JP2015040152A - Oxide ceramic, and ceramic electronic component - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxide ceramic capable of exhibiting the desired electromagnetic effect at room temperature and low magnetic field, and a ceramic electronic component that uses said oxide ceramic.SOLUTION: The oxide ceramic is represented by a general formula [SrBaCoZnFeAlO+nZrO] (in which, 0.9≤x≤1.1 and 0.8≤y≤1.2). The relation between an inclusion molar ratio n of ZrOand a missing molar ratio z of Fe site relative to 1 mole of a main component, i.e. (n,z), is in a region surrounded by A(0.05,0.05), B(0.1,0.05), C(0.4,0.35), D(0.4,0.4), E(0.2,0.4) and F(0.05,0.1) on the coordinate axes. The ceramic electronic component is composed of a component element body formed of said oxide ceramic.

Description

本発明は、酸化物セラミックス、及びセラミック電子部品に関し、より詳しくは電気磁気効果を示す強磁性誘電体材料で形成された酸化物セラミックス、及びこの酸化物セラミックスを使用した可変インダクタ等のセラミック電子部品に関する。   The present invention relates to oxide ceramics and ceramic electronic components, and more particularly, oxide ceramics formed of a ferromagnetic dielectric material exhibiting an electromagnetic effect, and ceramic electronic components such as variable inductors using the oxide ceramics. About.

近年、強磁性と強誘電性とが共存して複合的な作用を奏する強磁性誘電体(マルチフェロイックス(Multiferroics))材料が注目され、盛んに研究・開発されている。   In recent years, a ferromagnetic dielectric (multiferroics) material that exhibits a combined action in which ferromagnetism and ferroelectricity coexist has attracted attention and has been actively researched and developed.

この強磁性誘電体材料は、磁界を作用させると螺旋型の磁気秩序を誘起させて強誘電性を発現し、電気分極を生じさせたり、電気分極や誘電率が変化し、電界を作用させると磁化が生じたり、磁化が変化するいわゆる電気磁気効果を示すことが知られている。   This ferromagnetic dielectric material induces a helical magnetic order when a magnetic field is applied and exhibits ferroelectricity, causing an electric polarization, changing an electric polarization and a dielectric constant, and applying an electric field. It is known to exhibit a so-called electromagnetic effect in which magnetization occurs or changes in magnetization.

強磁性誘電体材料は、上述した電気磁気効果により、電界による磁化の変化や磁界による電気分極の変化を生じさせることができることから、例えば、電界の印加によって磁化が変化する可変インダクタや記憶媒体の書き込みヘッド用の可変磁化デバイス、或いは磁気を検出する磁気センサ、更には不揮発性メモリ等の各種セラミック電子部品への応用が期待されている。   The ferromagnetic dielectric material can cause a change in magnetization due to an electric field or a change in electric polarization due to a magnetic field due to the above-described electromagnetic effect. Application to various magnetic electronic devices such as a variable magnetization device for a write head, a magnetic sensor for detecting magnetism, and a nonvolatile memory is expected.

そして、例えば、特許文献1には、強誘電性と、スピンの向きが円錐(円錐の頂点の開き角度αは0度<α≦90度の範囲)の外側を沿うように回転しているスピン構造を有する強磁性を合わせ持つマルチフェロイック固体材料に、外部磁場を印加することにより、前記外部磁場とほぼ直交した電気分極の向きを制御するようにしたマルチフェロイック素子が提案されている。   For example, Patent Document 1 discloses that the spin is rotating so that the ferroelectricity and the spin direction are along the outside of a cone (the opening angle α of the apex of the cone is in the range of 0 ° <α ≦ 90 °). A multiferroic element has been proposed in which an external magnetic field is applied to a multiferroic solid material having ferromagnetism having a structure to control the direction of electric polarization substantially perpendicular to the external magnetic field.

この特許文献1では、強磁性誘電体材料(マルチフェロイック材料)としてCoCr(M=Mn,Fe,Co,Ni)を使用することにより、26K付近の極低温領域で磁界の作用によって電気分極を生じさせることができ、5K付近で2μC/mの電気分極を得ている。 In this Patent Document 1, by using CoCr 2 O 4 (M = Mn, Fe, Co, Ni) as a ferromagnetic dielectric material (multiferroic material), it is caused by the action of a magnetic field in a cryogenic region near 26K. Electric polarization can be generated, and an electric polarization of 2 μC / m 2 is obtained in the vicinity of 5K.

また、特許文献2には、酸化鉄を主原料として含む強誘電性と強磁性を併せもつマルチフェロイック固体材料で、300ガウス以下の弱い外部磁場により電流を誘起させるようにしたマルチフェロイック素子が提案されている。   Patent Document 2 discloses a multiferroic element which is a multiferroic solid material having both ferroelectricity and ferromagnetism containing iron oxide as a main raw material and in which a current is induced by a weak external magnetic field of 300 gauss or less. Has been proposed.

この特許文献2では、強磁性誘電体材料として、BaMgFe1222のフェライト化合物を使用し、300G(0.03T)の低磁界を作用させた場合に、−268℃(5K)で交流磁場印加に相応して電流が流れ、電気分極も正負が交互に発生していることが記載されている。 In Patent Document 2, when a ferrite compound of Ba 2 Mg 2 Fe 12 O 22 is used as a ferromagnetic dielectric material and a low magnetic field of 300 G (0.03 T) is applied, −268 ° C. (5 K). It is described that a current flows in accordance with the application of an alternating magnetic field, and the electric polarization alternately generates positive and negative.

国際公開2007/135817(請求項1、3、段落番号〔0031〕、図7等)International Publication No. 2007/135817 (Claims 1 and 3, paragraph number [0031], FIG. 7 etc.) 特開2009−224563号(請求項1、3、段落番号〔0032〕、図7等)JP 2009-224563 (Claims 1 and 3, paragraph number [0032], FIG. 7 etc.)

ところで、強磁性誘電体材料を可変インダクタや不揮発性メモリ等の各種電子部品に応用するためには、室温で電気磁気効果を発現させる必要がある。   By the way, in order to apply a ferromagnetic dielectric material to various electronic components such as a variable inductor and a nonvolatile memory, it is necessary to develop an electromagnetic effect at room temperature.

しかしながら、上記特許文献1及び2では、室温よりも遥かに低い低温域でのみ電気磁気効果が発現されており、室温で発現させることができないため、電気磁気効果を利用した各種セラミック電子部品の実用化については、未だ実現できていない状況にある。   However, in the above Patent Documents 1 and 2, since the electromagnetism effect is manifested only at a low temperature range far below room temperature and cannot be manifested at room temperature, various ceramic electronic components utilizing the electromagnetism effect are practically used. The situation has not been realized yet.

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、室温かつ低磁界で所望の電気磁気効果を発現させることができる酸化物セラミックス、及びこの酸化物セラミックスを使用したセラミック電子部品を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides oxide ceramics that can exhibit a desired electromagnetic effect at room temperature and a low magnetic field, and ceramic electronic components using the oxide ceramics. For the purpose.

一般式AFe1222(AはBa、Sr、MはCo、Zn)で表される六方晶Y型結晶構造の酸化物セラミックスは、低磁界での電気分極の生成及び制御が可能であり、しかも、強誘電性の発現が可能な螺旋型の磁気秩序を比較的高温まで安定的に維持できることから、改良を加えることによって室温での電気磁気効果の発現が可能であると考えられる。 Oxide ceramics having a hexagonal Y-type crystal structure represented by the general formula A 2 M 2 Fe 12 O 22 (A is Ba, Sr, M is Co, Zn) are capable of generating and controlling electric polarization in a low magnetic field. In addition, the helical magnetic order capable of developing ferroelectricity can be stably maintained up to a relatively high temperature. Therefore, it is considered possible to develop an electromagnetic effect at room temperature by making improvements. It is done.

本発明者らは、斯かる観点から六方晶Y型結晶構造を主成分とする酸化物セラミックスについて試行錯誤を繰り返し、鋭意研究を行ったところ、BaとSrとの配合比率を所定範囲に調整しつつ、Feの一部と置換するような形態でAlを所定範囲内で含有させ、かつZrを存在形態に依存することなく所定範囲で含有させることにより、絶縁性を大幅に改善することができ、室温かつ低磁界で電気分極を誘起できる強磁性誘電体を得ることができるという知見を得た。   From these viewpoints, the present inventors have repeated trial and error with respect to oxide ceramics mainly composed of a hexagonal Y-type crystal structure, and have conducted intensive research. As a result, the mixing ratio of Ba and Sr was adjusted to a predetermined range. On the other hand, by including Al within a predetermined range in a form that replaces a part of Fe, and by including Zr within a predetermined range without depending on the existing form, the insulation can be greatly improved. The inventors have found that a ferromagnetic dielectric capable of inducing electric polarization at room temperature and a low magnetic field can be obtained.

本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係る酸化物セラミックスは、主成分が、少なくともSr、Ba、Co、Zn、及びFeを含有した六方晶Y型結晶構造を有すると共に、前記主成分1モルに対しnモルのZrが含有され、前記Baは、該Baの含有量をSrとBaの総量に対する含有モル比(Ba/(Sr+Ba))x/2で表わしたとき、xが0.9〜1.1となるように、前記Srの一部を置換する形態で含有されると共に、少なくともAlが、該Alの含有量をAlとFe、Fe欠損量の総量に対する含有モル比(Al/(Al+Fe+Fe欠損)換算でy/12としたときに、yは0.8〜1.2の範囲となるように、Feサイトに含有される前記Feの一部を置換する形態で含有され、かつ、前記Feサイトの化学量論組成に対する欠損量をモル比換算でz/12としたときに、(n,z)が、座標軸上でA(0.05,0.05)、B(0.1,0.05)、C(0.4,0.35)、D(0.4,0.4)、E(0.2,0.4)、F(0.05,0.1)で囲まれる領域にあることを特徴としている。   The present invention has been made based on such knowledge, and the oxide ceramic according to the present invention has a hexagonal Y-type crystal structure containing at least Sr, Ba, Co, Zn, and Fe as main components. In addition, n moles of Zr are contained with respect to 1 mole of the main component, and the Ba content is represented by a mole ratio of the Ba content to the total amount of Sr and Ba (Ba / (Sr + Ba)) x / 2. When x is 0.9 to 1.1, it is contained in the form of replacing a part of the Sr, and at least Al, the Al content is the total amount of Al and Fe, Fe deficiency The part of the Fe contained in the Fe site is substituted so that y is in the range of 0.8 to 1.2 when the content molar ratio to Al (y / 12 in terms of Al / (Al + Fe + Fe deficiency)) And is contained in the form of When the amount of deficiency with respect to the stoichiometric composition of e-site is z / 12 in terms of molar ratio, (n, z) is A (0.05, 0.05), B (0.1, 0.05), C (0.4, 0.35), D (0.4, 0.4), E (0.2, 0.4), F (0.05, 0.1) It is characterized by being in

また、本発明の酸化物セラミックスは、一般式[Sr2-xBaCoZnFe12-y-zAl22+nZrO](ただし、0.9≦x≦1.1、0.8≦y≦1.2)で表されるのが好ましい。 The oxide ceramics of the present invention have the general formula [Sr 2-x Ba x CoZnFe 12-yz Al y O 22 + nZrO 2] ( although, 0.9 ≦ x ≦ 1.1,0.8 ≦ y ≦ 1 .2) is preferred.

