JP2001072462A - アルミナ磁器組成物 - Google Patents
アルミナ磁器組成物Info
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- JP2001072462A JP2001072462A JP31489599A JP31489599A JP2001072462A JP 2001072462 A JP2001072462 A JP 2001072462A JP 31489599 A JP31489599 A JP 31489599A JP 31489599 A JP31489599 A JP 31489599A JP 2001072462 A JP2001072462 A JP 2001072462A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 汎用の低純度アルミナ原料を用いて低損失
(高Q値)で、焼結性及び生産性を向上させたアルミナ
磁器組成物を提供すること。 【解決手段】 Mgの含有量がMgO換算で10wt%
以下、好ましくは0.2wt%未満で、且つTiの含有
量がTiO2換算で0.2wt%以上、好ましくは0.
5wt%以上で10wt%以下、残部がAl2O3およ
び不可避不純物からなるアルミナ磁器組成物である。ま
た、このとき組織の一部にAl2TiO5相を有してお
り、このAl2TiO5相は粒界に析出し、不可避的不
純物からなる他の粒界相の一部を内包しているアルミナ
磁器組成物である。
(高Q値)で、焼結性及び生産性を向上させたアルミナ
磁器組成物を提供すること。 【解決手段】 Mgの含有量がMgO換算で10wt%
以下、好ましくは0.2wt%未満で、且つTiの含有
量がTiO2換算で0.2wt%以上、好ましくは0.
5wt%以上で10wt%以下、残部がAl2O3およ
び不可避不純物からなるアルミナ磁器組成物である。ま
た、このとき組織の一部にAl2TiO5相を有してお
り、このAl2TiO5相は粒界に析出し、不可避的不
純物からなる他の粒界相の一部を内包しているアルミナ
磁器組成物である。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルミナ磁器組成物
に関し、より詳しくはラジオ周波数(RF)帯域やマイ
クロ波帯域などの高周波帯域において高Q値を有するア
ルミナ磁器組成物に関する。
に関し、より詳しくはラジオ周波数(RF)帯域やマイ
クロ波帯域などの高周波帯域において高Q値を有するア
ルミナ磁器組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】高周波帯域で用いられる回路基板やマイ
クロ波通信装置用部品では、伝送損失低減のため誘電損
失の小さなアルミナ磁器組成物が求められている。本来
アルミナ純度99.999%程度の所謂高純度アルミナ
原料は誘電損失の小さい材料である。しかしこれを前記
マイクロ波通信装置用部品等のアルミナ磁器組成物とし
て用いるには、焼結温度が1600℃と高温となり不都
合な問題が生じる。例えば1500℃を越える燒結温度
になるとより高機能の焼結炉が必要となり生産上、また
コスト的に好ましくない。また、原料自体の価格も高価
となり、昨今の高性能で小型且つ安価であることが強く
求められるマイクロ波通信装置用部品等には到底採用で
きない。
クロ波通信装置用部品では、伝送損失低減のため誘電損
失の小さなアルミナ磁器組成物が求められている。本来
アルミナ純度99.999%程度の所謂高純度アルミナ
原料は誘電損失の小さい材料である。しかしこれを前記
マイクロ波通信装置用部品等のアルミナ磁器組成物とし
て用いるには、焼結温度が1600℃と高温となり不都
合な問題が生じる。例えば1500℃を越える燒結温度
になるとより高機能の焼結炉が必要となり生産上、また
コスト的に好ましくない。また、原料自体の価格も高価
となり、昨今の高性能で小型且つ安価であることが強く
求められるマイクロ波通信装置用部品等には到底採用で
きない。
【0003】そこで、前記マイクロ波通信装置用部品等
には、アルミナ純度99.8%程度の安価な所謂汎用ア
ルミナ原料に、MgOあるいはTiO2をそれぞれ単独
で微量添加して焼結温度を1400〜1500℃に下
げ、燒結性を向上させたアルミナ磁器組成物は一般的に
用いられている。MgO等の添加は焼結温度を下げるの
には効果を示すが、誘電損失の増大を招く要因となる。
その結果、このようなアルミナ磁器組成物は、高純度ア
ルミナ原料を用いたものと比較し誘電損失が著しく大き
く、実用に供するQ値を得られないという問題がある。
には、アルミナ純度99.8%程度の安価な所謂汎用ア
ルミナ原料に、MgOあるいはTiO2をそれぞれ単独
で微量添加して焼結温度を1400〜1500℃に下
げ、燒結性を向上させたアルミナ磁器組成物は一般的に
用いられている。MgO等の添加は焼結温度を下げるの
には効果を示すが、誘電損失の増大を招く要因となる。
その結果、このようなアルミナ磁器組成物は、高純度ア
ルミナ原料を用いたものと比較し誘電損失が著しく大き
く、実用に供するQ値を得られないという問題がある。
【0004】一方、従来、誘電損失を低下させQ値を高
めるアルミナ磁器組成物として、例えば特開平4−35
6922号公報には、アルカリ金属(Na2 O、K2
O)の総含有量を150ppm以下に規制することによ
り、アルミナ磁器組成物の誘電損失(tanδ)を1×
10−4〜1×10−3、すなわちQ値を1000〜1
0000とすることが出来ると記載されている。
めるアルミナ磁器組成物として、例えば特開平4−35
6922号公報には、アルカリ金属(Na2 O、K2
O)の総含有量を150ppm以下に規制することによ
り、アルミナ磁器組成物の誘電損失(tanδ)を1×
10−4〜1×10−3、すなわちQ値を1000〜1
0000とすることが出来ると記載されている。
【0005】さらに、特開平8−59338号公報に開
示されたアルミナ磁器組成物によれば、同じくNa
2O、K2O換算のアルカリ金属の総含有量を100p
pm以下にすると共に、Mgの含有量をMgO換算で1
00ppm以下もしくは1000〜50000ppmと
特定範囲内に規制することによってQ値を10000以
上にすることが出来ると記載されている。
示されたアルミナ磁器組成物によれば、同じくNa
2O、K2O換算のアルカリ金属の総含有量を100p
pm以下にすると共に、Mgの含有量をMgO換算で1
00ppm以下もしくは1000〜50000ppmと
特定範囲内に規制することによってQ値を10000以
上にすることが出来ると記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
特開平4−356922号公報に記載されたアルミナ磁
器組成物にしても、後者の特開平8−59338号公報
に記載されたアルミナ磁器組成物にしても、比較的高い
Q値を得ることを目的としており、いずれも先ずアルカ
リ金属(Na2O、K2O)の総含有量を100〜15
0ppm以下という極微量に規制することを必要として
いる。そのためには最初から高価な高純度アルミナ原料
を採用するか、また或いは汎用アルミナ原料を用いたと
しても前記アルカリ金属を厳密に除去する工程を余分に
設ける必要がある。よって、手間とコストがかかるとい
う問題がある。
特開平4−356922号公報に記載されたアルミナ磁
