JP2501649B2 - マイクロ波誘電体セラミックス - Google Patents

マイクロ波誘電体セラミックス

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JP2501649B2 JP1330677A JP33067789A JP2501649B2 JP 2501649 B2 JP2501649 B2 JP 2501649B2 JP 1330677 A JP1330677 A JP 1330677A JP 33067789 A JP33067789 A JP 33067789A JP 2501649 B2 JP2501649 B2 JP 2501649B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、マイクロ波誘電体セラミックス、特にそ
の比誘電率(ε)および無負荷Q(Qu)が大きくかつ
組成を変化させることにより零を中心にして正または負
の任意の温度係数(τ)が得られるマイクロ波誘電体
セラミックス組成物に関するものである。
(従来の技術) 一般に、温度保償用セラミックス(磁器)コンデンサ
やマイクロ波回路用の誘電体共振器等では誘電体セラミ
ックス(磁器)組成物として比誘電率εおよび無負荷
Q:Qu(=1/tanδ)が大きく、共振周波数の温度係数τ
としては、0を中心にして正または負の任意の温度係
数が得られることが必要とされている。従来、かかる誘
電体セラミックス組成物としてBaO・TiO2系、MgTiO3・C
aO系、ZrO2・SnO2・TiO2系、BaO・TiO2・Sm2O3・La2O3
系などの組成物を使用していた(例えば特公昭61−1460
6号公報参照)。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、これら従来の誘導体セラミックス組成
物を用いて誘電体共振器やコンデンサを製造した場合、
その温度係数τが0(ppm/℃)付近では比誘電率ε
が60〜80であり、このような比誘電率の値は、誘電体共
振器等の小形化を図る上で小さくて不十分であるという
問題点があった。
ところで、この出願に係る発明者等は、既に特願平1
−206566号において、酸化バリウム(BaO)、二酸化チ
タン(TiO2)、酸化サマリウム(Sm2O3)、酸化ランタ
ン(La2O3)、酸化ネオジウム(Nd2O3)および酸化ビス
マス(Bi2O3)からなる組成物において、その組成式を X BaO・Y TiO2・Z{(Sm2O31-W1-W2(La2O3W1(Nd2O3W2}・VBi2O3 と表わしたとき、X、Y、Z、Vをそれぞれモル%で 11.5≦X≦21.0 60.0≦Y≦76.0 6.5≦Z≦26.0 0.1≦V≦ 5.0 X+Y+Z+V=100 {但し、W1、W2、(1−W1−W2)をモル比としたとき、
0<W1<1.0、0<W2<1.0、0<(1−W1−W2)<1.0
である}の組成範囲とした場合に、このマイクロ波誘電
体セラミックスは、マイクロ波領域において、比誘電率
(ε)および無負荷Q(Qu)が大きく、さらに組成を
変化させることによって広範囲に共振周波数の温度係数
τを変化させることができることを報告している。
従って、この発明の目的は、BaO、TiO2、Sm2O3、La2O
3、Nd2O3およびBi2O3からなる組成物を主成分とする場
合、これら主成分を構成する各組成のモル%(X、Y、
ZおよびV)と所要のモル比{W1、W2および(1−W1
W2)}とをそれぞれ一定とした場合でも、比誘電率(ε
)或いは無負荷Q(Qu)を向上させるとともに、必要
に応じて温度係数(τ)を0(ppm/℃)付近で広範囲
に変化させることができるマイクロ波誘電体セラミック
スを提供するものである。
(課題を解決するための手段) この発明の達成を図るため、この発明のマイクロ波誘
電体セラミックスによれば、酸化バリウム(BaO)、二
酸化チタン(TiO2)、酸化サマリウム(Sm2O3)、酸化
ランタン(La2O3)、酸化ネオジウム(Nd2O3)および酸