また、本発明に係るセラミック電子部品は、部品素体の表面に外部電極が形成されたセラミック電子部品であって、前記部品素体が、上記酸化物セラミックスで形成されていることを特徴としている。   The ceramic electronic component according to the present invention is a ceramic electronic component in which an external electrode is formed on a surface of a component element body, wherein the component element body is formed of the oxide ceramic. .

また、本発明のセラミック電子部品は、コイルが、前記部品素体の透磁率に応じたインダクタンスを有するように配されているのが好ましい。   In the ceramic electronic component of the present invention, it is preferable that the coil is arranged so as to have an inductance corresponding to the magnetic permeability of the component element body.

これにより強磁性誘電特性を活用した可変インダクタ等の各種セラミック電子部品を容易に得ることができる。   As a result, various ceramic electronic components such as variable inductors utilizing ferromagnetic dielectric properties can be easily obtained.

さらに、本発明のセラミック電子部品は、内部電極が、前記部品素体に埋設されているのも好ましい。   Furthermore, in the ceramic electronic component of the present invention, it is preferable that the internal electrode is embedded in the component element body.

本発明の酸化物セラミックスによれば、主成分が、少なくともSr、Ba、Co、Zn、及びFeを含有した六方晶Y型結晶構造を有すると共に、前記主成分1モルに対しnモルのZrが含有され、前記Baは、該Baの含有量をx/2としたときに、xが0.9〜1.1となるように、前記Srの一部を置換する形態で含有されると共に、少なくともAlが、該Alの含有量をモル比換算でy/12としたときに、yは0.8〜1.2の範囲となるように、Feサイトに含有される前記Feの一部を置換する形態で含有され、かつ、前記Feサイトの化学量論組成に対する欠損量をモル比換算でz/12としたときに、(n,z)が、座標軸上でA(0.05,0.05)、B(0.1,0.05)、C(0.4,0.35)、D(0.4,0.4)、E(0.2,0.4)、F(0.05,0.1)で囲まれる領域にあるので、絶縁性を大幅に改善することができる上に、室温かつ低磁界で大きな電気磁気効果を発現でき、所望の電気分極が生成可能な強磁性誘電体を得ることができる。   According to the oxide ceramics of the present invention, the main component has a hexagonal Y-type crystal structure containing at least Sr, Ba, Co, Zn, and Fe, and n mol of Zr is contained per mol of the main component. The Ba is contained in a form in which a part of the Sr is substituted so that x is 0.9 to 1.1 when the content of the Ba is x / 2. At least Al, when the content of Al is y / 12 in terms of molar ratio, a part of the Fe contained in the Fe site is such that y is in the range of 0.8 to 1.2. (N, z) is represented by A (0.05,0) on the coordinate axis when the defect amount with respect to the stoichiometric composition of the Fe site is z / 12 in terms of molar ratio. .05), B (0.1, 0.05), C (0.4, 0.35), D (0.4 0.4), E (0.2, 0.4), and F (0.05, 0.1), so that the insulation can be greatly improved, and the room temperature is low. A ferromagnetic material capable of producing a large electromagnetic effect with a magnetic field and capable of generating a desired electric polarization can be obtained.

また、本発明のセラミック電子部品によれば、部品素体の表面に外部電極が形成されたセラミック電子部品であって、前記部品素体が、上記いずれかに記載の酸化物セラミックスで形成されるので、良好な絶縁性を有し、室温かつ低磁界で大きな電気磁気効果を発現できる可変インダクタ等の各種セラミック電子部品を実現することができる。   Moreover, according to the ceramic electronic component of the present invention, a ceramic electronic component in which external electrodes are formed on the surface of the component element body, wherein the component element body is formed of any of the oxide ceramics described above. Therefore, it is possible to realize various ceramic electronic components such as a variable inductor having a good insulating property and exhibiting a large electromagnetic effect at room temperature and a low magnetic field.

またさらに本発明の酸化物セラミックスでは磁界により電気分極が反転する特徴を有し、その性質のため電気磁気結合係数αがゼロ磁場近傍で極大値をとり、バイアス磁界を必要としない、もしくは小さなバイアス磁界により大きな電気磁気効果を得ることが可能となる。   Furthermore, the oxide ceramic of the present invention has a feature that the electric polarization is reversed by a magnetic field, and due to its nature, the electromagnetic coupling coefficient α has a maximum value in the vicinity of the zero magnetic field and does not require a bias magnetic field or a small bias. A large electromagnetic effect can be obtained by the magnetic field.

本発明に係る酸化物セラミックスのZrOの含有モル比nとFeサイトの欠損モル比zとの関係を示す図である。It is a diagram showing a relationship between defective molar ratio z of oxide ceramics molar ratio n and the Fe site of ZrO 2 of the present invention. 本発明に係る酸化物セラミックスを使用して形成されたセラミック電子部品の一実施の形態を示す正面図である。It is a front view which shows one Embodiment of the ceramic electronic component formed using the oxide ceramics based on this invention. 図1の断面図である。It is sectional drawing of FIG. 実施例1において、ZrOの含有モル比nと比抵抗ρとの関係を示した図である。In Example 1, a diagram illustrating a relationship between the molar ratio n and the specific resistance ρ of ZrO 2. 実施例1で使用した物理特性評価装置の一構成例を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the example of 1 structure of the physical characteristic evaluation apparatus used in Example 1. FIG. 実施例1で使用した特理特性評価装置の他の構成例を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the other structural example of the special characteristic evaluation apparatus used in Example 1. FIG. 実施例1において、ZrOの含有モル比nとFeサイトの欠損モル比zとの関係をプロットした図である。In Example 1, a diagram plotting the relationship between the defect molar ratio z of molar ratio n and the Fe site of ZrO 2. 実施例1における試料番号19の電流密度特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a current density characteristic of Sample No. 19 in Example 1. 実施例1における試料番号19の電気分極特性を示す図である。6 is a diagram showing the electric polarization characteristics of sample number 19 in Example 1. FIG.

次に、本発明の実施の形態を詳説する。   Next, an embodiment of the present invention will be described in detail.

本発明の一実施の形態としての酸化物セラミックスは、主成分が、少なくともSr、Ba、Co、Zn、及びFeを含有した六方晶Y型結晶構造を有すると共に、前記主成分1モルに対しnモルのZrが含有され、前記Baは、該Baの含有量をSrとBaの総量に対する含有モル比(Ba/(Sr+Ba))x/2であらわした時、xが0.9〜1.1となるように、前記Srの一部を置換する形態で含有されると共に、少なくともAlが、該Alの含有量をAlとFe、Fe欠損量の総量に対する含有モル比(Al/(Al+Fe+Fe欠損)換算でy/12としたときに、yは0.8〜1.2の範囲となるように、Feサイトに含有される前記Feの一部を置換する形態で含有されている。   The oxide ceramic according to an embodiment of the present invention has a hexagonal Y-type crystal structure containing at least Sr, Ba, Co, Zn, and Fe as a main component, and n per mol of the main component. Mole Zr is contained, and when the Ba content is expressed as a molar ratio (Ba / (Sr + Ba)) x / 2 with respect to the total amount of Sr and Ba, x is 0.9 to 1.1. So that a part of the Sr is substituted and at least Al, the Al content is the molar ratio of Al to Fe and the total amount of Fe deficiency (Al / (Al + Fe + Fe deficiency)). When converted to y / 12, y is contained in a form that substitutes part of the Fe contained in the Fe site so that y is in the range of 0.8 to 1.2.

そして、Feサイトの化学量論組成に対する欠損量をモル比換算でz/12としたときに、(n,z)が、図1に示す点A〜点Fで囲まれる領域Xの範囲内とされている。   And when the amount of defects with respect to the stoichiometric composition of Fe sites is z / 12 in terms of molar ratio, (n, z) is within the range of the region X surrounded by the points A to F shown in FIG. Has been.

ここで、点A〜点Fの各点(n,z)は、以下の値を示している。   Here, each point (n, z) of the points A to F shows the following values.

A(0.05,0.05)、B(0.1,0.05)、C(0.4,0.35)、D(0.4,0.4)、E(0.2,0.4)、F(0.05,0.1)
すなわち、本酸化物セラミックスは、六方晶Y型結晶構造を有するSrBaCoZnFe1222{(Sr,Ba)O・(Co,Zn)O・(Fe}系化合物を主成分とし、下記一般式(A)で表すことができる。
A (0.05, 0.05), B (0.1, 0.05), C (0.4, 0.35), D (0.4, 0.4), E (0.2, 0.4), F (0.05, 0.1)
That is, the present oxide ceramic is mainly composed of a SrBaCoZnFe 12 O 22 {(Sr, Ba) O 2. (Co, Zn) O 2. (Fe 2 O 3 ) 6 } -based compound having a hexagonal Y-type crystal structure. And can be represented by the following general formula (A).

Sr2-xBaCoZnFe12-y-zAl22+nZrO…(A) Sr 2-x Ba x CoZnFe 12 -y-z Al y O 22 + nZrO 2 ... (A)

ここで、(Sr,Ba)サイト中のSr及びBaの総量に対するBaの含有モル比(以下、「Baの置換モル比」という)x/2のx、及びFeサイト中のFe、Al及び欠損モル比zの総量に対するAlの含有モル比(以下、「Alの置換モル比」という。)y/12のyは数式(1)、(2)を満足している。そして、主成分1モルに対するZrOのモル比nとFeサイトの化学量論組成からの欠損モル比zとの関係を示す(n,z)が、図1の斜線部で示す領域X内となるように配合されている。 Here, the molar ratio of Ba to the total amount of Sr and Ba in the (Sr, Ba) site (hereinafter referred to as “Ba substitution molar ratio”) x / 2, and Fe, Al and defects in the Fe site The content molar ratio of Al with respect to the total amount of the molar ratio z (hereinafter referred to as “Al substitution molar ratio”) y / 12 satisfies Expressions (1) and (2). The relationship between the molar ratio n of ZrO 2 to 1 mol of the main component and the defect molar ratio z from the stoichiometric composition of the Fe site is (n, z). It is blended to become.

