, und das gebildete Gemisch wird calciniert. Danach wird das calcinierte Pulvergemisch geformt und die Formlinge werden etwa 4 h gesintert, um keramische Proben zu erhalten.

Die Dielektrizitätskonstante (kleines Epsilon), Q bei einer Frequenz von 11 GHz und der Temperaturkoeffizient (kleines Tau[tief]f) der Resonanzfrequenz jeder Probe wurden gemessen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 1 wiedergegeben sind.

Der Temperaturkoeffizient (kleines Tau[tief]f) der Resonanzfrequenz wurde in einem Temperaturbereich zwischen +25 °C und +85 °C gemessen.

Die Beziehung zwischen dem Temperaturkoeffizienten (kleines Tau[tief]f) der Resonanzfrequenz und der Temperturabweichung der Dielektrizitätskonstante und der können durch folgende Formel wiedergegeben werden:

(kleines Tau[tief]f) = -1/2 kleines Tau kleines Epsilon - kleines Alpha

kleines Tau kleines Epsilon : Temperaturabweichung der Dielektrizitätskonstante

kleines Alpha: Linearer Ausdehnungskoeffizient der keramischen Probe

Tabelle 1

Auf der anderen Seite wurde eine Probe, die die herkömmliche Zusammensetzung Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 aufweist, in ähnlicher Weise hergestellt, und es wurden davon die entsprechenden elektrischen Werte gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 wiedergegeben. Bei dieser Zusammensetzung war jedoch die Reproduzierbarkeit der dichten keramischen Materialien gering, wobei ein beträchtlicher Anteil dieser keramischen Materialien nicht ausreichend gesintert war.

Tabelle 2

Das herkömmliche keramische Material mit einer Zusammensetzung Va/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3, das die in der Tabelle 2 angegebenen Werte besitzt, stellt im Hinblick auf den Q-Wert eines der besten keramischen Materialien des Ba(ZnTa)O[tief]3- Typs dar. Ein Vergleich dieses keramischen Material mit der Zusammensetzung Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 mit den höchsten Q-Werten der Zusammensetzungen der Tabelle 1 (10 300) zeigt, dass die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Ba(Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/x-3y/2 um 50 % bessere Q-Werte aufweisen.

Fig. 3 zeigt die Bereiche von ZrO[tief]2, ZnO und TaO[tief]5/2 der einzelnen Zusammensetzungen der keramischen Zusammensetzungen, deren Probennummern denen der Tabelle 1 entsprechen.

Fig. 4 zeigt die dielektrischen Eigenschaften einer festen Lösung von Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 und BaZrO[tief]3, die hergestellt worden ist, um die Wirkung von ZrO[tief]2 in dem keramischen Material zu verdeutlichen. Wie Fig. 4 zu entnehmen, erhöht sich der Q-Wert deutlich, wenn der Mol-%-Gehalt von BaZrO[tief]3 innerhalb des Bereichs von 0,02 bis 0,13 liegt.

Fig. 5 (a) und 5 (b) geben das Röntgenstrahlungsbeugungsbild von Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 bzw. Ba(Zr[tief]0,04Zn[tief]0,32Ta[tief]0,64)O[tief]3 wieder. In Fig. 5 (a) stellt das Maximum 1 bei 17,7 ° die Beugungslinie der (100)-Ebene der hexagonalen Kristallgitterüberstruktur dar und zeigt die Bildung einer Kristallgitterüberstruktur. Andererseits zeigt das Beugungsbild von Ba/Zr[tief]0,04Zn[tief]0,32Ta[tief]0,64)O[tief]3 in Fig. 5 (b) ein Verschwinden der Beugungslinie aufgrund der in Fig. 5 (a) gezeigten hexagonalen Überstruktur, wobei lediglich die Perowskit-Struktur gebildet ist.

In Fig. 5 (a) beziehen sich die Nummern 1 und 3 auf eine (100)-Ebene und eine (002)-Ebene eines hexagonalen Kristalls, die jeweils die Bildung einer Kristallgitterüberstruktur zeigen, während 2 und 4 einer (100)-Ebene und einer (110)-Ebene jeweils einer kubischen Elementarzelle entsprechen.

In Fig. 5 (b) stellen die Bezugsziffern 1 und 2 eine (100)-Ebene bzw. eine (110)-Ebene einer kubischen Elementarzelle dar.

