JP2542237B2 - 誘電体磁器組成物 - Google Patents

誘電体磁器組成物

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JP2542237B2 JP63126353A JP12635388A JP2542237B2 JP 2542237 B2 JP2542237 B2 JP 2542237B2 JP 63126353 A JP63126353 A JP 63126353A JP 12635388 A JP12635388 A JP 12635388A JP 2542237 B2 JP2542237 B2 JP 2542237B2
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【発明の詳細な説明】 イ.発明の目的 [産業上の利用分野] 本発明は、通信および放送機器に使用されるマイクロ
波用誘電体磁器組成物に関する。
[従来の技術] 近年、マイクロ波帯において誘電率が大きく、誘電損
失が小さく、また共振周波数の温度係数(以下τと称
す)が小さな誘電体が共振器に用いられ、衛星放送受信
機や自動車電話などの通信および放送機器に応用されて
いる。従来このような用途にはBaO−TiO2系、MgO−CaO
−TiO2系の誘電体磁器が知られている。
[発明が解決しようとする課題] 誘電体を共振器として使用する際、共振器の寸法は1/
(ε1/2(但し、εは誘電体の比誘電率)に比例
することから誘電率が大きいほど誘電体の小型化が可能
である。上記BaO−TiO2系、MgO−CaO−TiO2系ではε
=20〜40であって、マイクロ波帯でも周波数の低い1GHz
付近でこれらを共振器として使用する際には寸法が大き
くなる欠点がある。近年1GHz付近で使用される誘電体共
振器の需要は高まりつつあり、寸法の小型化の要求を満
たすために、より大きい誘電率を持つ誘電体磁器が必要
となる。共振器として必要な特性を満たす為には、大き
な誘電率を持つのみでなくQ(誘電損失tanδの逆数、
即ちQ=1/tanδ)が高く、τが小さなことが必要で
ある。例えば、特開昭56−134562に示すBaO−TiO2−Nd2
O系においてはε>70、Q>2000とεが大きく、Q
が高い磁器が得られるが、τが150ppm/℃以上と大き
く実用には適さず、又、特開昭56−82501に示すBaO−Ti
O2−Nd2O3+希土類酸化物+PbO系のPbOを含まない組成
ではεは50程度と小さく、PbOを添加することでε
=91、Q=4200(at2GHz)、τ=5ppm/℃を得てい
る。とはいえPbOを含む組成は焼成時にPbOが蒸発するた
め安定した特性を得にくいと共に蒸発したPbOが焼成炉
等の装置を汚染し、他の組成の磁器の製造に悪影響を与
える製造上の欠点がある。
PbOを含まない系としてBaO−TiO2−Nd2O3−Sm2O3系が
知られており、Sm2O3を成分とすることで小さなτ
得るためには高価なSm2O3含有量を多くする必要があ
る。
ロ.発明の構成 [課題を解決するための手段] 本発明の(1)は、上記欠点を改善するため、誘電率
が大きく、Qが高く、τが小さな誘電体磁器を提供す
るためになされたもので、酸化バリウム、酸化チタン、
酸化ネオジム、酸化ガドリニウムからなり、成分組成式
(モル比率)が aBaO−bTiO2−c{(1−x)Nd2O3−xGd2O3} [但し、0.10≦a≦0.20,0.65≦b≦0.75,0.10≦c≦0.
20,a+b+c=1でかつ0<x≦0.4]からなることを
特徴とする誘電体磁器組成物である。本発明の(2)は
上記(1)に記載の誘電体磁器組成物100wt%に酸化ア
ルミニウム4wt%以下添加してなる誘電体磁器組成物で
あって、上記(1)の組成のQ、τ値をさらに改善
し、その特性値の選択の幅を拡大できる特徴を有してい
る。
第1図は、本発明の(1)の理解のためにBaO−TiO2
−(Nd2O3−Gd2O3)の3元状態図でその特許請求の範囲
を図示したものである。又、その各交点A,B,C,D,E,Fの
組成値を第1表に示した。
[作用] aBaOのa値が0.20を超えるとτが大きくなり、0.10
モル%より小さいとεが小さくなる。
bT1O2のb値が0.75を超えるとτが大きくなり、0.6
5より小さいとQが低く、燃焼し難くなる。c{(1−
X)Nd2O3−XGd2O3}のc値が0.20を超えるとQが低く
なり、0.10より小さいとτが大きくなる。
Gd2O3置換量がXが0.4を超えるとQが低くなり過ぎ
る。
本発明の特徴の1つはNd2O3の一部をGd2O3に置き換え
ることで、εを殆ど変化させることなくτを変化さ
せることができる。この特性のため、BaO−TiO2−Nd2O3
系では従来得られなかったεが大きく、τが小さな
組成を第1図のように極めて限定された範囲で得ること
が出来る。
本発明者等はさらに、このBaO−TiO2−(Nd2O3−Gd2O
3)系100wt%にAl2O3を4wt%まで添加することによりQ
値の増加し、より小さいτが得られることを見出し
た。以上のように本発明は小さなτを得るための効果
はSm2O3を置換するより大きく、少量のAl2O3の添加で小
さいτを得ることが出来る。
[実施例] 以下実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
[実施例A]:Al2O3を含有しない場合 (実施例No.1,3,4,5,6,12,18,20,22,24,28,29,30,33,3
9) 出発原料に高純度のBaCO3、TiO2、Nd2O3、Gd2O3を用
いて、所定の組成比になるように秤量した後、ポリエチ