器組成物にしても、後者の特開平8−59338号公報
に記載されたアルミナ磁器組成物にしても、比較的高い
Q値を得ることを目的としており、いずれも先ずアルカ
リ金属(Na2O、K2O)の総含有量を100〜15
0ppm以下という極微量に規制することを必要として
いる。そのためには最初から高価な高純度アルミナ原料
を採用するか、また或いは汎用アルミナ原料を用いたと
しても前記アルカリ金属を厳密に除去する工程を余分に
設ける必要がある。よって、手間とコストがかかるとい
う問題がある。
【0007】従来、アルミナ磁器組成物における誘電損
失の増加には、アルミナ磁器組成物の粒界相及びアルミ
ナ結晶中の不純物の固溶量が関与寄与していると考えら
れ、低損失のアルミナ磁器組成物を得る為には前記粒界
相の生成を極力さけるように、また不純物の固溶を避け
るようにその生成原因となるアルカリ金属(Na2O、
K2O)等の不純物の総量を規制した高純度のアルミナ
原料を用いることが一般的となっている。そのため、上
述のようにアルミナ磁器組成物の生産性や焼結性を損な
うという問題があり、結局、従来の低純度アルミナ原料
を用いながら低損失(高Q値)と低温度焼結性を兼ね備
えたアルミナ磁器組成物は無いのが実状であった。
失の増加には、アルミナ磁器組成物の粒界相及びアルミ
ナ結晶中の不純物の固溶量が関与寄与していると考えら
れ、低損失のアルミナ磁器組成物を得る為には前記粒界
相の生成を極力さけるように、また不純物の固溶を避け
るようにその生成原因となるアルカリ金属(Na2O、
K2O)等の不純物の総量を規制した高純度のアルミナ
原料を用いることが一般的となっている。そのため、上
述のようにアルミナ磁器組成物の生産性や焼結性を損な
うという問題があり、結局、従来の低純度アルミナ原料
を用いながら低損失(高Q値)と低温度焼結性を兼ね備
えたアルミナ磁器組成物は無いのが実状であった。
【0008】そこで本発明は、高純度アルミナ原料を用
いることなく、汎用の低純度アルミナ原料を用いる場合
であっても低損失(高Q値)で、且つ焼結性及び生産性
を向上させることができるアルミナ磁器組成物を提供す
ることを目的とする。
いることなく、汎用の低純度アルミナ原料を用いる場合
であっても低損失(高Q値)で、且つ焼結性及び生産性
を向上させることができるアルミナ磁器組成物を提供す
ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、Mgの含
有量がMgO換算で10wt%以下で、且つTiの含有
量がTiO2換算で0.2wt%以上10wt%以下、
残部がAl2O3相および不可避不純物からなるアルミ
ナ磁器組成物である。
有量がMgO換算で10wt%以下で、且つTiの含有
量がTiO2換算で0.2wt%以上10wt%以下、
残部がAl2O3相および不可避不純物からなるアルミ
ナ磁器組成物である。
【0010】第1の発明において、Mgの含有量がMg
O換算で0.2wt%以下であるときに特に好ましい効
果が現れ、さらに0.05wt%前後の含有量のときに
最も効果的である。また同時に添加するTiの含有量
は、好ましくはTiO2換算で0.5wt%以上10w
t%以下であり、さらに好ましくは0.75wt%以上
5wt%以下である。これらの範囲内でMgとTiのバ
ランスをとり複合添加するものである。また、このと
き、このアルミナ磁器組成物の組織の一部にAl2Ti
O5相を有するのが好ましい。
O換算で0.2wt%以下であるときに特に好ましい効
果が現れ、さらに0.05wt%前後の含有量のときに
最も効果的である。また同時に添加するTiの含有量
は、好ましくはTiO2換算で0.5wt%以上10w
t%以下であり、さらに好ましくは0.75wt%以上
5wt%以下である。これらの範囲内でMgとTiのバ
ランスをとり複合添加するものである。また、このと
き、このアルミナ磁器組成物の組織の一部にAl2Ti
O5相を有するのが好ましい。
【0011】第2の発明は、Al2O3を主相とし、組
織の一部にAl2TiO5相を有するアルミナ磁器組成
物であって、X線回折パターンにて同定されるAl2O
3相の(113)面回折強度I(Al)とAl2TiO
5相の(110)面回折強度I(AT)との比Xが、X
=0.2〜15%(ただしX=I(AT)/I(Al)
×100(%)の範囲としたアルミナ磁器組成物であ
る。
織の一部にAl2TiO5相を有するアルミナ磁器組成
物であって、X線回折パターンにて同定されるAl2O
3相の(113)面回折強度I(Al)とAl2TiO
5相の(110)面回折強度I(AT)との比Xが、X
=0.2〜15%(ただしX=I(AT)/I(Al)
×100(%)の範囲としたアルミナ磁器組成物であ
る。
【0012】これら第1及び第2の発明のアルミナ磁器
組成物においては、Al2TiO5相が粒界に析出して
いることが良く、さらにこのときAl2TiO5相が不
可避的不純物からなる粒界相の少なくとも一部を内包し
ていることが望ましい。
組成物においては、Al2TiO5相が粒界に析出して
いることが良く、さらにこのときAl2TiO5相が不
可避的不純物からなる粒界相の少なくとも一部を内包し
ていることが望ましい。
【0013】第3の発明は、Al2O3を主成分としM
g、Ti、不可避不純物を有するアルミナ磁器組成物で
あって、該アルミナ磁器組成物のAl2O3相のa軸格
子定数と粉末X線回折図形標準データ集(JCPDSカ
ード No.46―1212)のAl2O3のa軸格子
定数標準値との差Δaの値が、―0.003≦Δa<0
(単位:オングストローム)としたアルミナ磁器組成物
である。
g、Ti、不可避不純物を有するアルミナ磁器組成物で
あって、該アルミナ磁器組成物のAl2O3相のa軸格
子定数と粉末X線回折図形標準データ集(JCPDSカ
ード No.46―1212)のAl2O3のa軸格子
定数標準値との差Δaの値が、―0.003≦Δa<0
(単位:オングストローム)としたアルミナ磁器組成物
である。
【0014】そして上記した第1乃至第3の発明におい
て、測定周波数10GHzにおけるQ値が少なくとも8
50以上、通常で1000以上を有し、ほぼ850〜3
800程度のQ値を持ったアルミナ磁器組成物を得るこ
とが出来る。
て、測定周波数10GHzにおけるQ値が少なくとも8
50以上、通常で1000以上を有し、ほぼ850〜3
800程度のQ値を持ったアルミナ磁器組成物を得るこ
とが出来る。
【0015】本発明者は、アルミナ磁器組成物の誘電特
性に関し種々の不純物、添加物についてその影響を調査
したところ、先ずアルミナの焼結性を向上させるために
添加されるMgの含有量が一定の範囲内にある場合にQ
値が著しく減少することを知見した。すなわち、Mgの
含有量がMgO換算で0.2wt%以下であるとアルミ
ナ磁器組成物のQ値が小さくなり、特に0.05wt%
付近の場合にアルミナ磁器組成物のQ値は激減すること
を知見したものである。しかしながら、前記Mgの含有
量がMgO換算で0.2wt%以下例えば0.05wt
%であっても、TiをTiO2換算で0.2wt%以上
10wt%以下含有することによって激減したアルミナ
磁器組成物のQ値が改善されることを見出したことから
本発明が想到された。言い換えれば上記した従来例で
は、アルカリ金属とMgOの含有量を特定範囲に規定す
ることによって誘電損失の低下を抑制し高Q値を得てい