化ビスマス(Bi2O3)からなる組成物の組成式を X BaO・Y TiO2・Z{(Sm2O31-W1-W2(La2O3W1(Nd2O3W2}・V Bi2O3 と表わしたとき、X、Y、Z、Vをそれぞれモル%で 11.5≦X≦21.0 60.0≦Y≦76.0 6.5≦Z≦26.0 0.1≦V≦ 5.0 X+Y+Z+V=100 {但し、W1、W2、(1−W1−W2)をモル比としたとき0
<W1<1、0<W2<1、0<(1−W1−W2)<1であ
る}の組成範囲とし、さらに、前記組成物を主成分とす
ると、該主成分に対し、副成分として、酸化セリウム
(CeO2)を5重量%以下(但し、0重量%を除く)添加
してなることを特徴とする。尚、このCeO2の5重量%
は、BaO、TiO2、Sm2O3、La2O3、Nd2O3およびBi2O3から
なる上述した組成物(主成分)の1モルに対し、0.0606
モルに相当する。
さらに、この発明のマイクロ波誘電体セラミックスに
よれば、上述した副成分として、酸化セリウム(CeO2
を用いる代わりに酸化鉛(PbO)を用い、その酸化鉛(P
bO)を5重量%以下(但し、0重量%を除く)添加して
なることを特徴とする。尚、このPbOの5重量%は、Ba
O、TiO2、Sm2O3、La2O3、Nd2O3およびBi2O3からなる上
述した組成物(主成分)の1モルに対し、0.0463モルに
相当する。
(作用) この発明の上述した構成によれば、マイクロ波誘電体
セラミックス組成物の各組成成分の組成範囲を、いずれ
も、上述した所定範囲内に測定してあるので、後述する
実験結果からも明らかなように、上述した温度係数τ
が0(ppm/℃)付近でも比誘電率εおよび無負荷Qが
大きく、しかも、組成を変化させることにより零を中心
にして正または負の任意の温度係数τを得ることが出
来る。
(実施例) 以下、この発明のマイクロ波誘電体セラミックスの実
施例につき説明する。
[実施例I]:酸化セリウム(CeO2)を副成分とする例 出発原料として化学的に高純度のBaCO3、TiO2、Sm
2O3、La2O3、Nd2O3、Bi2O3およびCeO2を別表1に示す所
定の組成比率になるようにそれぞれ秤量し、純水ととも
にボールミルを用いて混合した。尚、この実施例では、
BaCO3、TiO2、Sm2O3、La2O3、Nd2O3およびBi2O3の組成
物(主成分)の組成比率の組み合わせは、二種類とし、
それぞれの組成比率の組の主成分に対し副成分としての
CeO2の添加量を種々に変えた。この混合物を空気中で10
60℃の温度で2時間仮焼した。得られた仮焼物をボール
ミルで純水とともに粉砕し、脱水乾燥後、バインダを添
加して造粒した後、32メッシュのふるいを通して整粒
(分級)した。
得られた造粒粉体を、金型を用いて油圧プレスで、成
形圧力1〜3ton/cm2で、成形して直径16mm、厚さ9mmの
円板状の成形体を得た。次に、得られた成形体を高純度
のアルミナ匣に入れ、1250℃〜1400℃の温度範囲の適切
な温度で2時間、空気中で焼成し、誘電体セラミックス
を得た。
得られた誘電体セラミックスについてハッキ・コール
マン法により比誘電率(ε)および無負荷Q(Qu)測
定し、その結果を別表1に示した。また、共振周波数の
温度係数τを、下記(1)式に従って20℃の共振周波
数を基準にして−40℃と+85℃の温度におけるそれぞれ
の共振周波数から求め、これらの実験結果を別表1に示
した。尚、これらの測定における共振周波数は3〜4GHz
であった。
但し、 f(20℃)=20℃における共振周波数 f(85℃)=85℃における共振周波数 f(−40℃)=−40℃における共振周波数 ΔT:測定温度差、 ここでは85−(−40)=125℃ 別表1において*印を付した試料番号のものは、この
発明の範囲外の比較例であり、それ以外の試料がこの発
明の範囲内の実施例である。尚、別表1中、重量%をwt
%として示してある。
別表1の測定結果によれば、主成分に対して、CeO2
添加量を増加させていくと、比誘電率(ε)および無
負荷Q(Qu)は、最大値を示したのち減少し、温度係数
