JP2002265288A - 誘電性セラミック発泡体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低い気孔率でありながら、適度に低い誘電率
を有し、更に機械的強度にも優れた新規な誘電性セラミ
ック発泡体を提供する。 【解決手段】 無機質誘電材又はその水性スラリーに、
熱分解型有機発泡剤、ガス状発泡剤、液状揮発性発泡
剤、アルミニウム粉末、アルカリ金属の炭酸水素塩及び
セルロース粉末から選ばれる１種又は２種以上の発泡剤
を混合し、これを必要に応じて成形した後、常圧下又は
加圧下に該発泡剤が発泡する温度又はそれ以上に加熱し
て得られる誘電性セラミック発泡体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電性セラミック
発泡体に関する。本発明の誘電性セラミック発泡体は、
優れた誘電特性と高い機械的強度と軽量性とを併せ持
ち、小型化が可能なので、例えば、情報通信関連におい
て、アンテナ、コンデンサ、積層回路基板、コネクタ、
メモリ等の電子部品用材料として好適に使用できる。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報通信技術のめざましい発達に
伴い、電波により伝達される信号情報の量が飛躍的に増
大している。この様な背景のもと、信号情報のより一層
の正確さ、情報量のより一層の増加、信号伝達速度のよ
り一層の迅速さが求められ、電波の高周波化が急速に進
められ、従来用いられることのなかった１ＧＨｚ以上、
特に１０〜２０ＧＨｚといった高周波帯域の利用が本格
化している。通常、現在の電波の高周波化に対応するた
めには、電波の送受信を行うアンテナには高い誘電率が
必要となる。その一方で、アンテナの電波感度を向上さ
せるためには、アンテナ面積を大きくしなければならな
い。ところが、誘電率の高い材料で面積の大きいアンテ
ナを作ると、アンテナは、周波数の長い低周波電波しか
感知できなくなる。従って、アンテナを構成する誘電体
の誘電率とアンテナ面積のバランスを取ることが、アン
テナを設計する上で非常に重要になる。

【０００３】従来から、アンテナ等の電子部品を構成す
る誘電体としては、例えば、無機質誘電材を主成分とす
る成形体（以下「誘電性セラミック」という）が知られ
ている。誘電性セラミックの具体例としては、例えば、
ＣａＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３等のペロブ
スカイト系誘電材や二酸化チタンの焼結体（特開平６−
１４０８３２号公報、特開平８−２３２２０号公報、特
開平８−６７５５６号公報他多数）、フェライト焼結体
中にカーボンが分散してなる誘電体（特開平６−６０６
７号公報）、フェライト焼結体中に導電性繊維が分散し
てなる誘電体（特開平６−１３７８０号公報）、ガラス
系誘電材の成形物（特開平１０−１９０３４６号公報）
等を挙げることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の誘電性セラミックの主原料となる無機質誘電材は誘電
率が高く、最も低いＳｉＯ_２系でも６以上であることか
ら、誘電性セラミックそのものの誘電率も高く、この様
な材料で現在の電波の高周波化に対応したアンテナを製
造すると、アンテナ面積が小さくなり、電波感度が著し
く低下する。誘電性セラミックを発泡させ、その誘電率
を低くしようとする試みがなされている。例えば、特開
平１０−１３１２９号公報には、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ
_３、ＡｌＮ、ＳｉＯ_２等の誘電材に、希土類金属酸化物
（酸化イットリウム等）を配合し、焼結してなる誘電性
セラミック発泡体が提案されている。該発泡体は３〜４
程度の適度に低い誘電率を有しているが、気孔率が４０
〜５０％程度とかなり大きいため、機械的強度（曲げ強
度）が最高でも２７ｋｇ／ｍｍ^２と著しく低い。従っ
て、用途としてレーダーの被覆材としては使用できるも
のの、一般的なアンテナ用途には使用できない。希土類
金属酸化物を用いる発泡法において、適度に低い誘電率
を有する発泡体を得るには、気孔率をある程度高める必
要があるが、機械的強度が低下するという弊害が生じ
る。