たのに対し、本発明ではMgとTiを所定範囲で複合添
加することによって低純度アルミナ原料でありながらQ
値の改善効果を発揮せるものである。
性に関し種々の不純物、添加物についてその影響を調査
したところ、先ずアルミナの焼結性を向上させるために
添加されるMgの含有量が一定の範囲内にある場合にQ
値が著しく減少することを知見した。すなわち、Mgの
含有量がMgO換算で0.2wt%以下であるとアルミ
ナ磁器組成物のQ値が小さくなり、特に0.05wt%
付近の場合にアルミナ磁器組成物のQ値は激減すること
を知見したものである。しかしながら、前記Mgの含有
量がMgO換算で0.2wt%以下例えば0.05wt
%であっても、TiをTiO2換算で0.2wt%以上
10wt%以下含有することによって激減したアルミナ
磁器組成物のQ値が改善されることを見出したことから
本発明が想到された。言い換えれば上記した従来例で
は、アルカリ金属とMgOの含有量を特定範囲に規定す
ることによって誘電損失の低下を抑制し高Q値を得てい
たのに対し、本発明ではMgとTiを所定範囲で複合添
加することによって低純度アルミナ原料でありながらQ
値の改善効果を発揮せるものである。
【0016】即ち、低純度アルミナ原料において焼結温
度を抑制し焼結性を向上させるためにMgの添加は有効
なものであるが、含有量(以下MgO換算とする。)を
10wt%を越えてもその効果はなく、他方でQ値の減
少が生じるので10wt%以下とする必要がある。しか
し10wt%以下でも0.2wt%〜0.01wt%の
範囲では誘電損失が増大しQ値が激減する範囲であるこ
とから、この減少を食い止め逆に向上させる媒体として
Tiを複合添加してやることが有効なのである。ここで
含有量(以下TiO2換算とする。)は0.2wt%未
満では焼結性の向上が期待できず、0.2wt%以上で
特に0.5wt%以上となると急速にQ値は改善され
る、それ以上増加してもQ値の改善効果は保たれたまま
であるが10wt%を越えるとQ値は低下し始めその効
果は見られなくなる。MgとTiを複合的に添加したこ
との作用については明らかではないが、MgOとTiO
2は焼結性を向上させながら、Al2TiO5の生成を
助けアルミナ結晶内への不純物の固溶を抑制する働きが
あり、その結果Q値の改善に寄与しているものと考えて
いる。
度を抑制し焼結性を向上させるためにMgの添加は有効
なものであるが、含有量(以下MgO換算とする。)を
10wt%を越えてもその効果はなく、他方でQ値の減
少が生じるので10wt%以下とする必要がある。しか
し10wt%以下でも0.2wt%〜0.01wt%の
範囲では誘電損失が増大しQ値が激減する範囲であるこ
とから、この減少を食い止め逆に向上させる媒体として
Tiを複合添加してやることが有効なのである。ここで
含有量(以下TiO2換算とする。)は0.2wt%未
満では焼結性の向上が期待できず、0.2wt%以上で
特に0.5wt%以上となると急速にQ値は改善され
る、それ以上増加してもQ値の改善効果は保たれたまま
であるが10wt%を越えるとQ値は低下し始めその効
果は見られなくなる。MgとTiを複合的に添加したこ
との作用については明らかではないが、MgOとTiO
2は焼結性を向上させながら、Al2TiO5の生成を
助けアルミナ結晶内への不純物の固溶を抑制する働きが
あり、その結果Q値の改善に寄与しているものと考えて
いる。
【0017】つまり、本発明のアルミナ磁器組成物にお
いては、その組織の一部にAl2TiO5が生成してい
ることが一つの特徴である。通常、粒界相の生成は避け
るべきであるが、Al2TiO5相が粒界相に形成され
ることにより、例えばZrO 2等の不可避不純物を包囲
あるいは包含する作用を発揮し、これによって粒界に閉
じこめられた不純物がアルミナ結晶内へ固溶することが
阻止され誘電損失の増加が抑制される。つまり不純物が
アルミナ結晶内へ固溶すると損失が増加しQ値が低下す
るのであるがこれを阻止することができる。また、同時
に粒成長が促進され、気孔が減少して緻密な焼結体とな
る。また気孔の減少は誘電率を向上させる結果となり好
ましい。以上のことよりAl2TiO5相の生成によっ
てQ値の改善と燒結性の向上を同時に促進させることが
できる。
いては、その組織の一部にAl2TiO5が生成してい
ることが一つの特徴である。通常、粒界相の生成は避け
るべきであるが、Al2TiO5相が粒界相に形成され
ることにより、例えばZrO 2等の不可避不純物を包囲
あるいは包含する作用を発揮し、これによって粒界に閉
じこめられた不純物がアルミナ結晶内へ固溶することが
阻止され誘電損失の増加が抑制される。つまり不純物が
アルミナ結晶内へ固溶すると損失が増加しQ値が低下す
るのであるがこれを阻止することができる。また、同時
に粒成長が促進され、気孔が減少して緻密な焼結体とな
る。また気孔の減少は誘電率を向上させる結果となり好
ましい。以上のことよりAl2TiO5相の生成によっ
てQ値の改善と燒結性の向上を同時に促進させることが
できる。
【0018】次に第2の発明によれば、Al2O3相の
(113)面回折強度I(Al)とAl2TiO5相の
(110)面回折強度I(AT)との比、X=I(A
T)/I(Al)×100は0.2〜15%である。面
回折強度の比は、相対的なAl 2O3結晶とAl2Ti
O5結晶の存在量を表しているが、Al2O3結晶に対
しAl2TiO5結晶が適度に存在することが面回折強
度の点からも好ましいのである。すなわち、Xが0.2
より小さいと燒結性に劣りQ値の改善効果が認められ
ず、15より大きくなるとQ値は劣化しやすい。
(113)面回折強度I(Al)とAl2TiO5相の
(110)面回折強度I(AT)との比、X=I(A
T)/I(Al)×100は0.2〜15%である。面
回折強度の比は、相対的なAl 2O3結晶とAl2Ti
O5結晶の存在量を表しているが、Al2O3結晶に対
しAl2TiO5結晶が適度に存在することが面回折強
度の点からも好ましいのである。すなわち、Xが0.2
より小さいと燒結性に劣りQ値の改善効果が認められ
ず、15より大きくなるとQ値は劣化しやすい。
【0019】次に第3の発明によれば、Al2O3相の
a軸格子定数とAl2O3のa軸格子定数標準値との差
Δa(Å)の値が、―0.003≦Δa<0とした。こ
れは結晶構造と歪みに関与しているが、Mgや不純物の
一部はAl2O3結晶中に固溶すると、結晶が歪みその
格子定数が変化すると考えられる。その結果Q値が劣化
するもので、標準値との差が―0.003より小さい場
合、またあるいは0以上であると850以上のQ値が得
られないのである。
a軸格子定数とAl2O3のa軸格子定数標準値との差
Δa(Å)の値が、―0.003≦Δa<0とした。こ
れは結晶構造と歪みに関与しているが、Mgや不純物の
一部はAl2O3結晶中に固溶すると、結晶が歪みその
格子定数が変化すると考えられる。その結果Q値が劣化
するもので、標準値との差が―0.003より小さい場
合、またあるいは0以上であると850以上のQ値が得
られないのである。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明のアルミナ磁器組成物は、
例えばアルミナ純度99.9%以下の低純度アルミナ原
料粉末にMgO粉末及びTiO2粉末をそれぞれ、Mg
O換算で10wt%以下、TiO2換算で0.2wt%
以上10wt%以下添加し、純水と、イットリアによっ