Die Fig. 6 (a) und 6 (b) stellen Zeichnungen von SEM-Figuren dar, die das mikrostrukturelle Kornwachstum von Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 und Ba/Zr[tief]0,04Zn[tief]0,32Ta[tief]0,64)O[tief]3 jeweils nach 4-stündigem Sintern bei 1500 °C wiedergeben. Aus den Fig. 6 (a) und 6 (b) ist klar ersichtlich, dass die Geschwindigkeit des Kristallwachstums erheblich durch den Zusatz von BaZrO[tief]3 gesteigert wird.

Fig. 7 (a) und 7 (b) stellen K[tief]kleines Alpha1 - und K[tief] kleines Alpha2 - Beugungslinien der kubischen (321)-Ebenen von Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 bzw. Ba/Zr[tief]0,04Zn[tief]0,32Ta[tief]0,64)O[tief]3 dar.

Ein Vergleich von Fig. 7 (a) mit Fig. 7 (b) zeigt klar, dass K[tief]kleines Alpha1 - und K[tief] kleines Alpha 2 bei der Ba/Zr[tief]0,04Zn[tief]0,32Ta[tief]0,64)O[tief]3-Zusammensetzung deutlich voneinander getrennt sind, wobei das Zr sich verkürzend auf die Sinterzeit auswirkt, selbst wenn gleiche Sinterbedingungen vorliegen.

In Fig. 7 (a) stellen die Bezugsziffern 1 und 2 die K[tief]kleines Alpha1 -Linie bzw. K[tief] kleines Alpha2-Linie einer (321)-Ebene eines kubischen Kristalls dar, und in Fig. 7 (b) die Bezugsziffern 1 und 2 die K[tief]kleines Alpha1'-Linie bzw. K[tief] kleines Alpha2-Linie der (320)-Ebene eines kubischen Kristalls.

Die Kristallstruktur der Zusammensetzung Ba/Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2 stellt damit ein einfaches kubisches Kristallgitter von Perowskit-Typ dar, wobei es von Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 durch die Kristallgitterüberstruktur unterschieden werden kann.

Da weiterhin die Zusammensetzung Ba(Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2 einen höheren Q-Wert aufweist, wenn das Material bei 1450 °C 4 h gesintert wird, ist es nicht erforderlich, sehr lange, beispielsweise 120 h zu sintern, wie es bei Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 der Fall ist, wenn ein hoher Q-Wert erreicht werden soll. Der Temperaturkoeffizient (kleines Tau[tief]f) der Resonanzfrequenz der Zusammensetzung Ba(Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2 beträgt jedoch -1 bis +16 ppm/°C, wobei die Kontrolle bei etwa 0 ppm/ °C insbesondere auf der positiven Seite beträchtlich ist, jedoch auf der negativen Seite manchmal schwierig sein kann.

Die Erfinder haben Forschungsarbeiten durchgeführt, um diese Probleme zu lösen, wobei sich herausstellte, dass eine Verbesserung der Sinterbedingungen und eine Erhöhung des Kristallisationsgrades erreicht werden kann, wenn eine neue keramische Zusammensetzung verwendet wird, die eine komplexe Perowskit-Struktur besitzt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine dielektrische keramische Zusammensetzung für den Hochfrequenzbereich anzugeben, mit der eine hohe Dielektrizität und ein hoher Q-Wert im Hochfrequenzbereich erhalten werden kann und dessen Temperatur-Koeffizient der Resonanzfrequenz mit einem Mittelwert von 0 ppm/°C gewählt werden kann, ohne dass eine hohe Sintertemperatur und/oder lange Sinterzeit angewendet wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird mit einer keramischen Zusammensetzung für den Hochfrequenzbereich gelöst, die aus BaO,ZrO[tief]2, ZnO und Ta[tief]2O[tief]5 zusammengesetzt ist und durch die Formel Ba(Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2 wiedergegeben wird, wobei 0,02 kleiner oder gleich x kleiner oder gleich 0,13, 0,28 kleiner oder gleich y kleiner oder gleich 0,33, 0,59 kleiner oder gleich z kleiner oder gleich 0,65 sowie x + y + z = 1 ist, wobei 70 Atom-% oder weniger des Zn durch Ni und/oder Co substituiert sind.