0.9≦x≦1.1 …(1)
0.8≦y≦1.2 …(2)
0.9 ≦ x ≦ 1.1 (1)
0.8 ≦ y ≦ 1.2 (2)

このように本酸化物セラミックスは、一般式(A)が数式(1)、(2)を満足し、(n,z)が図1の領域X内であるので、良好な絶縁性を有し、室温かつ低磁界で大きな電気分極を得ることができ、所望の電気磁気効果を発現することが可能となる。   As described above, the present oxide ceramics has good insulation because the general formula (A) satisfies the formulas (1) and (2) and (n, z) is in the region X of FIG. Large electric polarization can be obtained at room temperature and a low magnetic field, and a desired electromagnetic effect can be exhibited.

すなわち、本発明者らは、SrBaCoZnFe1222を主成分とする六方晶Y型結晶構造のフェライト化合物を使用して鋭意研究を行なったところ、Baの置換モル比x/2のx及びAlの置換モル比y/12のyを、数式(1)、(2)で示す所定範囲となるように配合し、さらにZrを、主成分1モルに対し所定範囲となるように含有させることにより、絶縁性を飛躍的に向上させることができ、これにより室温かつ低磁界で電気分極を誘起でき、室温かつ低磁界で電気磁気効果を発現できる強磁性誘電体を得ることができることが分かった。 That is, the present inventors conducted extensive research using a ferrite compound having a hexagonal Y-type crystal structure mainly composed of SrBaCoZnFe 12 O 22 , and found that the substitution molar ratio x of Ba and x of Al By blending y having a substitution molar ratio y / 12 within the predetermined range shown by the mathematical formulas (1) and (2), and further containing Zr so as to be within the predetermined range with respect to 1 mol of the main component, It has been found that the insulation can be dramatically improved, and thereby, it is possible to obtain a ferromagnetic dielectric capable of inducing electric polarization at room temperature and a low magnetic field and exhibiting an electromagnetic effect at room temperature and a low magnetic field.

この場合、Zrは、ZrOの含有モル比nと欠損モル比z/12(主成分1に対するFeの欠損モル量)のzとの関係が、図1の領域X内となるように、主成分1モルに対し含有していればよく、例えば、欠損モル比z/12のzに相当する量のZrを含有させてもよく、欠損モル比z/12のzを上回るZrを含有させてもよい。また、結晶格子に欠損部分が形成されるようにFeサイトの欠損モル比z/12のzを下回るZrを含有させてもよい。 In this case, Zr is mainly such that the relationship between the content molar ratio n of ZrO 2 and the defect molar ratio z / 12 (the defect molar amount of Fe with respect to the main component 1) z is in the region X of FIG. The component may be contained with respect to 1 mol of the component, for example, Zr in an amount corresponding to z having a defect molar ratio z / 12 may be included, or Zr exceeding z having a defect molar ratio z / 12 may be included. Also good. Further, Zr lower than z having a defect molar ratio z / 12 of Fe sites may be included so that a defect portion is formed in the crystal lattice.

そして、これにより絶縁性が飛躍的に向上するが、その理由は以下のように考えられる。   As a result, the insulating property is remarkably improved. The reason is considered as follows.

すなわち、図1の領域X内で、主成分1モルに対しnモルの割合で含有されたZrは、その一部は主成分に固溶するが、大部分は結晶粒界に偏析して異相を形成し、斯かる異相が結晶粒界に偏析することにより、絶縁性の飛躍的向上が可能になったものと思われる。ただし、結晶粒界のみが高抵抗になっても電圧が結晶粒内に印加されなくなるため、Zrの添加に加え一部Fe欠損を導入することにより結晶粒内の抵抗も高抵抗になっているものと推察される。   That is, in the region X of FIG. 1, Zr contained at a ratio of n mole to 1 mole of the main component is partly dissolved in the main component, but most of the Zr is segregated at the grain boundary and is different in phase. It is considered that a dramatic improvement in the insulating property has been made possible by forming such a heterogeneous phase and segregating such a different phase at the crystal grain boundary. However, since the voltage is not applied to the crystal grains even if only the crystal grain boundary becomes high resistance, the resistance in the crystal grains is also high resistance by introducing some Fe deficiency in addition to the addition of Zr. Inferred.

尚、欠損モル比z/12のz及びZrの含有モル比nが、領域Xの範囲外になると絶縁性は向上するものの、電気磁気効果を発現できなくなるおそれが生じたり、絶縁性不足となり、電気磁気効果を発現できなくなるおそれがある。例えば、Feサイトの欠損モル比z/12のzが0.4を超えると、絶縁性は向上するものの電気磁気効果を発現できなくなるおそれがある。これは、上述したように主成分に含有されるZrは、大部分は結晶粒界に偏析すると考えられることから、Feサイトの欠損部分が多くなってバランスが崩れ、このため電気分極を誘起するような螺旋型の磁気秩序を形成するのが困難になるためと思われる。また、Zrの含有モル比nが多くてもFeサイトの欠損モル比z/12のzが少なくなると、絶縁性が不足し、室温かつ低磁界で所望の電気磁気効果を発現するのは困難になるおそれがある。   In addition, when the molar ratio n of z and Zr of the defect molar ratio z / 12 is outside the range of the region X, the insulating property is improved, but there is a possibility that the electromagnetic effect cannot be exhibited, or the insulating property is insufficient. There is a risk that the electromagnetic effect cannot be exhibited. For example, when z of the defect molar ratio z / 12 of Fe site exceeds 0.4, there is a possibility that although the insulating property is improved, the electromagnetic effect cannot be exhibited. This is because, as described above, Zr contained in the main component is considered to be mostly segregated at the crystal grain boundaries, so that the Fe site defects increase and the balance is lost, thus inducing electrical polarization. It seems to be difficult to form such a helical magnetic order. In addition, even if the molar ratio n of Zr is large, if the z of the defect molar ratio z / 12 of Fe site is reduced, the insulation is insufficient, and it is difficult to exhibit a desired electromagnetic effect at room temperature and in a low magnetic field. There is a risk.

また、Baの置換モル比x/2のxを、上記数式(1)に示すように0.9〜1.1の範囲としたのは以下の理由による。   Further, the reason why x of the substitution molar ratio x / 2 of Ba is set in the range of 0.9 to 1.1 as shown in the above formula (1) is as follows.

すなわち、Baの置換モル比x/2のxが0.9未満又は1.1超になると、絶縁性は十分に確保できるが、室温で螺旋型の磁気秩序を誘起するのが困難となり、電気分極を生成できなくなるおそれがある。   That is, when x of the substitution molar ratio x / 2 of Ba is less than 0.9 or more than 1.1, insulation can be sufficiently ensured, but it becomes difficult to induce a helical magnetic order at room temperature. There is a risk that polarization cannot be generated.

また、Alの置換モル比y/12のyを、上記数式(2)に示すように0.8〜1.2の範囲としたのは以下の理由による。   Further, the reason why the substitution molar ratio y / 12 of y is set to the range of 0.8 to 1.2 as shown in the above formula (2) is as follows.

すなわち、Alの置換モル比y/12のyが0.8未満になると、上記Baの置換モル比x/2のxの場合と同様、絶縁性は十分に確保できるものの、室温で螺旋型の磁気秩序を誘起するのが困難となり、電気分極Prを生成できなくなるおそれがある。   That is, when y of Al substitution molar ratio y / 12 is less than 0.8, as in the case of x of Ba substitution molar ratio x / 2, the insulating property can be sufficiently ensured, but at room temperature, it is helical. It becomes difficult to induce the magnetic order, and there is a possibility that the electric polarization Pr cannot be generated.

一方、Alの置換モル比y/12のyが1.2を超えると、この場合も絶縁性は十分に確保できるものの、Zrが関与しない六方晶Y型結晶相以外の異相が生成されやすくなり、このため斯かる異相が電気磁気特性の発現を阻害し、その結果電気分極を得るのが困難になる。   On the other hand, if the substitution molar ratio y / 12 of y exceeds 1.2, in this case as well, although insulation can be sufficiently ensured, different phases other than the hexagonal Y-type crystal phase not involving Zr are likely to be generated. For this reason, such a heterogeneous phase inhibits the expression of the electromagnetic characteristics, and as a result, it becomes difficult to obtain electric polarization.

次に、本酸化物セラミックスの製造方法を詳述する。   Next, the manufacturing method of this oxide ceramic is explained in full detail.

まず、セラミック素原料としてFe等のFe化合物、SrCO等のSr化合物、BaCO等のBa化合物、ZnO等のZn化合物、Co等のCo化合物、及びAl等のAl化合物、及びZrO等のZr化合物を用意する。 First, as a ceramic raw material, Fe compound such as Fe 2 O 3 , Sr compound such as SrCO 3 , Ba compound such as BaCO 3 , Zn compound such as ZnO, Co compound such as Co 3 O 4 , Al 2 O 3, etc. And a Zr compound such as ZrO 2 are prepared.

次に、焼成後の組成において、上記一般式(A)が数式(1)、(2)を満足し、かつZrOの含有モル比nとFeサイトの欠損モル比z/12のzとが図1の領域Xを満たすように、後述する粉砕媒体中の化学成分が焼成後のセラミック焼結体に混入するのを考慮しつつ、各セラミック素原料を秤量する。 Next, in the composition after firing, the general formula (A) satisfies the mathematical formulas (1) and (2), and the ZrO 2 content molar ratio n and the Fe site defect molar ratio z / 12 z are: Each ceramic raw material is weighed so as to satisfy the region X in FIG. 1 while considering that chemical components in the grinding medium described later are mixed in the sintered ceramic body after firing.

すなわち、酸化物セラミックスは、一般に、セラミック素原料を粉砕媒体や溶剤その他の添加物と共に粉砕機に投入し、混合粉砕処理を経て焼成され、これにより作製される。そして、本実施の形態でも、上記酸化物セラミックスは、斯かる工程を経て作製される。   That is, oxide ceramics are generally produced by putting a ceramic raw material into a pulverizer together with a pulverizing medium, a solvent, and other additives, and firing through a mixed pulverization process. And also in this Embodiment, the said oxide ceramics are produced through such a process.