【０００５】特開平９−１５７０６６号公報は、Ａｌ_２
Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、ＢａＴｉＯ_３等の誘電材の
水性スラリーに発泡助剤である界面活性剤及び必要に応
じてペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の蒸発型発泡剤を
配合し、成形し、焼結してなる誘電性セラミック発泡体
を提案する。しかしながら、該誘電性発泡体は、元々、
触媒用担体、フィルター、断熱材等の用途に開発された
ものであり、気孔率が９０％以上と極めて高いため、誘
電率が低くなり、現在の電波の高周波化には対応でき
ず、アンテナ用途には使用できない。本発明の課題は、
低い気孔率でありながら、適度に低い誘電率を有し、更
に機械的強度にも優れた新規な誘電性セラミック発泡体
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、無機質誘電材
又はその水性スラリーに、熱分解型有機発泡剤、ガス状
発泡剤、液状揮発性発泡剤、アルミニウム粉末、アルカ
リ金属の炭酸水素塩及びセルロース粉末から選ばれる１
種又は２種以上の発泡剤を混合し、これを必要に応じて
成形した後、常圧下又は加圧下に該発泡剤が発泡する温
度又はそれ以上に加熱して得られる誘電性セラミック発
泡体に係る。本発明者の研究によれば、従来セラミック
の発泡に採用されているのとは異なる特定の発泡方法を
用いて誘電性セラミック発泡体を製造する場合には、誘
電率を適度に低下させるために、例えば特開平１０−１
３１２９号公報に記載の様に気孔率をかなり大きい範囲
（例えば４０〜５０％）まで上げなくてもよく、従って
機械強度的にも優れた誘電性セラミックス発泡体が得ら
れることを見出した。

【０００７】本発明の誘電性セラミック発泡体は、通常
３〜５程度の適度に低い誘電率を有し、軽量で、しかも
適度に高い機械的強度を有している。従って、本発明の
誘電性セラミック発泡体を用いる場合には、アンテナの
面積を大きくできるので、高周波電波に感応し、感度の
良いアンテナを製造することができる。本発明の誘電性
セラミック発泡体は、誘電性が要求される種々の用途に
適用でき、特に、アンテナ、コンデンサ、積層回路基
板、レーダーの被覆材、コネクタ、メモリ等の電子部品
用材料として好適に使用できる

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の誘電性セラミック発泡体
は、無機質誘電材を熱分解型有機発泡剤、ガス状発泡
剤、液状揮発性発泡剤、アルミニウム粉末、アルカリ金
属の炭酸水素塩及びセルロース粉末から選ばれる１種又
は２種以上の発泡剤を用いて発泡させてなるものであ
る。

【０００９】本発明において、無機質誘電材としては公
知のものをいずれも使用でき、例えば、ＣａＴｉＯ_３、
ＢａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＣｏＴｉＯ_３、ＺｎＴｉ
Ｏ_３、ＭｇＴｉＯ_３等のペロブスカイト系誘電材、Ａｌ
_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ _４、ＡｌＮ等のＡｌやＳｉ
の酸化物や窒化物、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４、ＴｉＯ_２、ＢａＦ
ｅＯ_３、サイアロン、フェライト等を挙げることができ
る。これらの中でも、ＣａＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、Ｓ
ｒＴｉＯ_３等のペロブスカイ系誘電材、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓ
ｉＯ_２、ＴｉＯ_２等が好ましい。無機質誘電材は１種を
単独で使用でき又は２種以上を併用できる。無機質誘電
材の粒径は特に制限されないが、通常０.１〜５０μｍ
程度、好ましくは０.５〜１０μｍ程度とすればよい。
また、無機質誘電材の形状も特に制限されず、例えば、
粉末状、繊維状、板状、薄片状、鱗片状等のいずれでも
よい。形状の異なる無機質誘電材を併用しても良い。