Vorzugsweise enthält die keramische Zusammensetzung weiterhin 0,8 bis 10 Mol-% wenigstens eines Lanthanidenoxids mit der Formel Me[tief]2O[tief]3.

In Fig. 1 ist die Kristallstruktur von Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 wiedergegeben.

Fig. 2 zeigt die Strukturänderungen in Abhängigkeit von der Sintertemperatur von Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3.

Fig. 3 gibt die ternären Zusammensetzungsbereiche von ZrO[tief]2, ZnO und TaO[tief]5/2 einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung wieder.

Fig. 4 gibt die elektrischen Eigenschaften einer festen Lösung einer Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3-BaZrO[tief]3-Gruppe wieder.

Fig. 5 (a) und 5 (b) stellen Röntgenbeugungsbilder von Ba/Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 bzw. Ba/Zr[tief]0,04Zn[tief]0,32Ta[tief]0,64)O[tief]3 dar.

Fig. 6 (a) und 6 (b) stellen Zeichnungen dar, die das Kristallwachstum von Ba(Zn[tief]1/3 Ta[tief]2/3)O[tief]3 und Ba/Zr[tief]0,04Zn[tief]0,32Ta[tief]0,64)O[tief]3 wiedergeben.

Fig. 7 (a) und 7 (b) stellen Beugungslinien von K[tief]kleines Alpha1 - und K[tief] kleines Alpha2 der (321)-Ebene der kubischen Kristalle von Ba(Zn[tief]1/3Ta[tief]2/3)O[tief]3 und Ba(Zr[tief]0,04Zn[tief]0,32Ta[tief]0,64)O[tief]3 dar.

Die Bereiche von x, y und z in der Formel Ba(Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2 bestimmen die Eigenschaften des keramischen Materials. Der Q-Wert wird niedrig, wenn x kleiner als 0,02 ist, während der Temperatur-Koeffizient der Resonanzfrequenz auf der positiven Seite groß wird, wenn x 0,13 übersteigt. Das Sintern des keramischen Materials wird schwierig, wenn y kleiner als 0,28 oder größer als 0,33 ist. Das Sintern wird schwierig, wenn z kleiner als 0,59 oder größer als 0,65 ist.

Falls Zn in Ba(Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2 durch Ni und/oder Co substituiert wird, wird der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz auf der negativen Seite zu groß, wenn das Ausmaß der Substitution 70 Atom-% übersteigt. Der Anteil sollte daher höchstens 70 Atom-% betragen.

Was die Menge des Lanthanidoxids betrifft, das der keramischen Zusammensetzung zugegeben wird, so hat die Zugabe keine Auswirkung auf eine Verbesserung des Q-Werts, wenn die Menge weniger als 0,1 Mol-% beträgt, wobei sowohl die Dielektrizität wie der Q-Wert herabgesetzt werden, wenn er größer als 10,0 Mol-% ist.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele im einzelnen beschrieben.

Beispiel 1

BaCO[tief]3, ZrO[tief]2, ZnO, Ta[tief][2O[tief]5, NiO und CO[tief]2O[tief]3 hoher Reinheit (99,8 bis 99,9 %) werden hergestellt. Von ihnen werden solche Mengen abgewogen, dass das keramische Material eine Zusammensetzung aufweist, wie sie in Tabelle 3 angegeben ist. Die abgewogenen Mengen werden zusammen mit einem Achatstein und reinem Wasser in eine Kugelmühle gegeben, deren Innenwand mit einer Gummischicht bedeckt ist, wobei sie 2 h naß vermischt werden. Das gebildete Gemisch wird dehydratisiert, getrocknet und dann nominell bei 1200 °C 2 h lang calciniert. Danach wird das calcinierte Gemisch zusammen mit dem Achatstein, reinem Wasser und einem organischen Bindemittel in eine Kugelmühle gegeben und 2 h naß zerkleinert. Das zerkleinerte Gemisch wird getrocknet und durch ein 50 mesh-Filter gegeben, um seine Teilchengröße einzustellen. Das erhaltene Pulver wurde zu kreisförmigen Scheiben geformt, die jeweils einen Durchmesser von 12 mm und eine Dicke von 6 mm besitzen, und zwar unter einem Druck von 2000 kg/cm[hoch]2. Die Scheiben wurden dann 4 h bei 1450 °C gesintert, um die keramischen Proben zu bilden.