て安定化されたジルコニアボールでボールミルにより粉
砕混合する。混合後のスラリーをスプレードライヤーに
より乾燥させ、解砕し、造粒した。この造粒粉末を金型
プレスで成形し、その後大気中にて、1400〜150
0℃で0.5〜4時間焼成することにより、得られる。
なお、粉砕混合後に、仮焼し、再度粉砕混合してもよ
い。
例えばアルミナ純度99.9%以下の低純度アルミナ原
料粉末にMgO粉末及びTiO2粉末をそれぞれ、Mg
O換算で10wt%以下、TiO2換算で0.2wt%
以上10wt%以下添加し、純水と、イットリアによっ
て安定化されたジルコニアボールでボールミルにより粉
砕混合する。混合後のスラリーをスプレードライヤーに
より乾燥させ、解砕し、造粒した。この造粒粉末を金型
プレスで成形し、その後大気中にて、1400〜150
0℃で0.5〜4時間焼成することにより、得られる。
なお、粉砕混合後に、仮焼し、再度粉砕混合してもよ
い。
【0021】本発明のアルミナ磁器組成物では、高純度
アルミナ原料を用いなくてもよく、アルミナ純度が9
9.99%より低く、例えば99.9%程度、さらには
それ以下の99.8%以下の汎用アルミナ原料を用いて
も10GHzで850以上のQ値が得られ、かつ焼結温
度が下がり汎用の焼結炉を使用して生産性を向上させる
ことが可能である。
アルミナ原料を用いなくてもよく、アルミナ純度が9
9.99%より低く、例えば99.9%程度、さらには
それ以下の99.8%以下の汎用アルミナ原料を用いて
も10GHzで850以上のQ値が得られ、かつ焼結温
度が下がり汎用の焼結炉を使用して生産性を向上させる
ことが可能である。
【0022】本発明のアルミナ磁器組成物で、Mg含有
量をMgO換算で10wt%以下としたのは、10wt
%より多くなると、Q値が850より小さくなるからで
ある。また、Ti含有量がTiO2換算で0.2wt%
以上、10wt%以下含有するようにしたのは、0.2
wt%より少ないと焼結性が劣化し、Mg存在下でのQ
値の改善効果が見られず、10wt%より多くなるとM
g存在下でのQ値改善の効果が小さくなる為である。す
なわち、MgとTiの含有量を上記範囲内で複合添加と
することで、高Q値が得られるとともにアルミナ磁器組
成物の焼結性を向上させることができるのである。
量をMgO換算で10wt%以下としたのは、10wt
%より多くなると、Q値が850より小さくなるからで
ある。また、Ti含有量がTiO2換算で0.2wt%
以上、10wt%以下含有するようにしたのは、0.2
wt%より少ないと焼結性が劣化し、Mg存在下でのQ
値の改善効果が見られず、10wt%より多くなるとM
g存在下でのQ値改善の効果が小さくなる為である。す
なわち、MgとTiの含有量を上記範囲内で複合添加と
することで、高Q値が得られるとともにアルミナ磁器組
成物の焼結性を向上させることができるのである。
【0023】本発明のアルミナ磁器組成物は、不純物を
極力含まないことが望ましいが、製造上の不可避不純物
の混入は避けられず、例えば、Zr,Y,Na,Fe,
Si,Ca,Ga,Cr等の不純物成分を含有していて
もよく、その含有量は酸化物換算で、それぞれZr:2
wt%以下、Y:0.2wt%以下、Na:0.2wt
%以下、Fe:0.05wt%以下、Si:0.02w
t%以下、Ca:0.02wt%以下、Ga:0.01
wt%以下、Cr:0.005wt%以下程度である。
これらの不純物が上記の含有量内であれば、Q値に与え
る影響は極めて小さい。
極力含まないことが望ましいが、製造上の不可避不純物
の混入は避けられず、例えば、Zr,Y,Na,Fe,
Si,Ca,Ga,Cr等の不純物成分を含有していて
もよく、その含有量は酸化物換算で、それぞれZr:2
wt%以下、Y:0.2wt%以下、Na:0.2wt
%以下、Fe:0.05wt%以下、Si:0.02w
t%以下、Ca:0.02wt%以下、Ga:0.01
wt%以下、Cr:0.005wt%以下程度である。
これらの不純物が上記の含有量内であれば、Q値に与え
る影響は極めて小さい。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。先
ず、汎用の低純度アルミナ原料(純度99.5%、平均
粒径0.3μm)とMgO粉末(平均粒径0.1μ
m)、TiO2粉末(平均粒径0.3μm)を表1の組
成となるようにそれぞれ秤量し、この混合粉末をY2O
3安定化ZrO2ボール、純水、とともにポリポットに
投入し、20時間ボールミルにて粉砕混合した。混合後
のスラリーにポリビニルアルコールを1wt%加え、混
合撹拌した。このスラリーを90℃、大気中にてスプレ
ードライヤーにより乾燥し、造粒した。、この造粒粉末
を金型プレスで直径15mm、厚さ7.5mmに成形
し、その後大気中1400〜1600℃にて2時間焼結
した。出来上がった焼結体は試験用に直径10mm、厚
さ5mmに加工研磨して仕上げた。また、Q値はハッキ
・コールマン法にて測定した。そして一部試料について
CuKα線によるX線回折装置にて焼結体の結晶相を同
定するとともに、Al2O 3相の格子定数を測定した。
ず、汎用の低純度アルミナ原料(純度99.5%、平均
粒径0.3μm)とMgO粉末(平均粒径0.1μ
m)、TiO2粉末(平均粒径0.3μm)を表1の組
成となるようにそれぞれ秤量し、この混合粉末をY2O
3安定化ZrO2ボール、純水、とともにポリポットに
投入し、20時間ボールミルにて粉砕混合した。混合後
のスラリーにポリビニルアルコールを1wt%加え、混
合撹拌した。このスラリーを90℃、大気中にてスプレ
ードライヤーにより乾燥し、造粒した。、この造粒粉末
を金型プレスで直径15mm、厚さ7.5mmに成形
し、その後大気中1400〜1600℃にて2時間焼結
した。出来上がった焼結体は試験用に直径10mm、厚
さ5mmに加工研磨して仕上げた。また、Q値はハッキ
・コールマン法にて測定した。そして一部試料について
CuKα線によるX線回折装置にて焼結体の結晶相を同
定するとともに、Al2O 3相の格子定数を測定した。
【0025】また、予め前記汎用アルミナ原料について
組成分析し、不純物としてZr,Y,Fe,Si,C
a,Ga,Crを検出し、酸化物換算でそれぞれZrO
2:0.6wt%,Y2O3:0.2wt%,Fe2O
3:0.15wt%,SiO2:0.01wt%,Ca
O:0.01wt%,Ga2O3:0.0025wt
%,Cr2O3:0.001wt%含有していることを
確認した。
組成分析し、不純物としてZr,Y,Fe,Si,C
a,Ga,Crを検出し、酸化物換算でそれぞれZrO
2:0.6wt%,Y2O3:0.2wt%,Fe2O
3:0.15wt%,SiO2:0.01wt%,Ca
O:0.01wt%,Ga2O3:0.0025wt
%,Cr2O3:0.001wt%含有していることを
確認した。
【0026】表1にアルミナ磁器組成物のQ値、比誘電
率εr、焼結体密度及び焼結温度を評価した結果を示
す。また、一例としてMgOを0.05wt%含む試料
についてTiO2の含有量とQ値の関係を図5に、同じ
くTiO2の含有量と比誘電率の関係を図6に、同じく
TiO2の含有量と焼結体密度の関係を図7にそれぞれ
示す。尚、いずれも焼結温度は1400℃、1500
℃、1600℃の3種について行った結果を示してい
る。また、図8は原料に含まれるMgO量が及ぼすQ値