そして、粉砕媒体としては、通常、部分安定化ジルコニウム(以下、「PSZ」という。)ボールやステンレス製(SUS304)のスチールボールが使用される。   As the grinding medium, a partially stabilized zirconium (hereinafter referred to as “PSZ”) ball or a stainless steel (SUS304) steel ball is usually used.

これら粉砕媒体のうち、PSZボールは、ZrOにY等の安定化剤を添加し、ZrOの結晶構造を安定化させている。したがって、PSZボール中にはZrOが含有されるため、粉砕機内での混合粉砕処理によってPSZボール中のZrOが酸化物セラミックス中に混入するおそれがある。また、スチールボールを使用した場合も、スチールボール中のFe分が酸化物セラミックス中に混入するおそれがある。 Among these grinding media, PSZ balls, the ZrO 2 was added a stabilizer such as Y 2 O 3, thereby stabilizing the crystal structure of ZrO 2. Therefore, since ZrO 2 is contained in the PSZ ball, ZrO 2 in the PSZ ball may be mixed into the oxide ceramics by the mixing and pulverizing process in the pulverizer. Also, when steel balls are used, there is a possibility that the Fe content in the steel balls is mixed into the oxide ceramics.

一方、SrBaCoZnFe1222系の六方晶Y型結晶構造は、非常に複雑であり、僅かな組成ずれが生じても微細構造が変化し、このため強磁性誘電特性や絶縁性に影響を与えるおそれがある。 On the other hand, the SrBaCoZnFe 12 O 22- based hexagonal Y-type crystal structure is very complex, and even if a slight compositional deviation occurs, the fine structure changes, which may affect the ferromagnetic dielectric properties and insulation. There is.

そこで、本実施の形態では、粉砕媒体中の化学成分が酸化物セラミックス中に混入することを考慮し、前記セラミック素原料を所定量秤量する。具体的には、粉砕媒体としてPSZボールを使用する場合は、酸化物セラミックス中にPSZボールからのZrOが混入することを考慮し、また粉砕媒体としてスチールボールを使用する場合は、酸化物セラミックス中にスチールボールからのFe分が混入することを考慮し、各セラミック素原料を秤量する。 Therefore, in the present embodiment, a predetermined amount of the ceramic raw material is weighed in consideration that the chemical components in the grinding medium are mixed into the oxide ceramic. Specifically, when PSZ balls are used as the grinding media, it is considered that ZrO 2 from the PSZ balls is mixed into the oxide ceramics. When steel balls are used as the grinding media, oxide ceramics are used. Each ceramic raw material is weighed in consideration that the Fe content from the steel ball is mixed in.

次に、これら秤量されたセラミック素原料を部分安定化ジルコニウム(以下、「PSZ」という。)ボール等の粉砕媒体、分散剤及び純水等の溶媒と共にポットミル等の粉砕機に投入し、十分に混合粉砕し、混合物を得る。   Next, these weighed ceramic raw materials are put into a pulverizer such as a pot mill together with a pulverizing medium such as partially stabilized zirconium (hereinafter referred to as “PSZ”) balls, a dispersant and a solvent such as pure water. Mix and grind to obtain a mixture.

次に、上記混合物を乾燥させ、整粒した後、1000〜1100℃の温度で大気雰囲気下、所定時間仮焼し、仮焼物を得る。   Next, after drying and sizing the mixture, the mixture is calcined at 1000 to 1100 ° C. in an air atmosphere for a predetermined time to obtain a calcined product.

次いで、この仮焼物を整粒した後、粉砕媒体、分散剤、及びエタノールやトルエン等の有機溶媒と共に、再度粉砕機に投入し、十分に混合粉砕を行い、その後、バインダ溶液を添加し、十分に混合し、これによりセラミックスラリーを得る。   Next, after sizing this calcined product, it is again put into a pulverizer together with a pulverizing medium, a dispersant, and an organic solvent such as ethanol and toluene, sufficiently mixed and pulverized, and then a binder solution is added sufficiently. To obtain a ceramic slurry.

尚、バインダ溶液は、特に限定されるものではなく、例えばポリビニルブチラール樹脂等の有機バインダをエタノールやトルエン等の有機溶媒に溶解させ、必要に応じて可塑剤等の添加物を添加したものを使用することができる。   The binder solution is not particularly limited. For example, an organic binder such as polyvinyl butyral resin is dissolved in an organic solvent such as ethanol or toluene, and an additive such as a plasticizer is added as necessary. can do.

次いで、このように形成されたセラミックスラリーをドクターブレード法等の成形加工法を使用してシート状に成形し、所定寸法に切断し、セラミックグリーンシートを得る。そして、このセラミックグリーンシートを所定枚数積層して圧着した後、所定寸法に切断し、セラミック成形体を得る。   Next, the ceramic slurry thus formed is formed into a sheet shape using a forming method such as a doctor blade method, and cut into a predetermined size to obtain a ceramic green sheet. Then, a predetermined number of the ceramic green sheets are laminated and pressure-bonded, and then cut into predetermined dimensions to obtain a ceramic molded body.

次に、このセラミック成形体を、大気雰囲気下、300〜500℃で脱バインダ処理し、その後1150〜1250℃で大気雰囲気下、焼成処理を行ない、セラミック焼結体を得る。   Next, the ceramic compact is subjected to a binder removal treatment at 300 to 500 ° C. in an air atmosphere, and then fired at 1150 to 1250 ° C. in an air atmosphere to obtain a ceramic sintered body.

そしてその後、大気雰囲気下で十分に熱処理を行い、これにより酸化物セラミックスが作製される。   And after that, it heat-processes sufficiently in an atmospheric condition, and oxide ceramics are produced by this.

このように本酸化物セラミックスによれば、少なくともSr、Ba、Co、Zn、及びFeを含有した六方晶Y型結晶構造を有し、一般式(A)が数式(1)及び(2)を満足し、かつZrの含有モル比nとFeサイトの欠損モル比z/12のzが図1の領域Xの範囲内であるので、絶縁性が大幅に改善され、室温でも低磁場の印加で電気分極を生じさせることができ、強磁性誘電特性を有する酸化物セラミックスを得ることができる。   Thus, according to the present oxide ceramics, it has a hexagonal Y-type crystal structure containing at least Sr, Ba, Co, Zn, and Fe, and the general formula (A) is expressed by the formulas (1) and (2). Satisfactory, and the Zr content molar ratio n and the Fe site defect molar ratio z / 12 z are within the range of the region X in FIG. 1, so that the insulation is greatly improved, and a low magnetic field can be applied even at room temperature. Electrical polarization can be generated, and an oxide ceramic having ferromagnetic dielectric properties can be obtained.

次に、本酸化物セラミックスを使用したセラミック電子部品を詳述する。   Next, a ceramic electronic component using the present oxide ceramic will be described in detail.

図2は、本発明に係るセラミック電子部品としての可変インダクタの一実施の形態を示す正面図であり、図3は、その断面図である。   FIG. 2 is a front view showing an embodiment of a variable inductor as a ceramic electronic component according to the present invention, and FIG. 3 is a sectional view thereof.

この可変インダクタは、上記酸化物セラミックスで形成された部品素体1と、該部品素体1の両端部に形成された外部電極2a、2bとを有している。   The variable inductor includes a component body 1 made of the oxide ceramic and external electrodes 2 a and 2 b formed at both ends of the component body 1.

また、この可変インダクタは、高周波信号が流れた際に部品素体1内を磁束が通過するようにコイルが配されている。具体的には、この実施の形態では、Cu等の導電性材料で形成されたコイル4が、外部電極2aと外部電極2bとを懸架するように巻回されている。   The variable inductor is provided with a coil so that magnetic flux passes through the component body 1 when a high-frequency signal flows. Specifically, in this embodiment, the coil 4 formed of a conductive material such as Cu is wound so as to suspend the external electrode 2a and the external electrode 2b.

さらに、部品素体1には、内部電極3a〜3cが並列状に埋設されている。そして、これら内部電極3a〜3cのうち、内部電極3a、3cは一方の外部電極2aに電気的に接続され、内部電極3bは他方の外部電極2bに接続されている。このセラミック電子部品は、内部電極3aと内部電極3b、及び内部電極3bと内部電極3cとの間で静電容量の取得が可能とされている。   Furthermore, internal electrodes 3a to 3c are embedded in the component body 1 in parallel. Of these internal electrodes 3a-3c, the internal electrodes 3a, 3c are electrically connected to one external electrode 2a, and the internal electrode 3b is connected to the other external electrode 2b. This ceramic electronic component can acquire capacitance between the internal electrode 3a and the internal electrode 3b and between the internal electrode 3b and the internal electrode 3c.

尚、外部電極2a、2b及び内部電極3a〜3cを形成する電極材料としては、良導電性を有するものであれば、特に限定されるものではなく、Pd、Pt、Ag、Ni、Cu等各種金属材料を使用することができる。   In addition, as an electrode material which forms external electrode 2a, 2b and internal electrode 3a-3c, if it has good electroconductivity, it will not specifically limit, Various types, such as Pd, Pt, Ag, Ni, Cu, etc. Metal materials can be used.

このように構成された可変インダクタでは、部品素体1が、上述した強磁性誘電体からなる酸化物セラミックスで形成され、かつコイル4が外部電極2aと外部電極2bとを懸架するように巻回されているので、コイル4に高周波信号が入力されると、矢印A方向に生じた磁束が部品素体1内を通過し、コイルの巻き数や素子形状、及び部品素体1の透磁率に応じたインダクタンスが得られる。また、外部電極2a、2bに電圧(電界)が印加されると、電気磁気効果により磁化の変化が生じ、コイルのインダクタンスLを変化させることが可能となる。そして、電圧を変化させることにより、インダクタンスLの変化率ΔLを制御することが可能となる。   In the variable inductor thus configured, the component body 1 is formed of the above-described oxide ceramics made of a ferromagnetic dielectric, and the coil 4 is wound so as to suspend the external electrode 2a and the external electrode 2b. Therefore, when a high frequency signal is input to the coil 4, the magnetic flux generated in the direction of arrow A passes through the component element body 1, and the number of turns of the coil, the element shape, and the permeability of the component element body 1 A corresponding inductance is obtained. Further, when a voltage (electric field) is applied to the external electrodes 2a and 2b, a change in magnetization occurs due to the electromagnetic effect, and the inductance L of the coil can be changed. Then, the change rate ΔL of the inductance L can be controlled by changing the voltage.