(τは、最小値を示したのち増大する。すなわち、比
誘電率(ε)は、CeO2の添加量0.2重量%、無負荷Q
(Qu)は、CeO2の添加量3重量%のとき最大値ε=8
9.5およびQu=2310となり、その後、比誘電率(ε
および無負荷Q(Qu)がともに減少し、CeO2の添加量5
重量%を超えるもの、すなわち、試料番号6、12のもの
は比誘電率がε=40前後と非常に小さくなり、この発
明の目的に合わず、不適当であることがわかる。
以上の結果から実用的に見て主成分の組成式を X BaO・Y TiO2・Z{(Sm2O31-W1-W2(La2O3W1(Nd2O3W2}・VBi2O3 と表わしたとき、X、Y、ZおよびVをそれぞれモル%
で 11.5≦X≦21.0 60.0≦Y≦76.0 6.5≦Z≦26.0 0.1≦V≦ 5.0 X+Y+Z+V=100 とし、さらに、W1およびW2をモル比で表わしたとき 0<W1<1.0 0<W2<1.0 0<1−W1−W2<1.0 の範囲とし、この主成分に対して副成分のCeO2を5重量
%以下(但し、0を除く)添加してなる誘電体セラミッ
ク組成物がマイクロ波誘電体組成物として適しているこ
とがわかった。尚、このCeO2の5重量%は、主成分1モ
ルに対しCeO2の0.0606モルに相当する量である。また、
この誘電体セラミック組成物の焼結性も向上した。
[実施例II]:酸化鉛(PbO)を副成分とする例 出発原料として化学的に高純度のBaCO3、TiO2、Sm
2O3、La2O3、Nd2O3、Bi2O3およびPbOを別表2に示す所
定の組成比率になるようにそれぞれ秤量し、純水ととも
にボールミルを用いて混合した。尚、この実施例では、
BaCO3、TiO2、Sm2O3、La2O3、Nd2O3およびBi2O3の組成
物(主成分)の組成比率の組み合わせは、二種類とし、
それぞれの組成比率の組の主成分に対し副成分としての
PbOの添加量を種々に変えた。この混合物を空気中で106
0℃の温度で2時間仮焼した。得られた仮焼物をボール
ミルで純水とともに粉砕し、脱水乾燥後、バインダを添
加して造粒した後、32メッシュのふるいを通して整粒
(分級)した。
得られた造粒粉体を、金型に用いて油圧プレスで、成
形圧力1〜3ton/cm2で、成形して直径16mm、厚さ9mmの
円板状の成形体を得た。次に、得られた成形体を高純度
のアルミナ匣に入れ、1250℃〜1400℃の温度範囲の適切
な温度で2時間、空気中で焼成し、誘電体セラミックス
を得た。
得られた誘電体セラミックスについてハッキ・コール
マン法により比誘電率(ε)および無負荷Q(Qu)を
測定し、その結果を別表2に示した。また、このときの
測定条件を実施例Iの場合と同一の条件として測定を行
なった。
別表2において*印を付した試料番号のものは、この
発明の範囲外の比較例であり、それ以外の試料がこの発
明の範囲内の実施例である。尚、別表2中、重量%をwt
%として示してある。
別表2の測定結果によれば、主成分に対して、PbOの
添加量を増加させていくと、比誘電率(ε)は、添加
量5wt%までは増大し、最大ε=95.2を示したのち減
少する。一方、無負荷Q(Qu)は、添加量の増大ととも
に小さくなり、5wt%を超えると急激に小さくなる。さ
らに、温度係数(τ)は、添加量3wt%で最小値を示
した後、増大に転じ添加量5wt%を超えると急激に大き
くなる。このように試料番号6、12のものは無負荷Q
(Qu)が1000以下と小さく、温度係数がに大きいた
め、この発明の目的に合わず、不適当であることがわか
る。
以上の結果から実用的に見て主成分の組成式を X BaO・Y TiO2・Z{(Sm2O31-W1-W2(La2O3W1(Nd2O3W2}・VBi2O3 と表わしたとき、X、Y、ZおよびVをそれぞれモル%
で 11.5≦X≦21.0 60.0≦Y≦76.0 6.5≦Z≦26.0 0.1≦V≦ 5.0 X+Y+Z+V=100 とし、さらに、W1およびW2をモル比で表わしたとき 0<W1<1.0 0<W2<1.0 0<1−W1−W2<1.0 の範囲とし、この主成分に対して副成分のPbOを5重量