の影響を調べたものである。このように本例の低純度ア
ルミナ原料においてはMgOの含有量が0.01wt%
から0.2wt%の間でQ値が落ち込んでおり、特に
0.05wt%のときに極めてQ値が低減する特性を持
った原料であることがわかる。
率εr、焼結体密度及び焼結温度を評価した結果を示
す。また、一例としてMgOを0.05wt%含む試料
についてTiO2の含有量とQ値の関係を図5に、同じ
くTiO2の含有量と比誘電率の関係を図6に、同じく
TiO2の含有量と焼結体密度の関係を図7にそれぞれ
示す。尚、いずれも焼結温度は1400℃、1500
℃、1600℃の3種について行った結果を示してい
る。また、図8は原料に含まれるMgO量が及ぼすQ値
の影響を調べたものである。このように本例の低純度ア
ルミナ原料においてはMgOの含有量が0.01wt%
から0.2wt%の間でQ値が落ち込んでおり、特に
0.05wt%のときに極めてQ値が低減する特性を持
った原料であることがわかる。
【0027】
【表1】
【0028】さて、表1において試料はNo.1〜36
まで作製しており、試料No.の4〜15、20、2
1、23、24、26、27、30〜35は本発明に係
る実施例であり実施例Noを順次列記した。一方、試料
No.の1〜3、16〜19、22、25、28、2
9、36は比較例であり比較例Noを列記した。表1及
び図5よりこのアルミナ磁器組成物において、MgOが
10wt%以下で、かつTiをTiO2換算で0.2w
t%以上10wt%以下含有すれば850以上のQ値が
得られることがわかる。アルミナは、MgOが0.05
wt%のときQ値が激減するのであるが、試料No1〜
No16より、TiO2の含有量が増えるほどQ値は増
加し0.75wt%で最大値を示している。また、焼結
温度が高いほどQ値と比誘電率及び焼結体密度と共に増
加するが、1500℃以下で実用上問題ないQ値が得ら
れている。TiO2の含有量の効果はその後も継続され
るが10wt%を越えるとQ値は減少する傾向を示す。
MgとTiは複合添加することで効果を示すが添加量の
バランスによってQ値も変動する。しかし概ねTiが無
添加の場合の4〜10倍程度のQ値が得られ、比誘電率
(εr)もほぼ一定の値となることが確認された。一
方、MgOは含有されているがTiO2を含有しない試
料No19、22、25、29や10wt%超の試料N
o16や36ではQ値が850未満と小さく、この場合
は1500℃の焼結では十分なQ値が得られない。また
MgOのみ含有した試料No1〜3他においても十分な
Q値が得られなかった。
まで作製しており、試料No.の4〜15、20、2
1、23、24、26、27、30〜35は本発明に係
る実施例であり実施例Noを順次列記した。一方、試料
No.の1〜3、16〜19、22、25、28、2
9、36は比較例であり比較例Noを列記した。表1及
び図5よりこのアルミナ磁器組成物において、MgOが
10wt%以下で、かつTiをTiO2換算で0.2w
t%以上10wt%以下含有すれば850以上のQ値が
得られることがわかる。アルミナは、MgOが0.05
wt%のときQ値が激減するのであるが、試料No1〜
No16より、TiO2の含有量が増えるほどQ値は増
加し0.75wt%で最大値を示している。また、焼結
温度が高いほどQ値と比誘電率及び焼結体密度と共に増
加するが、1500℃以下で実用上問題ないQ値が得ら
れている。TiO2の含有量の効果はその後も継続され
るが10wt%を越えるとQ値は減少する傾向を示す。
MgとTiは複合添加することで効果を示すが添加量の
バランスによってQ値も変動する。しかし概ねTiが無
添加の場合の4〜10倍程度のQ値が得られ、比誘電率
(εr)もほぼ一定の値となることが確認された。一
方、MgOは含有されているがTiO2を含有しない試
料No19、22、25、29や10wt%超の試料N
o16や36ではQ値が850未満と小さく、この場合
は1500℃の焼結では十分なQ値が得られない。また
MgOのみ含有した試料No1〜3他においても十分な
Q値が得られなかった。
【0029】次に、表1の試料の一部についてX線回折
測定を行った。表2にX線回折測定(CuKα線)によ
るアルミナ磁器組成物のX線回折結果を示す。また図1
にはTiO2を0.75wt%含有した試料No10(実
施例7)の顕微鏡写真と、図2にはTiO2を含まない
試料No2.(比較例2)の顕微鏡写真を示す。尚、図
1及び図2はどちらも代表的な研磨面を走査型電子顕微
鏡装置(SEM)により5000倍で撮影したものであ
る。またX線回折結果から図1及び図2において、黒く
認識される領域はAl2O3相、白く認識される領域は
ZrO2、前記二つの領域の中間の色調で認識される領
域はAl2TiO5相であると同定した。尚、図の写真
では認識しずらいので図1に相当する模式図を図3に、
同じく図2に相当する模式図を図4に示す。そして理解
しやすくするためにアルミナ結晶粒界を一部点線で追加
している。
測定を行った。表2にX線回折測定(CuKα線)によ
るアルミナ磁器組成物のX線回折結果を示す。また図1
にはTiO2を0.75wt%含有した試料No10(実
施例7)の顕微鏡写真と、図2にはTiO2を含まない
試料No2.(比較例2)の顕微鏡写真を示す。尚、図
1及び図2はどちらも代表的な研磨面を走査型電子顕微
鏡装置(SEM)により5000倍で撮影したものであ
る。またX線回折結果から図1及び図2において、黒く
認識される領域はAl2O3相、白く認識される領域は
ZrO2、前記二つの領域の中間の色調で認識される領
域はAl2TiO5相であると同定した。尚、図の写真
では認識しずらいので図1に相当する模式図を図3に、
同じく図2に相当する模式図を図4に示す。そして理解
しやすくするためにアルミナ結晶粒界を一部点線で追加
している。
【0030】
【表2】
【0031】X線回折測定の結果、TiO2を0.75
wt%以上含有すると、結晶粒界にAl2TiO5相が
明確に現れることが判明した。尚、0.75wt%未満
でもAl2TiO5相は生成されていると考えるが0.
5wt%より少ないものでは装置の精度上不明確であっ
た。またTiO2を含まない試料では図4に示す様に、
不純物であるZrO2等5が主相であるAl2O3相1
の成長を妨げる様に分散して析出している。一方、Ti
O2を0.75wt%含有した試料(実施例7)では図
3に示すように、アルミナ磁器組成物の組織中にAl2
TiO5相2が現れ、このAl2TiO5相2は主相で
あるAl2O3相1の結晶粒界4(点線で示す)、に沿
った粒界の三重点に不純物を取り込む様に析出してい
る。即ち、ここではZrO等からなる不純物相3の周囲
を包囲してAl2TiO5相2が生成している。これに
よって不純物がアルミナの主相内に固溶しないようにで
き誘電損失を抑制しQ値を高めることが出来る。また図
3試料の破面観察からAl2O3相の平均粒径は約4μ
mであって、TiO2を含まない図4試料の約3倍とな
り粒成長が促進され焼結温度が低くても緻密な組織が得
られることが確認されており、Al2TiO5による焼
結性向上の効果が見られた。そして、表1、表2よりX
=0.2〜15%の範囲であれば850以上のQ値が得
られることがわかる。
wt%以上含有すると、結晶粒界にAl2TiO5相が
明確に現れることが判明した。尚、0.75wt%未満
でもAl2TiO5相は生成されていると考えるが0.