そして、部品素体1が、上述した本発明の酸化物セラミックスで形成されているので、絶縁性が良好で、室温かつ低磁界で電気分極を得ることができ、電気磁気効果を発現することができる。   Since the component body 1 is formed of the above-described oxide ceramics of the present invention, the insulation is good, electric polarization can be obtained at room temperature and in a low magnetic field, and an electromagnetic effect can be exhibited. it can.

上記可変インダクタは、以下のようにして製造することができる。   The variable inductor can be manufactured as follows.

まず、上記酸化物セラミックスの製造方法と同様の方法・手順で、セラミックグリーンシートを作製する。   First, a ceramic green sheet is produced by the same method and procedure as the above oxide ceramic production method.

次いで、Pd等の導電性材料を主成分とする内部電極用導電性ペーストを用意する。そして、内部電極用導電性ペーストをセラミックグリーンシートに塗布し、該セラミックグリーンシートの表面に所定パターンの導電層を形成する。   Next, a conductive paste for internal electrodes whose main component is a conductive material such as Pd is prepared. Then, a conductive paste for internal electrodes is applied to the ceramic green sheet, and a conductive layer having a predetermined pattern is formed on the surface of the ceramic green sheet.

この後、導電層の形成されたセラミックグリーンシートと導電膜の形成されていないセラミックグリーンシートとを所定順序で積層し、その後、所定寸法に切断し、セラミック成形体を得る。   Thereafter, the ceramic green sheet on which the conductive layer is formed and the ceramic green sheet on which the conductive film is not formed are laminated in a predetermined order, and then cut into predetermined dimensions to obtain a ceramic molded body.

次に、このセラミック成形体を、大気雰囲気下、300〜500℃で脱バインダ処理し、その後1150〜1250℃で大気雰囲気下、焼成処理を行ない、セラミック焼結体を得、その後、所定の酸素雰囲気中で熱処理を行い、部品素体1を作製する。   Next, this ceramic molded body is treated to remove the binder at 300 to 500 ° C. in an air atmosphere, and then fired at 1150 to 1250 ° C. in an air atmosphere to obtain a ceramic sintered body. Heat treatment is performed in an atmosphere to produce the component body 1.

次いで、この部品素体1の両端部にAg等を主成分とする外部電極用導電性ペーストを塗布し、焼付処理を行い、その後、分極処理を行う。   Next, a conductive paste for external electrodes mainly composed of Ag or the like is applied to both end portions of the component element body 1 and subjected to a baking treatment, and thereafter a polarization treatment is performed.

まず、1T以上の磁場を印加して磁場分極を行い、次いで、この磁場を印加した状態で磁界の方向と直交する方向に0.5〜2kV/mm程度の電界を印加し、さらにこの電界を印加した状態で磁場の大きさを0.1〜0.5Tまで徐々に下げ、これにより電気分極を行い、これにより可変インダクタが作製される。そして、このように磁場中で分極処理を行うことにより、より大きな電気磁気効果を得ることができる。   First, magnetic field polarization is performed by applying a magnetic field of 1T or more, and then an electric field of about 0.5 to 2 kV / mm is applied in a direction orthogonal to the direction of the magnetic field in a state where this magnetic field is applied. In the applied state, the magnitude of the magnetic field is gradually lowered to 0.1 to 0.5 T, thereby performing electric polarization, thereby producing a variable inductor. Then, by performing polarization treatment in a magnetic field in this way, a larger electromagnetic effect can be obtained.

このように本実施の形態では、電界を印加することにより、磁化(透磁率)を変化させることができ、これによりコイルのインダクタンスLを変化させることが可能となる。しかも印加される電界を調整することにより、インダクタンスLの変化率を制御することができ、可変インダクタとして使用することが可能となる。   As described above, in this embodiment, by applying an electric field, the magnetization (permeability) can be changed, and thereby the inductance L of the coil can be changed. In addition, by adjusting the applied electric field, the rate of change of the inductance L can be controlled, and it can be used as a variable inductor.

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、可変インダクタについて説明したが、本発明の酸化物セラミックスは、室温かつ低磁界で大きな電気磁気効果を発現して所望の強磁性誘電特性を有することから、可変インダクタ以外の各種セラミック電子部品にも適用可能である。すなわち、磁界の大きさに応じて電流を出力する磁気センサ、コイルに流れた電流が形成する磁界の大きさに応じて電流を出力する電流センサ、電界で磁化を制御する不揮発性メモリ、可変容量デバイス等の実現が可能となる。   The present invention is not limited to the above embodiment. Although the variable inductor has been described in the above embodiment, the oxide ceramic of the present invention exhibits a desired electromagnetic dielectric property by exhibiting a large electromagnetic effect at room temperature and a low magnetic field. It can also be applied to ceramic electronic components. That is, a magnetic sensor that outputs a current according to the magnitude of the magnetic field, a current sensor that outputs a current according to the magnitude of the magnetic field formed by the current flowing in the coil, a non-volatile memory that controls magnetization by an electric field, and a variable capacitor A device or the like can be realized.

また、上記実施の形態では、磁界中で磁界方向と直交する方向に電界分極を行なっているが、結晶粒子が多結晶体の場合は、磁界の方向と電界分極の方向は同一方向であっても大きな電気磁気効果を得ることができる。   In the above embodiment, the electric field polarization is performed in a direction perpendicular to the magnetic field direction in the magnetic field. However, when the crystal grains are polycrystalline, the magnetic field direction and the electric field polarization direction are the same direction. Can also obtain a large electromagnetic effect.

また、磁界分極後に、磁界を非印加状態とし、電界分極を行なっても大きな電気磁気効果を得ることができ、使用形態や環境等に応じて適宜選択することができる。   Further, even if the magnetic field is not applied after the magnetic field polarization and electric field polarization is performed, a large electro-magnetic effect can be obtained, and the magnetic field can be appropriately selected according to the usage form, environment, and the like.

また、上記実施の形態では、本酸化物セラミックスの一例として、一般式(A)を挙げたが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で添加物を含有してもよく、また、O(酸素)の含有モル比についても、特性に影響を及ぼさない範囲で理論化学量論比からの若干のズレは許容される。   Moreover, in the said embodiment, although general formula (A) was mentioned as an example of this oxide ceramic, you may contain an additive in the range which does not deviate from the summary of this invention, and O (oxygen) As for the content molar ratio, a slight deviation from the stoichiometric ratio is allowed as long as it does not affect the characteristics.

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。   Next, examples of the present invention will be specifically described.

セラミック素原料としてFe、SrCO、BaCO、Co、ZnO、Al、及びZrOを用意した。 Fe 2 O 3 , SrCO 3 , BaCO 3 , Co 3 O 4 , ZnO, Al 2 O 3 , and ZrO 2 were prepared as ceramic raw materials.

そして、焼成後のBaの置換モル比x/2のx、Alの置換モル比y/12のy、Feサイトの欠損モル比z/12のz、及び主成分1モルに対するZrOの含有モル比nが、表1に示す組成となるように、粉砕媒体の化学成分が酸化物セラミックに混入することを考慮しつつ、セラミック素原料を秤量した。 Then, the Ba substitution molar ratio x / 2 x after firing, the Al substitution molar ratio y / 12 y, the Fe site defect molar ratio z / 12 z, and the moles of ZrO 2 with respect to 1 mol of the main component The ceramic raw material was weighed so that the chemical component of the grinding medium was mixed into the oxide ceramic so that the ratio n would be the composition shown in Table 1.

すなわち、本実施例では、後述する粉砕機内での混合粉砕処理で、粉砕媒体としてPSZボール又はステンレス(SUS304)製のスチールボールを使用したが、〔発明を実施するための形態〕で述べたように、酸化物セラミックスには、PSZボールからはZrOが混入するおそれがあり、スチールボールからはFeが混入するおそれがある。 That is, in this example, PSZ balls or steel balls made of stainless steel (SUS304) were used as a grinding medium in a mixing and grinding process in a grinding machine to be described later. As described in [Mode for Carrying Out the Invention] Furthermore, there is a possibility that ZrO 2 is mixed from the PSZ ball into the oxide ceramic, and Fe is mixed from the steel ball.

そこで、本実施例では、焼成後に所望組成の酸化物セラミックスが得られるようにセラミック素原料の秤量調整を行なった。   Therefore, in this example, the ceramic raw materials were weighed so that oxide ceramics having a desired composition were obtained after firing.

具体的には、本発明者らが、別途実験を行なったところ、粉砕媒体としてPSZボールを使用した場合、定量分析の結果、0.35wt%のZr成分が混入し、粉砕媒体としてスチールボールを使用した場合、組成分析の結果、1.5wt%のFe成分が混入することが分かった。   Specifically, when the present inventors conducted a separate experiment, when PSZ balls were used as the grinding media, as a result of quantitative analysis, 0.35 wt% Zr component was mixed, and steel balls were used as the grinding media. As a result of composition analysis, it was found that 1.5 wt% Fe component was mixed when used.

そこで、ZrOを含有した試料番号2〜19については、粉砕媒体としてPSZボールを使用することを前提に、PSZボールから混入するZrOを考慮してセラミック素原料を秤量した。また、ZrOを含有しない試料番号1については、粉砕媒体にスチールボールを使用することを前提にスチールボールから混入するFe成分を考慮し、各セラミック素原料を秤量した。 Therefore, for sample numbers 2 to 19 containing ZrO 2 , the ceramic raw materials were weighed in consideration of ZrO 2 mixed from the PSZ balls on the assumption that PSZ balls were used as the grinding media. For sample No. 1 containing no ZrO 2 , each ceramic raw material was weighed in consideration of the Fe component mixed from the steel balls on the assumption that the steel balls were used as the grinding media.

次に、このようにして秤量されたセラミック素原料を水系高分子分散剤(花王社に製、カオーセラ2210)及び純水をPSZボール又はスチールボールと共にポリエチレン製のポットミルに投入し、16時間混合粉砕し、混合物を得た。   Next, the ceramic raw material weighed in this way is charged with an aqueous polymer dispersant (manufactured by Kao Corporation, Kaosela 2210) and pure water together with PSZ balls or steel balls into a polyethylene pot mill and mixed and pulverized for 16 hours. To obtain a mixture.

次に、上記混合物を乾燥させ、整粒した後、大気雰囲気下、1100℃の温度で4時間仮焼し、仮焼物を得た。   Next, the mixture was dried and sized, and then calcined at a temperature of 1100 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to obtain a calcined product.