%以下(但し、0を除く)添加してなる誘電体セラミッ
ク組成物がマイクロ波誘電体組成物として適しているこ
とがわかった。尚、このPbOの5重量%は、主成分1モ
ルに対しPbOの0.0463モルに相当する量である。また、
この誘電体セラミック組成物の焼結性も向上した。
尚、この発明は上述した別表1および2で挙げたそれ
ぞれの実施例にのみ限定されるものではなく、各実施例
において、上述した主成分の組成範囲内での他の組み合
わせからなる主成分に対して、それぞれの副成分の添加
量を上述した範囲内で種々変えて得られる各誘電体セラ
ミックスも、上述したそれぞれの実施例と同等の効果が
得られる。
(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明のマイ
クロ波誘電体セラミックスは、マイクロ波領域において
比誘電率(ε)および無負荷Q(Qu)が大きく、さら
に組成を変化させることによって広範囲に共振周波数の
温度係数τを変化させることができる。
従ってマイクロ波誘電体共振器あるいは温度保償用コ
ンデンサ等の誘電体セラミックス(磁器)として利用す
ることができるので、工業的利用価値が大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−131901(JP,A) 特開 昭58−30002(JP,A) 特開 昭62−29008(JP,A) 特開 昭58−126610(JP,A) 特開 昭58−185482(JP,A) 特開 昭62−187162(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化バリウム(BaO)、二酸化チタン(TiO
    2)、酸化サマリウム(Sm2O3)、酸化ランタン(La
    2O3)、酸化ネオジウム(Nd2O3)および酸化ビスマス
    (Bi2O3)からなる組成物の組成式を X BaO・Y TiO2・Z{(Sm2O31-W1-W2(La2O3W1(Nd2O3W2}・V Bi2O3 と表したとき、X、Y、Z、Vをそれぞれモル%で 11.5≦X≦21.0 60.0≦Y≦76.0 6.5≦Z≦26.0 0.1≦V≦ 5.0 X+Y+Z+V=100 {但し、W1、W2および(1−W1−W2)はそれぞれモル比
    を表わし、かつ、0<W1<1.0、0<W2<1.0、0<(1
    −W1−W2)<1.0である}の組成範囲とし、さらに、前
    記組成物を主成分とすると、該主成分に対し、副成分と
    して、酸化セリウム(CeO2)を5重量%(この5重量%
    は主成分1モルに対し0.0606モルに相当する)以下(但
    し、0重量%を除く)添加してなることを 特徴とするマイクロ波誘電体セラミックス。
  2. 【請求項2】酸化バリウム(BaO)、二酸化チタン(TiO
    2)、酸化サマリウム(Sm2O3)、酸化ランタン(La
    2O3)、酸化ネオジウム(Nd2O3)および酸化ビスマス
    (Bi2O3)からなる組成物の組成式を X BaO・Y TiO2・Z{(Sm2O31-W1-W2(La2O3W1(Nd2O3W2}・V Bi2O3 と表したとき、X、Y、Z、Vをそれぞれモル%で 11.5≦X≦21.0 60.0≦Y≦76.0 6.5≦Z≦26.0 0.1≦V≦ 5.0 X+Y+Z+V=100 {但し、W1、W2および(1−W1−W2)はそれぞれモル比
    を表わし、かつ、0<W1<1.0、0<W2<1.0、0<(1
    −W1−W2)<1.0である}の組成範囲とし、さらに、前
    記組成物を主成分とすると、該主成分に対し、副成分と
    して、酸化鉛(PbO)を5重量%(この5重量%は主成
    分1モルに対し0.0463モルに相当する)以下(但し、0
    重量%を除く)添加してなることを 特徴とするマイクロ波誘電体セラミックス。
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