5wt%より少ないものでは装置の精度上不明確であっ
た。またTiO2を含まない試料では図4に示す様に、
不純物であるZrO2等5が主相であるAl2O3相1
の成長を妨げる様に分散して析出している。一方、Ti
O2を0.75wt%含有した試料(実施例7)では図
3に示すように、アルミナ磁器組成物の組織中にAl2
TiO5相2が現れ、このAl2TiO5相2は主相で
あるAl2O3相1の結晶粒界4(点線で示す)、に沿
った粒界の三重点に不純物を取り込む様に析出してい
る。即ち、ここではZrO等からなる不純物相3の周囲
を包囲してAl2TiO5相2が生成している。これに
よって不純物がアルミナの主相内に固溶しないようにで
き誘電損失を抑制しQ値を高めることが出来る。また図
3試料の破面観察からAl2O3相の平均粒径は約4μ
mであって、TiO2を含まない図4試料の約3倍とな
り粒成長が促進され焼結温度が低くても緻密な組織が得
られることが確認されており、Al2TiO5による焼
結性向上の効果が見られた。そして、表1、表2よりX
=0.2〜15%の範囲であれば850以上のQ値が得
られることがわかる。
【0032】次に、表3に上記実施例のアルミナ磁器組
成物のAl2O3相の格子定数測定結果を示す。
成物のAl2O3相の格子定数測定結果を示す。
【0033】
【表3】
【0034】格子定数測定の結果、TiO2を含まない
試料のAl2O3相の格子定数は、a軸およびc軸とも
に標準値よりかなり小さくなっており、したがって格子
歪が大きく生じている。この格子歪はAl2O3に固溶
したMgO等の不純物によるものと考えられるが、Ti
O2を含有することにより格子定数が標準値に近くなり
格子歪は解消されQ値も増加することがわかった。a軸
についてこれを規定すると、―0.003≦Δa<0
(オングストローム)の範囲にあれば良く、表1、表3
よりΔaが―0.003より小さいと850以上のQ値
が得られなくなる。
試料のAl2O3相の格子定数は、a軸およびc軸とも
に標準値よりかなり小さくなっており、したがって格子
歪が大きく生じている。この格子歪はAl2O3に固溶
したMgO等の不純物によるものと考えられるが、Ti
O2を含有することにより格子定数が標準値に近くなり
格子歪は解消されQ値も増加することがわかった。a軸
についてこれを規定すると、―0.003≦Δa<0
(オングストローム)の範囲にあれば良く、表1、表3
よりΔaが―0.003より小さいと850以上のQ値
が得られなくなる。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明のアルミナ磁器組成
物によればでは、MgOとTiO2を所定範囲内で含有
することによって、汎用の低純度アルミナ原料を用いて
も850以上の高Q値を得ることが出来るとともに、焼
結性及び生産性を向上させることができる。また、Al
2O3相の(113)面回折強度I(Al)とAl2T
iO5相の(110)面回折強度I(AT)との比X
が、X=0.2〜15%にあるアルミナ磁器組成物にお
いては、Al2TiO5相が適度に析出していることに
よって不純物の固溶を阻止し誘電損失の増加を抑制しQ
値の改善に効果がある。また、さらにアルミナ磁器組成
物のAl2O3相のa軸格子定数と粉末X線回折図形標
準データ集のAl2O3のa軸格子定数標準値との差Δ
a(Å)が、―0.003≦Δa<0にあるアルミナ磁
器組成物においては、格子歪みが抑えられており誘電損
失の増加を抑制しQ値の改善に効果がある。以上によっ
て、低純度アルミナ原料を用いて焼結性及び生産性が向
上し安価で、かつ高いQ値を持ったアルミナ磁器組成物
を提供することが出来た。
物によればでは、MgOとTiO2を所定範囲内で含有
することによって、汎用の低純度アルミナ原料を用いて
も850以上の高Q値を得ることが出来るとともに、焼
結性及び生産性を向上させることができる。また、Al
2O3相の(113)面回折強度I(Al)とAl2T
iO5相の(110)面回折強度I(AT)との比X
が、X=0.2〜15%にあるアルミナ磁器組成物にお
いては、Al2TiO5相が適度に析出していることに
よって不純物の固溶を阻止し誘電損失の増加を抑制しQ
値の改善に効果がある。また、さらにアルミナ磁器組成
物のAl2O3相のa軸格子定数と粉末X線回折図形標
準データ集のAl2O3のa軸格子定数標準値との差Δ
a(Å)が、―0.003≦Δa<0にあるアルミナ磁
器組成物においては、格子歪みが抑えられており誘電損
失の増加を抑制しQ値の改善に効果がある。以上によっ
て、低純度アルミナ原料を用いて焼結性及び生産性が向
上し安価で、かつ高いQ値を持ったアルミナ磁器組成物
を提供することが出来た。
【図1】本発明に係るアルミナ磁器組成物のセラミック
材料組織写真の一例を示す図である。
材料組織写真の一例を示す図である。
【図2】本発明の比較例のアルミナ磁器組成物のセラミ
ック材料組織写真の一例を示す図である。
ック材料組織写真の一例を示す図である。
【図3】図1の組織写真の模式図を示す図である。
【図4】図2の組織写真の模式図を示す図である。
【図5】MgOを0.05wt%含む場合のTiO2の
含有量とQ値の関係を示す図である。
含有量とQ値の関係を示す図である。
【図6】MgOを0.05wt%含む場合のTiO2の
含有量と比誘電率の関係を示す図である。
含有量と比誘電率の関係を示す図である。
【図7】MgOを0.05wt%含む場合のTiO2の
含有量と焼結体密度の関係を示す図である。
含有量と焼結体密度の関係を示す図である。
【図8】実施例の試料原料に含まれるMgO量とQ値の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
1:Al2O3相 2:Al2TiO5相 3:不純物(ZrO)相 4:結晶粒界
【手続補正書】
【提出日】平成12年7月14日(2000.7.1
4)
4)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】第1の発明は、Mgの含有量がMgO換算
で10wt%以下で、且つTiの含有量がTiO2換算
で0.2wt%以上10wt%以下、残部がAl2O3
相および不可避不純物からなるアルミナ磁器組成物であ
る。ここで、Mgの含有量はMgO換算で8wt%以
下、さらに5wt%以下、さらには1wt%以下が望ま
しく、下限値側としては0.01wt%であり、望まし
くは0.02wt%、最も望ましくは0.05wt%で
ある。
で10wt%以下で、且つTiの含有量がTiO2換算
で0.2wt%以上10wt%以下、残部がAl2O3
相および不可避不純物からなるアルミナ磁器組成物であ
る。ここで、Mgの含有量はMgO換算で8wt%以
下、さらに5wt%以下、さらには1wt%以下が望ま
しく、下限値側としては0.01wt%であり、望まし
くは0.02wt%、最も望ましくは0.05wt%で
ある。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】
【発明の実施の形態】本発明のアルミナ磁器組成物は、
例えばアルミナ純度99.9%以下の低純度アルミナ原
料粉末にMgO粉末及びTiO2粉末をそれぞれ、Mg
O換算で10wt%以下、TiO2換算で0.2wt%
以上10wt%以下添加し、純水と、イットリアによっ
て安定化されたジルコニアボールでボールミルにより粉
砕混合する。混合後のスラリーをスプレードライヤーに
より乾燥させ、解砕し、造粒した。この造粒粉末を金型
プレスで成形し、その後大気中にて、1400〜160
0℃で0.5〜4時間焼成することにより得られる。な
お、粉砕混合後に、仮焼し、再度粉砕混合してもよい。
例えばアルミナ純度99.9%以下の低純度アルミナ原
料粉末にMgO粉末及びTiO2粉末をそれぞれ、Mg
O換算で10wt%以下、TiO2換算で0.2wt%
以上10wt%以下添加し、純水と、イットリアによっ
て安定化されたジルコニアボールでボールミルにより粉
砕混合する。混合後のスラリーをスプレードライヤーに
より乾燥させ、解砕し、造粒した。この造粒粉末を金型
プレスで成形し、その後大気中にて、1400〜160
0℃で0.5〜4時間焼成することにより得られる。な
お、粉砕混合後に、仮焼し、再度粉砕混合してもよい。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0025