Die Dielektrizitätskonstante (kleines Epsilon), Q bei einer Frequenz von 11 GHz und der Temperaturkoeffizient (kleines Tau [tief]f) der Resonanzfrequenz jeder keramischen Probe wurde mit der dielektrischen Resonatormethode gemessen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 3 dargestellt sind. In der Tabelle 3 sind die Vergleichsproben mit einem Sternchen (*) versehen.

Der Temperaturkoeffizient (kleines Tau [tief]f) der Resonanzfrequenz wird nach folgenden Gleichungen bestimmt, wobei f[tief]25 und f[tief]85 die Resonanzfrequenz bei 25 °C bzw. 85 °C darstellen:

Die Beziehung zwischen kleines Tau [tief]f, der Temperaturänderung kleines Tau kleines Epsilon der Dielektrizität (kleines Epsilon) und der lineare Ausdehnungskoeffizient des Materials (kleines Alpha) kann durch kleines Tau [tief]f = -1/2 kleines Tau kleines Epsilon - kleines Alpha wiedergegeben werden. Deshalb kann kleines Tau kleines Epsilon bestimmt werden, wenn beispielsweise kleines Alpha gemessen wird.

Tabelle 3

Tabelle 3 (Fortsetzung)

In der Tabelle 3 stellen die Proben Nr. 1, 10, 18, 26, 34, 41 und 48 jeweils Zusammensetzungen dar, bei denen Zn nicht zum Teil durch Ni und/oder Co ersetzt ist.

Die Proben Nr. 5, 9, 14, 22 und 33 stellen Zusammensetzungen dar, bei denen ein Teil des Zn durch Ni und/oder Co substituiert ist, wobei die Substitution mehr als 70 Atom-% beträgt. Bei diesen Proben besteht die Neigung, dass der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz auf der negativen Seite groß wird.

Die x-, y- und z-Werte von (Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2 jeder der Proben Nr. 56 bis 64 liegen außerhalb der ordnungsgemäßen Bereiche, weshalb sie schwierig zu sintern sind. Von den Proben 56 bis 61 sind in der Tabelle keine Daten angegeben, da es unmöglich war, von ihnen gutgesinterte keramische Proben zu erhalten, so dass ihre Eigenschaften nicht gemessen werden konnten.

Wie vorstehend beschrieben, ist bei der Zusammensetzung Ba(Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2, bei der Zn durch Ni und/oder Co ersetzt ist, sowohl die Dielektrizität wie Q des gebildeten keramischen Materials groß, wobei der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz selektiv entweder auf der positiven oder der negativen Seite von 0 ppm/°C erhalten werden kann. Insbesondere bei der Substitution eines Teils von Zn durch Hi und/oder Co wird es möglich, den Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz auf der negativen Seite zu kontrollieren.

Beispiel 2

BaCo[tief]3, ZrO[tief]2, ZnO, Ta[tief]2O[tierf]5. NiO, Co[tief]2O[tief]3, La[tief]2O[tief]3, CeO[tief]2, Sm[tief]2O[tief]3, DY[tief]2O[tief]3, HO[tief]2O[tief]3 und Pr[tief]2O[tief]3 hoher Reinheit (99,8 bis 99,9 %) wurden hergestellt. Sie wurden so abgewogen, dass ein keramisches Material mit einer Zusammensetzung nach der Tabelle 4 erhalten wurde, wobei die abgewogenen Mengen davon in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 behandelt wurden, wodurch keramische Proben entstanden. Die Dielektrizitätskonstante (kleines Epsilon), Q bei einer Frequenz von 11 GHz und der Temperaturkoeffizient (kleines Tau [tief]f) der Resonanzfrequenz wurden wie im Beispiel 1 gemessen, wobei die Ergebnisse in der Tabelle 4 wiedergegeben sind, in der Sternchen (*) Vergleichsbeispiele kennzeichnen.

Tabelle 4

Tabelle 4 - Fortsetzung

In der Tabelle 4 weisen die Proben 1, 49, 52 und 55 eine Zusammensetzung auf, bei der Zn nicht teilweise durch Ni und/oder Co substituiert ist.