【００１０】本発明においては、熱分解型有機発泡剤と
しては公知のものを使用でき、例えば、アゾジカルボン
アミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ｐ,ｐ'
−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、ベンゼン
スルホニルヒドラジド、トルエンスルホニルヒドラジ
ド、ｐ−トルエンスルホニルセミカルバジド、アゾビス
イソブチロニトリル、Ｎ,Ｎ'−ジメチル−Ｎ,Ｎ'−ジニ
トロソテレフタルアミド等を挙げることができる。熱分
解型有機発泡剤は１種を単独で使用でき又は必要に応じ
て２種以上を併用できる。ガス状発泡剤としては公知の
ものを使用でき、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴ
ン、クリプトン、キセノン、ラドン、炭酸ガス、窒素等
を挙げることができる。ガス状発泡剤は１種を単独で使
用でき又は必要に応じて２種以上を併用できる。

【００１１】液状揮発性発泡剤としては公知のものを使
用でき、例えば、エタン、プロパン、ブタン、ペンタ
ン、ネオペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、イソヘプ
タン、オクタン等の飽和炭化水素、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン等の芳香族炭化水素、メタノール、エタノ
ール等の低級アルコール等を挙げることができる。ここ
でエタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ネオペンタン
は常温ではガス状であるが、加圧下では液状であるので
液状揮発性発泡剤として分類した。液状揮発性発泡剤は
１種を単独で使用でき又は必要に応じて２種以上を併用
できる。アルカリ金属の炭酸水素塩としては公知のもの
を使用でき、例えば、炭酸水素ナトリウム等を挙げるこ
とができる。該炭酸水素塩は１種を単独で使用でき又は
２種以上を併用できる。

【００１２】本発明の誘電性セラミック発泡体を、熱分
解型有機発泡剤を用いて製造するに際しては、例えば、
無機質誘電材、熱分解型有機発泡剤、水溶性バインダー
及び溶媒を混合してスラリーを調製し、該スラリーを成
形し、得られる成形体を乾燥し、次いで熱分解型有機発
泡剤が分解する温度以上に加熱し、更に焼結すればよ
い。ここで、熱分解型有機発泡剤の使用量は特に制限は
ないが、適度に低い誘電性及び良好な機械的強度を有す
る発泡体を得るためには、通常無機質誘電材の全量１０
０重量部に対して０.１〜５重量部、好ましくは０.３〜
１.５重量部とすればよい。

【００１３】水溶性バインダーとしては公知のものをい
ずれも使用でき、例えば、ポリビニルアルコール、ゼラ
チン、アルギン酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロ
ース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセ
ルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメ
チルセルローズアンモニウム、エチルセルローズ、ポリ
ビニルアルコール等を挙げることができる。水溶性バイ
ンダーは１種を単独で使用でき又は２種以上を併用でき
る。水溶性バインダーの使用量は特に制限されず広い範
囲から適宜選択できるが、通常無機質誘電材の全量１０
０重量部に対して１.０〜５０重量部、好ましくは３.０
〜３０重量部とすればよい。溶媒としては、無機粉体の
発泡体を製造する分野で従来から用いられているものを
いずれも使用でき、例えば、水、エタノール等を挙げる
ことができる。これらの中でも水が好ましい。溶媒の使
用量は、上記各成分の使用量やスラリーを調製する際の
作業性等の各種条件に応じて広い範囲から適宜選択すれ
ば良いが、通常無機質誘電材の全量１００重量部に対し
て３０〜２００重量部、好ましくは５０〜１５０重量部
を目安とすればよい。