【補正方法】変更
【補正内容】
【0025】本発明のアルミナ磁器組成物は、不純物を
極力含まないことが望ましいが、製造上の不可避不純物
の混入は避けられず、例えば、Zr,Y,Na,Fe,
Si,Ca,Ga,Cr等の不純物成分を含有していて
もよく、その含有量は酸化物換算で、それぞれZr:2
wt%以下、Y:0.2wt%以下、Na:0.2wt
%以下、Fe:0.05wt%以下、Si:0.02w
t%以下、Ca:0.02wt%以下、Ga:0.01
wt%以下、Cr:0.005wt%以下程度である。
本発明のアルミナ磁器組成物では、アルカリ金属の含有
量はおよそ0.02〜0.2wt%程度、好ましくは
0.02〜0.1wt%、さらに好ましくは0.04〜
0.1wt%程度含まれているものであるが、これらの
不純物が上記の含有量内であれば、Q値に与える影響は
極めて小さい。
極力含まないことが望ましいが、製造上の不可避不純物
の混入は避けられず、例えば、Zr,Y,Na,Fe,
Si,Ca,Ga,Cr等の不純物成分を含有していて
もよく、その含有量は酸化物換算で、それぞれZr:2
wt%以下、Y:0.2wt%以下、Na:0.2wt
%以下、Fe:0.05wt%以下、Si:0.02w
t%以下、Ca:0.02wt%以下、Ga:0.01
wt%以下、Cr:0.005wt%以下程度である。
本発明のアルミナ磁器組成物では、アルカリ金属の含有
量はおよそ0.02〜0.2wt%程度、好ましくは
0.02〜0.1wt%、さらに好ましくは0.04〜
0.1wt%程度含まれているものであるが、これらの
不純物が上記の含有量内であれば、Q値に与える影響は
極めて小さい。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0025
【補正方法】変更
【補正内容】
【0025】また、予め前記汎用アルミナ原料について
組成分析し、不純物としてアルカリ金属、Zr,Y,F
e,Si,Ca,Ga,Crを検出し、酸化物換算でそ
れぞれNa2O:0.05wt%,ZrO2:0.6w
t%,Y2O3:0.2wt%,Fe2O3:0.15
wt%,SiO2:0.01wt%,CaO:0.01
wt%,Ga2O3:0.0025wt%,Cr
2O3:0.001wt%含有していることを確認し
た。
組成分析し、不純物としてアルカリ金属、Zr,Y,F
e,Si,Ca,Ga,Crを検出し、酸化物換算でそ
れぞれNa2O:0.05wt%,ZrO2:0.6w
t%,Y2O3:0.2wt%,Fe2O3:0.15
wt%,SiO2:0.01wt%,CaO:0.01
wt%,Ga2O3:0.0025wt%,Cr
2O3:0.001wt%含有していることを確認し
た。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0026
【補正方法】変更
【補正内容】
【0026】表1にアルミナ磁器組成物のQ値、比誘電
率εr、焼結体密度及び焼結温度を評価した結果を示
す。また、一例としてMgOを0.05wt%含む試料
についてTiO2の含有量とQ値の関係を図5に、同じ
くTiO2の含有量と比誘電率の関係を図6に、同じく
TiO2の含有量と焼結体密度の関係を図7にそれぞれ
示す。尚、いずれも焼結温度は1400℃、1500
℃、1600℃の3種について行った結果を示してい
る。また、図8は原料に含まれるTiO2が1.00w
t%の場合のMgO量が及ぼすQ値の影響を調べたもの
である。このように本例の低純度アルミナ原料において
はMgOの含有量が0.01wt%から0.2wt%の
間でQ値が落ち込んでおり、特に0.05wt%のとき
に極めてQ値が低減する特性を持った原料であることが
わかる。
率εr、焼結体密度及び焼結温度を評価した結果を示
す。また、一例としてMgOを0.05wt%含む試料
についてTiO2の含有量とQ値の関係を図5に、同じ
くTiO2の含有量と比誘電率の関係を図6に、同じく
TiO2の含有量と焼結体密度の関係を図7にそれぞれ
示す。尚、いずれも焼結温度は1400℃、1500
℃、1600℃の3種について行った結果を示してい
る。また、図8は原料に含まれるTiO2が1.00w
t%の場合のMgO量が及ぼすQ値の影響を調べたもの
である。このように本例の低純度アルミナ原料において
はMgOの含有量が0.01wt%から0.2wt%の
間でQ値が落ち込んでおり、特に0.05wt%のとき
に極めてQ値が低減する特性を持った原料であることが
わかる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0027
【補正方法】変更
【補正内容】
【0027】
【表1】
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0028
【補正方法】変更
【補正内容】
【0028】さて、表1において試料はNo1〜35ま
で作製しており、試料No.の4〜15、20、21、
23、24、26、27、30〜34は本発明に係る実
施例であり実施例Noを順次列記した。一方、試料N
o.の1〜3、16〜19、22、25、28、29、
35は比較例であり比較例Noを列記した。表1及び図
5よりこのアルミナ磁器組成物において、MgOが10
wt%以下で、かつTiをTiO2換算で0.2wt%
以上10wt%以下含有すれば850以上のQ値が得ら
れることがわかる。アルミナはMgOが0.05wt%
のときQ値が激減するのであるが、試料No1〜No1
6より、TiO2の含有量が増えるほどQ値は増加し
0.75wt%で最大値を示している。また、焼結温度
が高いほどQ値と比誘電率及び焼結体密度と共に増加す
るが、1500℃以下で実用上問題ないQ値が得られて
いる。TiO2の含有量の効果はその後も継続されるが
10wt%を越えるとQ値は減少する傾向を示す。Mg
とTiは複合添加することで効果を示すが添加量のバラ
ンスによってQ値も変動する。しかし概ねTiが無添加
の場合の4〜10倍程度のQ値が得られ、比誘電率(ε
r)もほぼ一定の値となることが確認された。一方、M
gOは含有されているがTiO2を含有しない試料No
19、22、25、29や10wt%超の試料No16
や35ではQ値が850未満と小さく、この場合は15
00℃の焼結では十分なQ値が得られない。またMgO
のみ含有した試料No1〜3他においても十分なQ値が
得られなかった。
で作製しており、試料No.の4〜15、20、21、
23、24、26、27、30〜34は本発明に係る実
施例であり実施例Noを順次列記した。一方、試料N
o.の1〜3、16〜19、22、25、28、29、
35は比較例であり比較例Noを列記した。表1及び図
5よりこのアルミナ磁器組成物において、MgOが10
wt%以下で、かつTiをTiO2換算で0.2wt%
以上10wt%以下含有すれば850以上のQ値が得ら
れることがわかる。アルミナはMgOが0.05wt%
のときQ値が激減するのであるが、試料No1〜No1
6より、TiO2の含有量が増えるほどQ値は増加し
0.75wt%で最大値を示している。また、焼結温度
が高いほどQ値と比誘電率及び焼結体密度と共に増加す
るが、1500℃以下で実用上問題ないQ値が得られて
いる。TiO2の含有量の効果はその後も継続されるが
10wt%を越えるとQ値は減少する傾向を示す。Mg
とTiは複合添加することで効果を示すが添加量のバラ
ンスによってQ値も変動する。しかし概ねTiが無添加
の場合の4〜10倍程度のQ値が得られ、比誘電率(ε
r)もほぼ一定の値となることが確認された。一方、M
gOは含有されているがTiO2を含有しない試料No
19、22、25、29や10wt%超の試料No16
や35ではQ値が850未満と小さく、この場合は15
00℃の焼結では十分なQ値が得られない。またMgO
のみ含有した試料No1〜3他においても十分なQ値が
得られなかった。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0031
【補正方法】変更
【補正内容】
【0031】X線回折測定の結果、TiO2を0.75
wt%以上含有すると、結晶粒界にAl2TiO5相が
明確に現れることが判明した。尚、0.75wt%未満
でもAl2TiO5相は生成されていると考えるが0.