一方、別途、ポリビニルブチラール系バインダ樹脂(積水化学工業社製、エスレックB「BM−2」)をエタノールとトルエンの混合溶媒に溶解させ、可塑剤を添加してバインダ溶液を作製した。   Separately, polyvinyl butyral binder resin (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., ESREC B “BM-2”) was dissolved in a mixed solvent of ethanol and toluene, and a plasticizer was added to prepare a binder solution.

次いで、上記仮焼物を整粒した後、溶剤系分散剤(花王社製、カオーセラ8000)、及びエタノールとトルエンの混合溶媒をPSZボール又はスチールボールと共にポットミルに投入し、24時間混合粉砕し、その後、上記バインダ溶液を添加し、再度12時間混合し、これによりセラミックスラリーを得た。   Next, after sizing the calcined product, a solvent-based dispersant (manufactured by Kao Corporation, Kaosela 8000) and a mixed solvent of ethanol and toluene are put into a pot mill together with PSZ balls or steel balls, mixed and ground for 24 hours, The binder solution was added and mixed again for 12 hours, thereby obtaining a ceramic slurry.

次いで、このように作製されたセラミックスラリーをドクターブレード法を使用し、厚みが約50μmのシート状に成形し、金型を使用して所定寸法に切断し、セラミックグリーンシートを得た。そして、このセラミックグリーンシートを所定枚数積層し、196MPaの圧力で圧着し、切断して長さ:12mm、幅:12mm、厚み:0.6mmの試料番号1〜19のセラミック成形体を作製した。   Next, the ceramic slurry thus prepared was formed into a sheet having a thickness of about 50 μm by using a doctor blade method, and cut into a predetermined size using a mold to obtain a ceramic green sheet. Then, a predetermined number of the ceramic green sheets were laminated, pressure-bonded at a pressure of 196 MPa, and cut to prepare ceramic molded bodies of sample numbers 1 to 19 having a length: 12 mm, a width: 12 mm, and a thickness: 0.6 mm.

次に、これら試料番号1〜19のセラミック成形体を、大気雰囲気下、500℃で脱バインダ処理を行った後、1200℃で大気雰囲気下、18時間焼成処理を行ない、試料番号1〜19のセラミック焼結体を作製した。   Next, the ceramic compacts of Sample Nos. 1 to 19 were subjected to a binder removal treatment at 500 ° C. in an air atmosphere, and then subjected to a firing treatment at 1200 ° C. in an air atmosphere for 18 hours. A ceramic sintered body was produced.

次いで、試料番号1〜19のセラミック焼結体を0.1MPa(1気圧)の酸素雰囲気中、1090℃の温度で10時間熱処理を行ない、これにより試料番号1〜19の部品素体を作製した。   Next, the ceramic sintered bodies of sample numbers 1 to 19 were subjected to heat treatment at a temperature of 1090 ° C. for 10 hours in an oxygen atmosphere of 0.1 MPa (1 atm), thereby producing the component bodies of sample numbers 1 to 19 .

部品素体の寸法は、長さ:10mm、幅:10mm、厚み:0.5mmであった。   The dimensions of the component body were length: 10 mm, width: 10 mm, and thickness: 0.5 mm.

次に、試料番号1〜19の各部品素体については、両主面にPtをターゲット物質にしてDCスパッタリングを行い、厚みが約300nmの表面電極を作製し、試料番号1〜19の各試料を得た。尚、DCスパッタリングは、5mmTに調整された真空容器中にArガスを供給し、150Wの電力を供給して行った。   Next, for each of the component bodies of sample numbers 1 to 19, DC sputtering was performed using Pt as a target material on both main surfaces to produce a surface electrode having a thickness of about 300 nm. Got. DC sputtering was performed by supplying Ar gas into a vacuum vessel adjusted to 5 mmT and supplying power of 150 W.

そして、試料番号1〜19の各試料について、誘導結合プラズマ発光分光(ICP)法及び蛍光X線分析(XRF)法を使用して組成分析したところ、各試料は表1で示された組成を有することが確認された。また、各試料について、X線回折(XRD)法で結晶構造を調べたところ、六方晶Y型結晶構造を有していることが確認された。   And about each sample of the sample numbers 1-19, when the composition analysis was carried out using the inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP) method and the fluorescent X ray analysis (XRF) method, each sample had the composition shown in Table 1. It was confirmed to have. Further, when the crystal structure of each sample was examined by an X-ray diffraction (XRD) method, it was confirmed that it had a hexagonal Y-type crystal structure.

〔試料の評価〕
(絶縁性の評価)
上記試料番号1〜19のうち、Feサイトの欠損量zとZrOの含有量nが同一モル比(n=z)の試料番号1〜5の各試料について、高抵抗測定計(米国ケースレー・インスツルメント社製、6487)を使用し、比抵抗ρを求めた。
(Sample evaluation)
(Insulation evaluation)
Among the above sample numbers 1 to 19, for each sample number 1 to 5 having the same molar ratio (n = z) of the defect amount z of Fe site and the content n of ZrO 2 , a high resistance meter (US Keithley The specific resistance ρ was obtained using 6487) manufactured by Instrument.

図4は、ZrOの含有モル比nと比抵抗ρとの関係を示す図であり、横軸はZrOの含有モル比n、縦軸は比抵抗ρを示している。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the molar ratio n of ZrO 2 and the specific resistance ρ. The horizontal axis indicates the molar ratio n of ZrO 2 and the vertical axis indicates the specific resistance ρ.

この図4から明らかなように、試料番号1は、ZrOが含有されていないため、比抵抗ρが7.2MΩ・cmと極めて低く、絶縁性に劣ることが分かった。 As can be seen from FIG. 4, Sample No. 1 does not contain ZrO 2 , so the specific resistance ρ is as extremely low as 7.2 MΩ · cm, indicating that the sample is inferior in insulation.

これに対し試料番号2〜5は、比抵抗ρが50MΩ・cm以上の良好な絶縁性を有することが分かった。   On the other hand, Sample Nos. 2 to 5 were found to have good insulating properties with a specific resistance ρ of 50 MΩ · cm or more.

以上より、六方晶Y型結晶構造を有する主成分にZrOを含有させることにより、絶縁性の向上を図ることができることが分かる。 From the above, it can be seen that by including ZrO 2 in the main component having a hexagonal Y-type crystal structure, the insulation can be improved.

(電気磁気効果の評価)
次に、試料番号1〜19の各試料に分極処理を施した。
(Evaluation of electromagnetic effect)
Next, each sample of sample numbers 1 to 19 was subjected to polarization treatment.

図5は、分極処理装置を模式的に示した斜視図である。   FIG. 5 is a perspective view schematically showing the polarization processing apparatus.

すなわち、この分極処理装置は、部品素体21の両主面に表面電極22a、22bが形成された試料23に信号線24a、24bが接続され、該信号線24aと信号線24bとの間には直流電源25が介装されている。   That is, in this polarization processing apparatus, signal lines 24 a and 24 b are connected to a sample 23 in which surface electrodes 22 a and 22 b are formed on both main surfaces of a component body 21, and the signal lines 24 a and 24 b are connected between the signal lines 24 a and 24 b. A DC power supply 25 is interposed.

尚、試料23は、上述したよう内部電極を有しており、該試料23に印加される磁界の方向(矢印Bで示す。)と電気分極が行われる電界の方向(矢印Cで示す。)とが直交するように配されている。   The sample 23 has an internal electrode as described above, the direction of the magnetic field applied to the sample 23 (indicated by arrow B) and the direction of the electric field in which electric polarization is performed (indicated by arrow C). Are arranged so as to be orthogonal to each other.

そして、まず、電磁石(図示せず。)を使用し、室温で1.5Tの直流磁場を1分間印加し、矢印B方向に磁場分極を行った。次いで、表面電極22a、22b間に800V/mmの電界を印加しつつ、磁場の大きさを1.5Tから0.5Tまで徐々に低下させ、0.5Tの磁場中で3分間、矢印C方向に電界分極を行った。このように磁場中で分極処理を行うことにより、より大きな電気磁気効果を得ることが可能となる。   First, using an electromagnet (not shown), a 1.5 T DC magnetic field was applied for 1 minute at room temperature, and magnetic field polarization was performed in the direction of arrow B. Next, while applying an electric field of 800 V / mm between the surface electrodes 22a and 22b, the magnitude of the magnetic field is gradually reduced from 1.5T to 0.5T, and the direction of arrow C is 3 minutes in the magnetic field of 0.5T. Electric field polarization was performed. By performing the polarization process in the magnetic field in this way, it is possible to obtain a larger electromagnetic effect.

次に、電界及び磁界を非印加状態とし、評価試料を1時間程度放置した。このように分極処理を行った後、所定時間放置することにより、更に大きな電気磁気効果を得ることが可能となる。   Next, the electric field and the magnetic field were not applied, and the evaluation sample was left for about 1 hour. In this way, after performing the polarization treatment, it is possible to obtain a larger electromagnetism effect by leaving it for a predetermined time.

次に、各試料の電気磁気電流を測定し、特性を評価した。   Next, the electric current of each sample was measured, and the characteristics were evaluated.

図6は、試料23の特性評価装置を模式的に示した斜視図である。   FIG. 6 is a perspective view schematically showing a characteristic evaluation apparatus for the sample 23.

この特性評価装置は、図5の直流電源25に代えてピアコンメータ(米国ケースレー・インスツルメント社製、6487)26が設けられており、評価試料は、図5と同様、印加する磁界の方向と電気分極時の電界の方向とが直交するように配されている。   This characteristic evaluation apparatus is provided with a pier-conmeter (made by Keithley Instruments, Inc., 6487) 26 in place of the DC power supply 25 of FIG. 5, and the evaluation sample is the direction of the magnetic field to be applied, as in FIG. And the direction of the electric field at the time of electric polarization are orthogonal to each other.

そして、低温クライオスタット(東陽テクニカ製社製、LN−Z型)で25℃の温度に制御しながら、電磁石を使用し、0〜0.21Tの磁場範囲で、1.7T/分の速度で複数回往復掃引し、その時に試料から吐き出される電荷、すなわち電気磁気電流をピアコンメータ26で計測した。   And while controlling to a temperature of 25 ° C. with a low-temperature cryostat (manufactured by Toyo Technica Co., Ltd., LN-Z type), using an electromagnet, a plurality of magnetic fields in the range of 0 to 0.21 T at a rate of 1.7 T / min. The electric charge discharged from the sample at that time, that is, the electromagnetic current, was measured with the pier-conmeter 26.