Die Probe 8 besitzt eine Zusammensetzung, bei der ein Teil des Zn durch Ni und/oder Co substituiert ist, wobei das Ausmaß der Substitution mehr als 70 Atom-% beträgt. Diese Probe neigt dazu, dass die Resonanzfrequenz (kleines Tau [tief]f) auf der negativen Seite groß wird.

Jede der Proben 1, 2, 3, 10, 16, 17, 23, 29, 30, 36, 42, 43, 49, 52 und 55 enthält kein Lanthanidenoxid (Me[tief]2O[tief]3).

Jede der Proben 9, 15, 22, 28, 35, 41 und 48 enthält 10 Mol-% oder mehr Me[tief]2O[tief]3 und weist eine niedrige Dielektrizitätskonstante sowie ein niedriges Q auf.

Jede der Proben 39 bis 57 besitzt eine Zusammensetzung Ba(Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2, wobei x, y, und z außerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche liegen. Es war unmöglich, diese Proben zu sintern, oder ihre Eigenschaften waren von geringer Qualität.

Für die Beispiele 49, 50, 52 und 53 sind keine Daten angegeben. Bei diesen Beispielen war es unmöglich, gut gesintertes keramisches Material zu erhalten, d. h. es war unmöglich ihre Eigenschaften zu messen.

Bei dieser Ausführungsform umfasst Me[tief]2O[tief]3, d.h. ein Lanthanidoxid, La[tief]2O[tief]3, CeO[tief]2, Sm[tief]2O[tief]3, DY[tief]2O[tief]3, HO[tief]2O[tief]3 und Pr[tief]2O[tief]3. Es wurde jedoch festgestellt, dass, wenn Me[tief]2O[tief]3 ein anderes Lanthanidenoxid als eines der vorstehend erwähnten Oxide ist, die gleichen Ergebnisse erhalten werden können, wie sie vorstehend beschrieben sind.

Wie im einzelnen beschreiben, wird bei der Zusammensetzung, die durch Va(Zr [tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2, in der Zn durch Ni und/oder Co substituiert ist, und die weiterhin ein Lanthanidenoxid enthält, eine dielektrische keramische Zusammensetzung für den Hochfrequenzbereich erhalten, die eine hohe dielektrische Konstante besitzt und einen hohen Q-Wert aufgrund der Zugabe von Lanthanidenoxid aufweist. Wenn die für die Substitution verwendete Menge von Ni und/oder Co in geeigneter Weise ausgewählt wird, kann der Temperaturkoeffizient bei Resonanzfrequenz selektiv entweder auf der positiven oder der negativen Seite von 0 ppm/°C gewählt werden.

Die erfindungsgemäße dielektrische keramische Zusammensetzung kann daher in wirksamer Weise bei einem dielektrischen Resonator, einem dielektrischen Regulierstab sowie einem dielektrischen Substrat für MIC usw. verwendet werden.

Weiterhin ist festgestellt worden, dass die Zusammensetzung, die durch (Ba[tief]1-xSr[tief]x) (Zr[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3x/2 oder Ba(Sn[tief]xZn[tief]yTa[tief]z)O[tief]7/2-x/2-3y/2 wiedergegeben wird, eine Wirkung entfaltet, die der der erfindungsgemäßen Zusammensetzung analog ist.

Obgleich die Erfindung im einzelnen anhand eines speziellen Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, liegt es für einen Fachmann auf der Hand, dass zahlreiche Änderungen und Abweichungen durchgeführt werden können, ohne dass dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Leerseite

Claims

1. Dielektrische keramische Zusammensetzung für den Hochfrequenzbereich, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus BaO, ZrO [tief]2, ZnO und Ta[tief]2O[tief]5 besteht und die Formel besitzt, worin 0,02 kleiner oder gleich x kleiner oder gleich 0,13, 0,28 kleiner oder gleich y kleiner oder gleich 0,33 und 0,59 kleiner oder gleich z kleiner oder gleich 0,65 sowie x + y + z = 1 ist und höchstens 70 Atom-% Zn durch Ni und/oder Co substituiert sind.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem 0,1 bis 10,0 Mol-% wenigstens eines Lanthanidenoxids mit der Formel Me[tief]2O[tief]3 enthält.