【００１４】上記スラリーには、上記各成分以外に、得
られる誘電性セラミック発泡体の好ましい特性を損なわ
ない範囲で、起泡剤、界面活性剤、可塑剤、気孔形成促
進剤等の１種又は２種以上を配合しても良い。起泡剤と
しては、例えば、スルホン酸ナトリウム等を挙げること
ができる。界面活性剤としては、例えば、アルキルベン
ゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アル
カンスルホン酸塩等のアニオン系界面活性剤、ポリエチ
レングリコール誘導体、多価アルコール誘導体等の非イ
オン系界面活性剤等を挙げることができる。界面活性剤
は１種を単独で使用でき又は２種以上を併用できる。可
塑剤としては、例えば、エチレングリコール、ポリエチ
レングリコール、グリセリン等の多価アルコール、鰯
油、菜種油、オリーブ油等の油脂、石油エーテル等のエ
ーテル類、フタル酸ジエチル、フタル酸ジｎ−ブチル、
フタル酸ジエチルヘキシル、フタル酸ジオクチル、ソル
ビタンモノオレエート、ソルビタンパルミテート、ソル
ビタンステアレート等のエステル類等を挙げることがで
きる。可塑剤は１種を単独で使用でき又は２種以上を併
用できる。

【００１５】気孔形成促進剤は、粉末、繊維状等で、焼
成時に消失するものである。具体的には、０.１〜２０
０μｍ程度の粉末状のもの、長さが２００μｍ以下、好
ましくは３０〜１２０μｍ程度の繊維状のものがよい。
材質としては、例えば、パルプ、綿、糸くず、コーンス
ターチ、カルボキシメチルセルローズ、非水溶性セルロ
ース樹脂、ポリビニルブチラル樹脂、アクリル樹脂、ポ
リエチレン樹脂等を挙げることができる。気孔形成促進
剤は１種を単独で使用でき又は２種以上を併用できる。
上記スラリーは、上記各成分を混合することにより調製
できる。該スラリーの成形は、公知の方法に従って実施
でき、例えば、スラリーを適当な形状の型枠に流し込む
方法、ドクターブレード法、プレス成形法等を挙げるこ
とができる。成形体の乾燥は特に条件はないが、通常４
０〜１５０℃程度の温度下に２０〜１２０分程度実施す
れば良い。

【００１６】次いで、この成形体を熱分解型有機発泡剤
の分解温度以上に加熱して発泡を行った後、焼成するこ
とにより、本発明の誘電性セラミック発泡体が製造でき
る。熱分解型有機発泡剤の分解温度以上とは発泡剤の種
類にも依るが通常は１２０〜２５０℃程度が好ましい。
焼成条件は特に制限はないが、通常８００〜２０００℃
程度、好ましくは１０００〜１７００℃程度の温度下に
３０分〜５時間程度焼成を実施すれば良い。焼成は、例
えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性雰囲気、空気
中等の雰囲気で行われる。この様にして得られる本発明
の誘電性セラミック発泡体は、気孔率が１５〜３０％程
度と比較的低いにもかかわらず、通常３〜５程度の適度
に低い誘電率を有し、機械的強度も良好である。

【００１７】本発明において、発泡剤としてガス状発泡
剤を用いる場合には、例えば、無機質誘電材を押出機に
入れた後、ガス状発泡剤を注入して１４０〜２３０℃の
温度範囲で発泡させることにより、本発明の誘電性セラ
ミック発泡体が製造される。ガス状発泡剤の使用量は特
に制限はないが、発泡不良や過発泡が起こるのを防止す
るという観点から、無機質誘電材１００重量部に対して
通常０.０１〜１０.０重量部程度とすればよい。本発明
において、発泡剤として液状揮発性発泡剤を用いる場合
には、例えば、発泡用金型にて、２０〜５００ｋｇ／ｃ
ｍ^２Ｇ程度の加圧下及び１００〜２００℃程度の加熱下
に、無機質誘電材と液状揮発性発泡剤とを混合して０.
５〜１０時間程度、好ましくは１〜５時間程度保持した
後、常圧まで減圧することにより、本発明の誘電性セラ
ミック発泡体を製造することができる。本発明におい
て、発泡剤として、アルミニウム粉末、アルカリ金属の
炭酸水素塩又はセルロース粉末を用いる際にも、熱分解
型有機発泡剤を用いる場合と同様にして発泡体を得るこ
とができる。