また、上記各試料のうち、試料番号16、17及び19については、電気磁気特性の挙動をより詳細に評価するため、物理特性測定装置(カンタム・デザイン社製、PPMS)を使用し、以下の方法で分極処理及び電気磁気電流の測定を行った。   Of the above samples, sample numbers 16, 17 and 19 were measured using a physical property measuring device (manufactured by Quantum Design, PPMS) in order to evaluate the behavior of the electromagnetic properties in more detail. The polarization treatment and the measurement of the electromagnetic current were performed by the method.

すなわち、図5と同様に配された試料23について、超電導磁石(図示せず。)を使用し、300Kの温度で−5Tの直流磁界を1分間印加し、矢印B方向に磁界分極を行った。次いで、この状態で表面電極22a、22b間に4〜8kV/cmの電界を印加しつつ、+18mT/sの速度で−5Tから−0.5Tまで変化させ、測定試料を単分域化した後、電界及び磁界を非印加状態とした。   That is, with respect to the sample 23 arranged in the same manner as in FIG. 5, a superconducting magnet (not shown) was used, a −5T DC magnetic field was applied for 1 minute at a temperature of 300 K, and magnetic field polarization was performed in the direction of arrow B. . Next, after applying an electric field of 4 to 8 kV / cm between the surface electrodes 22a and 22b in this state and changing from −5T to −0.5T at a speed of +18 mT / s, The electric and magnetic fields were not applied.

次に、図5の直流電源25に代えてエレクトロメータ(米国ケースレー・インスツルメント社製、6517A)を信号線24aと信号線24bとの間に介装し、約1T/minの速度で磁界を掃引しながら、その時に試料から吐き出される電荷、すなわち電気磁気電流をエレクトロメータで計測した。   Next, instead of the DC power source 25 of FIG. 5, an electrometer (US Keithley Instruments, Inc., 6517A) is interposed between the signal line 24a and the signal line 24b, and a magnetic field at a speed of about 1 T / min. The electric charge discharged from the sample at that time, that is, the electromagnetic current was measured with an electrometer.

次いで、これら計測された電気磁気電流の電流密度Jを時間で積分し、強誘電体の指標となる電気分極Prを求めた。   Next, the current density J of the measured electromagnetic current was integrated over time, and the electric polarization Pr serving as a ferroelectric index was obtained.

すなわち、電気磁気電流の電流密度Jは、数式(3)で表わすことができる。   That is, the current density J of the electromagnetic current can be expressed by Equation (3).

J=dPr/dt …(3)   J = dPr / dt (3)

したがって、電気磁気電流の電流密度Jを時間tで積分することにより、電気分極Pを求めることができる。   Therefore, the electric polarization P can be obtained by integrating the current density J of the electromagnetic current with time t.

ここで、電気分極Prが強磁性誘電体特性の指標となる理由を説明する。   Here, the reason why the electric polarization Pr becomes an index of the ferromagnetic dielectric property will be described.

強磁性誘電特性の指標として数式(4)で定義される電気磁気結合係数αが知られている。   As an index of the ferromagnetic dielectric property, an electromagnetic coupling coefficient α defined by the equation (4) is known.

α=μ(dPr/dB)…(4) α = μ 0 (dPr / dB) (4)

μは真空の透磁率(=4π×10-7H/m)である。 μ 0 is the vacuum permeability (= 4π × 10 −7 H / m).

したがって、磁界Bの変化に対する電気分極Prの変化は、数式(5)で表わされる。   Therefore, the change in the electric polarization Pr with respect to the change in the magnetic field B is expressed by Equation (5).

dPr/dB=(dPr/dt)/(dB/dt)=J/(dB/dt)…(5)
dB/dtは磁場の掃引速度を示している。
dPr / dB = (dPr / dt) / (dB / dt) = J / (dB / dt) (5)
dB / dt indicates the sweep speed of the magnetic field.

そして、数式(5)に上記数式(4)を代入すると電気磁気結合係数αは数式(8)で表わすことができる。   When the above equation (4) is substituted into the equation (5), the electromagnetic coupling coefficient α can be expressed by the equation (8).

α=(μ・J)/(dB/dt)…(8) α = (μ 0 · J) / (dB / dt) (8)

したがって、電気磁気結合係数αは、真空の透磁率μと電流密度Jとの積を磁界の掃引速度(dB/dt)で除算することにより求めることができる。 Therefore, the electromagnetic coupling coefficient α can be obtained by dividing the product of the vacuum permeability μ 0 and the current density J by the magnetic field sweep rate (dB / dt).

そして、数式(8)から明らかなように、電気磁気結合係数αは、電気磁気電流の電流密度Jが大きい試料ほど大きくなり、したがって電気分極Prが大きいほど大きな電気磁気効果を得ることができ、強磁性誘電体となる。   As is clear from the equation (8), the electromagnetic coupling coefficient α increases as the sample having a larger current density J of the electromagnetic current, and as a result, the larger the electric polarization Pr, the larger the electromagnetic effect can be obtained. Becomes a ferromagnetic dielectric.

表1は、試料番号1〜19の各試料について、その組成、及び電気分極Prを示している。   Table 1 shows the composition and the electric polarization Pr for each of the sample numbers 1 to 19.

Figure 2015040152
Figure 2015040152

また、図7は、試料番号1〜19について、ZrOの含有モル比nとFeサイトの欠損モル比z/12のzとの関係をプロットした図である。横軸はZrOの含有モル比nであり、縦軸はFeサイトの欠損モル比z/12のzを示している。図中,斜線部が本発明の領域Xである。 FIG. 7 is a graph plotting the relationship between the ZrO 2 content molar ratio n and the Fe site defect molar ratio z / 12 z for sample numbers 1 to 19. The horizontal axis represents the molar ratio n of ZrO 2 , and the vertical axis represents z of the Fe site defect molar ratio z / 12. In the figure, the shaded area is the region X of the present invention.

試料番号1は、ZrOが含有されず、Feサイトに欠損も存在しないことから、上述したように比抵抗ρが7.2MΩ・cmと低く(図4参照)、このため絶縁性に劣り、電界分極を行うことができなかった。 Sample No. 1 does not contain ZrO 2, and since there is no defect at the Fe site, the specific resistance ρ is as low as 7.2 MΩ · cm as described above (see FIG. 4). Electric field polarization could not be performed.

試料番号15は、ZrOの含有モル比nは0.2であるが、Feサイトの欠損モル比z/12のzが0.05であり、ZrOの含有モル比nに比べて小さすぎるため、比抵抗ρが小さく、十分な絶縁性を確保できず、電界分極を行うことができなかった。 Sample No. 15 has a ZrO 2 content molar ratio n of 0.2, but the Fe site defect molar ratio z / 12 z is 0.05, which is too small compared to the ZrO 2 content molar ratio n. Therefore, the specific resistance ρ is small, sufficient insulation cannot be secured, and electric field polarization cannot be performed.

試料番号5は、ZrOの含有モル比n及びFeサイトの欠損モル比z/12のzがいずれも0.5であり、上述したように十分な比抵抗ρが得られていることから、絶縁性は良好であるが(図4参照)、室温では電気磁気電流を測定できず、電気分極Prを得ることができなかった。これは、絶縁性は良好であるものの、電気分極Prを誘起するのに必要な螺旋型の磁気秩序が形成されなかったためと思われる。 Sample No. 5 has both ZrO 2 content molar ratio n and Fe site defect molar ratio z / 12 z of 0.5, and a sufficient specific resistance ρ is obtained as described above. Although the insulation was good (see FIG. 4), the electromagnetic current could not be measured at room temperature, and the electric polarization Pr could not be obtained. This is presumably because the helical magnetic order necessary for inducing the electric polarization Pr was not formed although the insulation was good.

また、試料番号7、11〜13、15及び18は、いずれも領域Xの範囲外であり、絶縁性は良好であるが、試料番号5と同様の理由から、室温では電気磁気電流を測定できず、電気分極Prを得ることができなかった。   Sample Nos. 7, 11-13, 15 and 18 are all outside the range of region X and have good insulation, but for the same reason as sample No. 5, the electromagnetic current can be measured at room temperature. In other words, the electric polarization Pr could not be obtained.

これに対し試料番号2〜4、6、8〜10、14、16、17、及び19は、Baの置換モル比x/2のx及びAlの置換モル比y/12のyがいずれも1.0であり、かつZrOの含有モル比nとFeサイトの欠損モル比z/12のzとの関係が領域Xの範囲内にあるので、絶縁性が良好で、かつ室温で0.5μC/m以上の良好な電気分極Prを有する電気磁気効果を発現する強磁性誘電体が得られることが分かった。 On the other hand, in sample numbers 2 to 4, 6, 8 to 10, 14, 16, 17, and 19, both x of Ba substitution molar ratio x / 2 and y of Al substitution molar ratio y / 12 are both 1. And the relationship between the ZrO 2 content molar ratio n and the Fe site defect molar ratio z / 12 z is within the range of the region X, so that the insulation is good and the room temperature is 0.5 μC. It was found that a ferromagnetic dielectric material exhibiting an electromagnetic effect having a favorable electric polarization Pr of / m 2 or more can be obtained.

図8及び図9は試料番号19の電気磁気特性を示している。   8 and 9 show the electromagnetic characteristics of Sample No. 19.

図8は、試料番号19の電流密度特性を示し、横軸は磁界(T)、縦軸は電流密度J(μA/m)である。 FIG. 8 shows the current density characteristics of Sample No. 19, where the horizontal axis represents the magnetic field (T) and the vertical axis represents the current density J (μA / m 2 ).

また、図9は試料番号19の磁界と電気分極Prとの関係を示し、横軸は磁界(T)、縦軸は電気分極Pr(μC/m)である。 FIG. 9 shows the relationship between the magnetic field of sample number 19 and the electric polarization Pr. The horizontal axis represents the magnetic field (T) and the vertical axis represents the electric polarization Pr (μC / m 2 ).

この図8に示すように、磁界を−0.5Tから0.1T/sの速度で掃引すると、磁界が負の領域からゼロ磁界近傍までは、ほぼ正の電気磁気電流が流れ、ゼロ磁界近傍から磁界の極性が反転して正の磁界が印加されても、電気磁気電流は負側には殆ど流れないことが分かる。   As shown in FIG. 8, when the magnetic field is swept at a speed of -0.5 T to 0.1 T / s, a substantially positive electromagnetic current flows from the negative field to the vicinity of the zero magnetic field, and the vicinity of the zero magnetic field. It can be seen that even when the polarity of the magnetic field is reversed and a positive magnetic field is applied, the electromagnetic current hardly flows on the negative side.