5wt%より少ないものでは装置の精度上不明確であっ
た。またTiO2を含まない試料では図4に示す様に、
不純物であるZrO2等5が主相であるAl2O3相1
の成長を妨げる様に分散して析出している。一方、Ti
O2を0.75wt%含有した試料(実施例7)では図
3に示すように、アルミナ磁器組成物の組織中にAl2
TiO5相2が現れ、このAl2TiO5相2は主相で
あるAl2O3相1の結晶粒界4(点線で示す)、に沿
った粒界の三重点に不純物を取り込む様に析出してい
る。即ち、ここではZrO2等からなる不純物相3の周
囲を包囲してAl2TiO5相2が生成している。これ
によって不純物がアルミナの主相内に固溶しないように
でき誘電損失を抑制しQ値を高めることが出来る。また
図3試料の破面観察からAl 2O3相の平均粒径は約4
μmであって、TiO2を含まない図4試料の約3倍と
なり粒成長が促進され焼結温度が低くても緻密な組織が
得られることが確認されており、Al2TiO5による
焼結性向上の効果が見られた。そして、表1、表2より
X=0.2〜15%の範囲であれば850以上のQ値が
得られることがわかる。
wt%以上含有すると、結晶粒界にAl2TiO5相が
明確に現れることが判明した。尚、0.75wt%未満
でもAl2TiO5相は生成されていると考えるが0.
5wt%より少ないものでは装置の精度上不明確であっ
た。またTiO2を含まない試料では図4に示す様に、
不純物であるZrO2等5が主相であるAl2O3相1
の成長を妨げる様に分散して析出している。一方、Ti
O2を0.75wt%含有した試料(実施例7)では図
3に示すように、アルミナ磁器組成物の組織中にAl2
TiO5相2が現れ、このAl2TiO5相2は主相で
あるAl2O3相1の結晶粒界4(点線で示す)、に沿
った粒界の三重点に不純物を取り込む様に析出してい
る。即ち、ここではZrO2等からなる不純物相3の周
囲を包囲してAl2TiO5相2が生成している。これ
によって不純物がアルミナの主相内に固溶しないように
でき誘電損失を抑制しQ値を高めることが出来る。また
図3試料の破面観察からAl 2O3相の平均粒径は約4
μmであって、TiO2を含まない図4試料の約3倍と
なり粒成長が促進され焼結温度が低くても緻密な組織が
得られることが確認されており、Al2TiO5による
焼結性向上の効果が見られた。そして、表1、表2より
X=0.2〜15%の範囲であれば850以上のQ値が
得られることがわかる。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るアルミナ磁器組成物の組織写真の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
【図2】本発明の比較例のアルミナ磁器組成物の組織写
真の一例を示す図である。
真の一例を示す図である。
【図3】図1の組織写真の模式図を示す図である。
【図4】図2の組織写真の模式図を示す図である。
【図5】MgOを0.05wt%含む場合のTiO2の
含有量とQ値の関係を示す図である。
含有量とQ値の関係を示す図である。
【図6】MgOを0.05wt%含む場合のTiO2の
含有量と比誘電率の関係を示す図である。
含有量と比誘電率の関係を示す図である。
【図7】MgOを0.05wt%含む場合のTiO2の
含有量と焼結体密度の関係を示す図である。
含有量と焼結体密度の関係を示す図である。
【図8】実施例の試料原料にTiO2を1.00wt%
含む場合のMgOの含有量とQ値の関係を示す図であ
る。
含む場合のMgOの含有量とQ値の関係を示す図であ
る。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【符号の説明】 1:Al2O3相 2:Al2TiO5相 3:不純物(ZrO2)相 4:結晶粒界
Claims (9)
- 【請求項1】 Mgの含有量がMgO換算で10wt%
以下で、且つTiの含有量がTiO2換算で0.2wt
%以上10wt%以下、残部がAl2O3相および不可
避不純物からなることを特徴とするアルミナ磁器組成
物。 - 【請求項2】 Mgの含有量がMgO換算で0.2wt
%以下であることを特徴とする請求項1に記載のアルミ
ナ磁器組成物。 - 【請求項3】 Tiの含有量がTiO2換算で0.5w
t%以上10wt%以下であることを特徴とする請求項
1又は2に記載のアルミナ磁器組成物。 - 【請求項4】 組織の一部にAl2TiO5相を有する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のア
ルミナ磁器組成物。 - 【請求項5】 Al2O3を主相とし、組織の一部にA
l2TiO5相を有するアルミナ磁器組成物であって、
X線回折パターンにて同定されるAl2O3相の(11
3)面回折強度I(Al)とAl2TiO5相の(11
0)面回折強度I(AT)との比Xが、X=0.2〜1
5%(ただしX=I(AT)/I(Al)×100
(%))であることを特徴とするアルミナ磁器組成物。 - 【請求項6】 Al2TiO5相が粒界に析出している
ことを特徴とする請求項4又は5に記載のアルミナ磁器
組成物。 - 【請求項7】 前記アルミナ磁器組成物の結晶粒界に析
出するAl2TiO 5相が不可避的不純物からなる他の
粒界相の一部を内包していることを特徴とする請求項6
に記載のアルミナ磁器組成物。 - 【請求項8】 Al2O3を主成分としMg、Ti、不
可避不純物を有するアルミナ磁器組成物であって、該ア
ルミナ磁器組成物のAl2O3相のa軸格子定数と粉末
X線回折図形標準データ集(JCPDSカード No.
46―1212)のAl2O3のa軸格子定数標準値と
の差Δaの値が、―0.003≦Δa<0(単位:オン
グストローム)であることを特徴とするアルミナ磁器組
成物。 - 【請求項9】 測定周波数10GHzにおけるQ値が8
50以上であることを特徴とする請求項1乃至8のいず
れかに記載のアルミナ磁器組成物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31489599A JP2001072462A (ja) | 1999-06-29 | 1999-11-05 | アルミナ磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11-183429 | 1999-06-29 | ||
JP18342999 | 1999-06-29 | ||
JP31489599A JP2001072462A (ja) | 1999-06-29 | 1999-11-05 | アルミナ磁器組成物 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001072462A true JP2001072462A (ja) | 2001-03-21 |
Family
ID=26501870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31489599A Pending JP2001072462A (ja) | 1999-06-29 | 1999-11-05 | アルミナ磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001072462A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013180289A1 (ja) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | 京セラ株式会社 | 高耐電圧アルミナ質焼結体および高耐電圧用部材 |
JP2014214064A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 京セラ株式会社 | アルミナ質焼結体およびこれを用いた耐電圧部材 |
WO2019026871A1 (ja) * | 2017-08-01 | 2019-02-07 | 株式会社フェローテックセラミックス | アルミナ焼結体およびその製造方法、ならびに、半導体製造装置用部品 |
JP2021073160A (ja) * | 2017-01-30 | 2021-05-13 | 京セラ株式会社 | 半導電性セラミック部材およびウエハ搬送用保持具 |
CN113321521A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-31 | 无锡市高宇晟新材料科技有限公司 | 氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料及其制备方法 |
-
1999
- 1999-11-05 JP JP31489599A patent/JP2001072462A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013180289A1 (ja) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | 京セラ株式会社 | 高耐電圧アルミナ質焼結体および高耐電圧用部材 |
US9548142B2 (en) | 2012-05-31 | 2017-01-17 | Kyocera Corporation | High-withstanding-voltage alumina sintered compact and high-withstanding-voltage member |
EP2857373B1 (en) * | 2012-05-31 | 2020-08-12 | Kyocera Corporation | High-withstanding-voltage alumina sintered compact and high-withstanding-voltage member |
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JPWO2019026871A1 (ja) * | 2017-08-01 | 2020-08-06 | 株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ | アルミナ焼結体およびその製造方法、ならびに、半導体製造装置用部品 |
US11306029B2 (en) | 2017-08-01 | 2022-04-19 | Ferrotec Material Technologies Corporation | Alumina sintered body, method for manufacturing the same, and part for semiconductor manufacturing apparatus |
CN113321521A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-31 | 无锡市高宇晟新材料科技有限公司 | 氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料及其制备方法 |
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