【００１８】

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明
するが、何らこれらに限定されるものではない。以下に
おいて、「部」とあるのは、特に断らない限り「重量
部」を意味する。

【００１９】実施例１ 二酸化珪素（平均粒径０.５μｍ）１００部、ポリビニ
ルアルコール（重合度１５００）１５部、アゾジカルボ
ンアミド０.５部、アルキルベンゼンスルホン酸塩０.０
５部及び水８５部を高速攪拌により混合し、発泡性スラ
リーを調製した。得られた発泡スラリーを５０×５０×
５０ｍｍの大きさの型枠に流し込み、脱型して、成形体
を製造した。この成形体を８０℃で１２時間乾燥した
後、２２０℃で１時間加熱して発泡を行い、更に１４５
０℃で２時間焼成し、本発明の誘電性セラミック発泡体
を製造した。該誘電性セラミック発泡体は、気孔率２２
％、誘電率（ε）３.５及び曲げ強度４７ｋｇ／ｍｍ^２
であった。

【００２０】実施例２ 二酸化珪素に代えてチタン酸バリウム（平均粒径１.２
μｍ）を用いる以外は、実施例１と同様に操作し、本発
明の誘電性セラミック発泡体を製造した。該誘電性セラ
ミック発泡体は、気孔率２４％、誘電率（ε）４.２及
び曲げ強度３８ｋｇ／ｍｍ^２であった。

【００２１】実施例３ 発泡用金型内に、アルミナ２０ｇを充填し、ペンタンを
８０ｇ／分で供給し、１５０℃、２５０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ
で１時間保持した後、ペンタンの供給を停止し、その後
金型内圧力を低下させ、常圧とした。この間、金型内温
度は１５０℃に保持した。その後温度を下げ、常温とし
た。金型内に発泡倍率約２０倍の発泡成形体が得られ
た。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、低い気孔率でありなが
ら、適度に低い誘電率を有し、更に機械的強度にも優れ
た新規な誘電性セラミック発泡体を得ることができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機質誘電材又はその水性スラリーに、
   熱分解型有機発泡剤、ガス状発泡剤、液状揮発性発泡
   剤、アルミニウム粉末、アルカリ金属の炭酸水素塩及び
   セルロース粉末から選ばれる１種又は２種以上の発泡剤
   を混合し、これを必要に応じて成形した後、常圧下又は
   加圧下に該発泡剤が発泡する温度又はそれ以上に加熱し
   て得られる誘電性セラミック発泡体。
2. 【請求項２】 熱分解型有機発泡剤が、アゾジカルボン
   アミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ｐ,ｐ'
   −オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、ベンゼン
   スルホニルヒドラジド、トルエンスルホニルヒドラジ
   ド、ｐ−トルエンスルホニルセミカルバジド、アゾビス
   イソブチロニトリル及びＮ,Ｎ'−ジメチル−Ｎ,Ｎ'−ジ
   ニトロソテレフタルアミドから選ばれる１種又は２種以
   上である請求項１に記載の誘電性セラミック発泡体。
3. 【請求項３】 ガス状発泡剤が、ヘリウム、ネオン、ア
   ルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、炭酸ガス及び
   窒素から選ばれる１種又は２種以上である請求項１に記
   載の誘電性セラミック発泡体。
4. 【請求項４】 液状揮発性発泡剤が、エタン、プロパ
   ン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ベンゼン、トルエ
   ン、キシレン、メタノール及びエタノールから選ばれる
   １種又は２種以上である請求項１に記載の誘電性セラミ
   ック発泡体。