レンポット、アルミナボールを用いて純水と共に湿式混
合した。得られたスラリーを吸引濾過し乾燥した。これ
を空気中において900〜1100℃で1〜6時間仮焼した。
仮焼後再びポリエチレン、アルミナボールを用いて、純
水とともに湿式粉砕し、吸引濾過、乾燥した。これにバ
インダーを添加し、48メッシュを通して造粒した。成形
圧力1000kgf/cm2で直径約16mm、厚さ約6mmにプレス成形
した後、白金板上で1300〜1450℃で焼成した。得られた
誘電体機器について、3GHzにおける比誘電率(ε)、
Qおよび−25〜+75℃における共振周波数の温度係数τ
を求めた。以上の結果を第2表に示し、なお、Gd2O3
の代わりにSm2O3とした比較例も共に示した。
なお、εとτの値は周波数により影響されない
が、Qは、周波数とQの積が一定である関係があるた
め、例えば、1GHzの測定のQの測定値は3GHzにおけるQ
の値の3倍に相当することになる。Gd2O3がτを小さ
くする効果は、比較例No.3と実施例No.29から,Gd2O3
0.3モル%の置換によりτが47から3ppm/Kに減少して
顕著な効果のあることがわかる。更に、Gd2O3の置換量
による影響は,実施例No.18,20,22,24で、Gd2O3置換量
(X)を0.1〜0.4の間で0.1づつ増加させると、τが2
9から2ppm/Kに減少している。この際τの減少と同時
にQも低下しX=0.4ではQが1040とかなり低くなって
しまうことから置換量(X)は0.4以下とすることが必
要である。
TiO2量の影響は、実施例No.1と30から、TiO2の値bが
大きい場合、高いQが得られるがτが大きくなり、一
方bを小さくし過ぎると焼結し難くなる欠点があるた
め、bの範囲は0.65≦b≦0.75とする必要がある。
[実施例B]:Al2O3を含有する場合 (実施例No.2,7〜11,13〜17,19,21,23,25〜27,31,32,34
〜38,40,41) BaO−TiO2−(Nd2O3−Gd2O3)系100wt%に、Al2O3
添加して、実施例Aと同様に誘電体磁器を製造、焼成し
得られる特性を同じく第2表に示した。
Al2O3の添加の効果は、実施例18と19,20と21等の比較
からそれぞれAl2O3の1.5wt%添加してQが向上し,かつ
τが小さくなっている。しかし、実施例6〜11,12〜1
7,33〜38では、Al2O3の添加0〜1.5wt%迄の増加に比例
してQを増加させるが1.5wt%を超えるとQは漸次減少
する。一方εはAl2O3の添加により漸次減少し実施例3
8ではε=58となっている。このためAl2O3の添加量の
上限を4.0wt%とした。
又,実施例17,25,38に示すようにAl2O3添加によりBaO
−TiO2−(Nd2O3−Gd2O3)系では得られなかった−22pp
m/Kのような負のτを得ることができる特徴を有す
る。
又、実施例29および9からτは何れも3であるがAl
2O3を1.5wt%添加してQを1800から3360に大幅に増加さ
せることもできる。
本発明の特性は,a,b,c,XおよびAl2O3添加量で決定さ
れるが、εが大きく、Qが高く、τが小さいという
点から所望の値はε≧58、Q>1000(at3GHz)、τ
<100ppm/Kとした。
更に、最も好ましい特性値がε≧60、Qは約2000以
上、τ≦20ppm/Kの範囲の場合、本発明の最も好まし
い範囲は、0.1≦a≦0.15、0.65≦b≦0.7、0.15≦c≦
0.2、0<X≦0.3、0≦Al2O3≦4wt%である。
ハ.発明の効果 以上のように、本発明の誘電体磁器組成物は、ε
大きく、Qが高く、τが小さい特性を持っており、衛
星放送受信機や自動車電話等のマイクロ波用誘電体磁器
として利用される。本発明は製造においては、PbO等の
蒸発成分を含まないため、特性の安定が容易であり、ま
た焼成炉の装置の汚染や他の組成磁器への悪影響が無い
こと、さらにGd2O3よりはるかに高価なSm2O3を使用せ
ず、かつその使用量も少ないのでその経済的効果は非常
に大であることも利点としてあげられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の特許請求の範囲第(1)項の範囲をBa
O−TiO2−(Nd2O3−Gd2O3)系の3元状態図で示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西垣 進 愛知県名古屋市緑区鳴海町字伝治山3番 地 鳴海技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−82501(JP,A) 特開 昭62−17907(JP,A) 特開 昭60−65763(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化バリウム(BaO)、酸化チタン(Ti
    O2)、酸化ネオジム(Nd2O3)および酸化ガドリニウム
    (Gd2O3)からなり、成分組成式(モル比率)が、 aBaO−bTiO2−c[(1−x)Nd2O3−xGdO3] 〔但し、0.10≦a≦0.20,0.65≦b≦0.75,0.10≦c≦0.
    20,a+b+c=1,でかつ0<x≦0.4〕からなることを
    特徴とする誘電体磁器組成物。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載の誘電体磁器
    組成物100wt%に対して、酸化アルミニウム(Al2O3)を
    4wt%以下添加してなることを特徴とする誘電体磁器組
    成物。
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