この電気磁気電流の電流密度Jを積分すると、電気分極Prが求まり、図9のような電気分極特性が得られる。   When the current density J of the electromagnetic current is integrated, the electric polarization Pr is obtained, and the electric polarization characteristics as shown in FIG. 9 are obtained.

そして、この電気分極Prは、磁界が−0.5Tからゼロ磁界近傍域までは正の電気分極Prが得られるが、印加磁界の極性が反転すると、電気分極Prも反転して負の方向に発生し、約2Tの磁界で電気分極Prはほぼゼロになっている。そしてこの試料番号19では、磁界が0〜1.2Tの範囲で強誘電性が誘起され、電気分極Prも負の磁界側で3.1μC/mと大きな値を示すことが分かった。また式(8)から電気磁気結合係数αを算出すると、ゼロ磁場で極大値を取り、αは50ps/mであった。 As for this electric polarization Pr, a positive electric polarization Pr is obtained when the magnetic field is from −0.5 T to the vicinity of the zero magnetic field. However, when the polarity of the applied magnetic field is reversed, the electric polarization Pr is also reversed in the negative direction. The electric polarization Pr is almost zero in a magnetic field of about 2T. In Sample No. 19, it was found that ferroelectricity was induced when the magnetic field was in the range of 0 to 1.2 T, and the electric polarization Pr also showed a large value of 3.1 μC / m 2 on the negative magnetic field side. Further, when the electromagnetic coupling coefficient α was calculated from the equation (8), the maximum value was obtained at zero magnetic field, and α was 50 ps / m.

焼成後のBaの置換モル比x/2のx、Alの置換モル比y/12のy、Feサイトの欠損モル比z/12のz、及び主成分1モルに対するZrOの含有モル比nが、表2及び表3に示す組成となるように、粉砕媒体の化学成分が酸化物セラミックスに混入することを考慮しつつ、セラミック素原料を秤量した。 Ba substitution molar ratio x / 2 x after firing, Al substitution molar ratio y / 12 y, Fe site defect molar ratio z / 12 z, and ZrO 2 content molar ratio n to 1 mol of main component However, the ceramic raw materials were weighed so that the chemical components of the grinding medium were mixed into the oxide ceramic so as to have the compositions shown in Tables 2 and 3.

そしてその後は、実施例1と同様の方法・手順で、試料番号21〜66の試料を作製した。   Thereafter, samples Nos. 21 to 66 were prepared by the same method and procedure as in Example 1.

そして、試料番号21〜66の各試料の組成分析は、実施例1と同様、ICP法及びXRF法を使用して行い、結晶構造はXRD法で確認したところ、各試料は表2及び表3に示す組成を有し、六方晶Y型結晶構造を有していることを確認した。   And the composition analysis of each sample of the sample numbers 21-66 was performed using ICP method and XRF method like Example 1, and when the crystal structure was confirmed by XRD method, each sample was shown in Table 2 and Table 3. It was confirmed that the composition had a hexagonal Y-type crystal structure.

次に、試料番号21〜66の各試料について、実施例1と同様の方法・手順で
分極処理を行った後、電気磁気電流を測定し、該電気磁気電流から電気分極Prを求めた。
Next, each sample Nos. 21 to 66 was subjected to a polarization treatment in the same manner and procedure as in Example 1, and then an electromagnetism current was measured to obtain an electropolarization Pr from the electromagnetism current.

表2及び表3は、試料番号21〜66の各試料について、その組成、及び電気分極Prを示している。   Tables 2 and 3 show the composition and electric polarization Pr for each of the sample numbers 21 to 66.

Figure 2015040152
Figure 2015040152

Figure 2015040152
Figure 2015040152

試料番号35は、Alの置換モル比y/12のyが0.7と少なく、このため室温では電気分極Prを生じる螺旋型の磁気構造が誘起されず、電気磁気電流を測定することができなかった。   Sample No. 35 has an Al substitution molar ratio y / 12 of y as small as 0.7, and therefore, at room temperature, a helical magnetic structure that generates electric polarization Pr is not induced, and an electric current can be measured. There wasn't.

試料番号36は、Alの置換モル比y/12のyが1.3と多く、絶縁性は良好であるが、異相が生成した。そして、この異相の生成によって電気磁気特性の発現が阻害され、このため室温では電気磁気電流を測定できず、電気分極Prが得られなかった。   In Sample No. 36, the substitution molar ratio y / 12 of y was as high as 1.3 and the insulation was good, but a heterogeneous phase was generated. The generation of this heterogeneous phase hinders the expression of the electromagnetic characteristics, so that the electromagnetic current cannot be measured at room temperature, and the electric polarization Pr cannot be obtained.

試料番号65は、Baの置換モル比x/2のxが0.8であり、Baに対するSrのモル比が相対的に多くなり、このため絶縁性は十分であるが、室温では電気磁気電流を測定することができず、電気分極Prが得られなかった。   In Sample No. 65, x of Ba substitution molar ratio x / 2 is 0.8, and the molar ratio of Sr to Ba is relatively large, so that the insulation is sufficient, but at room temperature, the electromagnetic current Could not be measured, and electric polarization Pr could not be obtained.

試料番号66は、Baの置換モル比x/2のxが1.2であり、Baに対するSrのモル比が相対的に少なくなり、この場合も絶縁性は十分であるが、室温では電気磁気電流を測定することができず、電気分極Prが得られなかった。   Sample No. 66 has a Ba substitution molar ratio x / 2 x of 1.2, and the molar ratio of Sr to Ba is relatively small. In this case as well, the insulation is sufficient, but at room temperature, the electromagnetism is sufficient. The current could not be measured, and the electric polarization Pr could not be obtained.

これに対し試料番号21〜34、37〜64は、Baの置換モル比x/2のxが0.9〜1.1であり、Alの置換モル比y/12のyが0.8〜1.2であり、ZrOの含有モル比nとFeサイトの欠損モル比z/12のzとの関係が領域Xの範囲内にあるので、実用的には十分な絶縁性を確保でき、かつ電気分極Prも室温で0.5μC/m以上の良好な結果が得られることが確認された。 On the other hand, Sample Nos. 21-34 and 37-64 have Ba substitution molar ratio x / 2 x of 0.9 to 1.1, and Al substitution molar ratio y / 12 y of 0.8 to 0.8. 1.2, and since the relationship between the ZrO 2 content molar ratio n and the Fe site defect molar ratio z / 12 z is within the range of the region X, practically sufficient insulation can be secured, In addition, it was confirmed that good results of electric polarization Pr of 0.5 μC / m 2 or more were obtained at room temperature.

絶縁性が良好で300K程度の室温かつ低磁界で強磁性誘電特性を発現できる酸化物セラミックスを得ることができ、この酸化物セラミックスを使用して可変インダクタや磁気センサ、不揮発性メモリ等の各種セラミック電子部品の実現が可能となる。   It is possible to obtain oxide ceramics that have good insulation and can exhibit ferromagnetic dielectric properties at room temperature and low magnetic field of about 300K. Using these oxide ceramics, various ceramics such as variable inductors, magnetic sensors, and nonvolatile memories Electronic parts can be realized.

1 部品素体
2a、2b 外部電極
3a〜3c 内部電極
1 Component element body 2a, 2b External electrode 3a-3c Internal electrode

Claims (5)

主成分が、少なくともSr、Ba、Co、Zn、及びFeを含有した六方晶Y型結晶構造を有すると共に、前記主成分1モルに対しnモルのZrが含有され、
前記Baは、該Baの含有量をx/2としたときに、xが0.9〜1.1となるように、前記Srの一部を置換する形態で含有されると共に、
少なくともAlが、該Alの含有量をモル比換算でy/12としたときに、yは0.8〜1.2の範囲となるように、Feサイトに含有される前記Feの一部を置換する形態で含有され、
かつ、前記Feサイトの化学量論組成に対する欠損量をモル比換算でz/12としたときに、(n,z)が、座標軸上でA(0.05,0.05)、B(0.1,0.05)、C(0.4,0.35)、D(0.4,0.4)、E(0.2,0.4)、F(0.05,0.1)で囲まれる領域にあることを特徴とする酸化物セラミックス。
The main component has a hexagonal Y-type crystal structure containing at least Sr, Ba, Co, Zn, and Fe, and contains n mol of Zr with respect to 1 mol of the main component,
The Ba is contained in such a form that a part of the Sr is substituted so that x is 0.9 to 1.1 when the content of Ba is x / 2.
At least Al, when the content of Al is y / 12 in terms of molar ratio, a part of the Fe contained in the Fe site is such that y is in the range of 0.8 to 1.2. Contained in a substituted form,
In addition, when the amount of deficiency with respect to the stoichiometric composition of the Fe site is z / 12 in terms of molar ratio, (n, z) is A (0.05, 0.05), B (0 .1, 0.05), C (0.4, 0.35), D (0.4, 0.4), E (0.2, 0.4), F (0.05, 0.1 Oxide ceramics characterized by being in a region surrounded by
一般式[Sr2-xBaCoZnFe12-y-zAl22+nZrO](ただし、0.9≦x≦1.1、0.8≦y≦1.2)で表されることを特徴とする請求項1記載の酸化物セラミックス。 Formula [Sr 2-x Ba x CoZnFe 12-yz Al y O 22 + nZrO 2] ( although, 0.9 ≦ x ≦ 1.1,0.8 ≦ y ≦ 1.2) , characterized by being represented by The oxide ceramic according to claim 1. 部品素体の表面に外部電極が形成されたセラミック電子部品であって、
前記部品素体が、請求項1又は請求項2記載の酸化物セラミックスで形成されていることを特徴とするセラミック電子部品。
A ceramic electronic component in which external electrodes are formed on the surface of a component body,
A ceramic electronic component, wherein the component element body is formed of the oxide ceramic according to claim 1.
コイルが、前記部品素体の透磁率に応じたインダクタンスを有するように配されていることを特徴とする請求項3記載のセラミック電子部品。   The ceramic electronic component according to claim 3, wherein the coil is disposed so as to have an inductance corresponding to a magnetic permeability of the component element body. 内部電極が、前記部品素体に埋設されていることを特徴とする請求項3又は請求項4記載のセラミック電子部品。   5. The ceramic electronic component according to claim 3, wherein an internal electrode is embedded in the component element body.
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