JP3100173B2 - マイクロ波誘電体磁器組成物 - Google Patents
マイクロ波誘電体磁器組成物Info
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- JP3100173B2 JP3100173B2 JP03049044A JP4904491A JP3100173B2 JP 3100173 B2 JP3100173 B2 JP 3100173B2 JP 03049044 A JP03049044 A JP 03049044A JP 4904491 A JP4904491 A JP 4904491A JP 3100173 B2 JP3100173 B2 JP 3100173B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波誘電体磁器
組成物に関し、更に詳しく言えば、Q値、比誘電率及び
共振周波数の温度係数においてバランスが取れた性能を
確保しつつ特に適性な温度係数を有するマイクロ波誘電
体磁器組成物に関する。本発明はマイクロ波領域におい
て誘電体共振器、マイクロ波集積回路基板、各種マイク
ロ波回路のインピーダンス整合等に利用される。
組成物に関し、更に詳しく言えば、Q値、比誘電率及び
共振周波数の温度係数においてバランスが取れた性能を
確保しつつ特に適性な温度係数を有するマイクロ波誘電
体磁器組成物に関する。本発明はマイクロ波領域におい
て誘電体共振器、マイクロ波集積回路基板、各種マイク
ロ波回路のインピーダンス整合等に利用される。
【0002】
【従来の技術】従来のマイクロ波誘電体磁器組成物とし
ては、ZrO2 −SnO2 −TiO2 系磁器組成物、B
aO−TiO2 系磁器組成物及びその一部を他の元素で
置換した磁器組成物(特公平1−37807号公報)等
が知られている。
ては、ZrO2 −SnO2 −TiO2 系磁器組成物、B
aO−TiO2 系磁器組成物及びその一部を他の元素で
置換した磁器組成物(特公平1−37807号公報)等
が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の磁器組
成物では、比誘電率若しくはQ値が小さかったり、又は
所望の温度係数が得られなかったりする等の問題があ
る。特に、比誘電率、Q値及び温度係数の性能がいずれ
も優れた、異なった組成を有する新規なマイクロ波誘電
体磁器組成物が望まれている。特に、BaO・4TiO
2 (BaTi4 O9 )の組成を有する誘電体磁器は、マ
イクロ波用誘電体として知られている。しかし、この磁
器は、誘電率εr が約38程度、無負荷Q値が約300
0程度と高い値を示すが、共振周波数の温度係数τf が
約+50ppm/℃と大きいため、マイクロ波共振器と
して設計する場合、温度に安定した性能を有するものを
得ることができなかった。この為、前記τf が0近傍の
ものが望まれていた。本発明は、上記観点に鑑みてなさ
れたものであり、高いQ値、比誘電率を維持しつつ実用
的な温度係数(0に近づけたもの)を示し、優れた性能
バランスを有するマイクロ波誘電体磁器組成物(以下、
単に誘電体磁器組成物という。)を提供することを目的
とする。
成物では、比誘電率若しくはQ値が小さかったり、又は
所望の温度係数が得られなかったりする等の問題があ
る。特に、比誘電率、Q値及び温度係数の性能がいずれ
も優れた、異なった組成を有する新規なマイクロ波誘電
体磁器組成物が望まれている。特に、BaO・4TiO
2 (BaTi4 O9 )の組成を有する誘電体磁器は、マ
イクロ波用誘電体として知られている。しかし、この磁
器は、誘電率εr が約38程度、無負荷Q値が約300
0程度と高い値を示すが、共振周波数の温度係数τf が
約+50ppm/℃と大きいため、マイクロ波共振器と
して設計する場合、温度に安定した性能を有するものを
得ることができなかった。この為、前記τf が0近傍の
ものが望まれていた。本発明は、上記観点に鑑みてなさ
れたものであり、高いQ値、比誘電率を維持しつつ実用
的な温度係数(0に近づけたもの)を示し、優れた性能
バランスを有するマイクロ波誘電体磁器組成物(以下、
単に誘電体磁器組成物という。)を提供することを目的
とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、BaO・4
TiO2(BaTi4O9)に、所定量のSnO2を含有さ
せることによって、τfを可及的に0に近づけることに
成功して、本発明を完成するに至ったのである。即ち、
本発明の誘電体磁器組成物は、Ba酸化物、Ti酸化
物、およびSn酸化物のみからなる組成物であって、1
275〜1300℃で焼成してなり、BaO・4TiO
2(BaTi4O9)を主成分とし、これにSnO2を5〜
15重量%含有することを特徴とする。SnO2を含有
させるのは、これを含まないBaO・4TiO2(Ba
Ti4O9)はプラス側の大きなτfを示すが、このSn
O2の添加により、このτfをマイナス側に移行させるこ
とができるからである。この添加量が5重量%未満では
添加効果が十分に発揮されず、15重量%を越えると他
の特性の無負荷Q値や比誘電率が著しく低下して実用に
供し得なくなる。本磁器組成物は、所定の原料を所定量
混合し、焼結して製造される。例えば、焼結後BaOと
なる原料粉末とTiO2粉末とSnO2粉末とを前記組成
式に相当する量を混合仮焼し、これを粉砕して仮焼粉末
を製造し、この仮焼粉末を成形し、上記温度範囲で焼成
して製造することができる。
TiO2(BaTi4O9)に、所定量のSnO2を含有さ
せることによって、τfを可及的に0に近づけることに
成功して、本発明を完成するに至ったのである。即ち、
本発明の誘電体磁器組成物は、Ba酸化物、Ti酸化
物、およびSn酸化物のみからなる組成物であって、1
275〜1300℃で焼成してなり、BaO・4TiO
2(BaTi4O9)を主成分とし、これにSnO2を5〜
15重量%含有することを特徴とする。SnO2を含有
させるのは、これを含まないBaO・4TiO2(Ba
Ti4O9)はプラス側の大きなτfを示すが、このSn
O2の添加により、このτfをマイナス側に移行させるこ
とができるからである。この添加量が5重量%未満では
添加効果が十分に発揮されず、15重量%を越えると他
の特性の無負荷Q値や比誘電率が著しく低下して実用に
供し得なくなる。本磁器組成物は、所定の原料を所定量
混合し、焼結して製造される。例えば、焼結後BaOと
なる原料粉末とTiO2粉末とSnO2粉末とを前記組成
式に相当する量を混合仮焼し、これを粉砕して仮焼粉末
を製造し、この仮焼粉末を成形し、上記温度範囲で焼成
して製造することができる。
【0005】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。 (1)各試料の作製 純度99.9%のBaCO3 粉末と純度99.9%のT
iO2 粉末と純度99.8%のSnO2 粉末とを、Ba
OとTiO2 との組成ではBaO・4TiO2 (BaT
i4 O9 )となる組成、且つこれに表1及び表2に示す
ように5、10、15重量%(前記BaO・4TiO2
に対する)のSnO2 の添加となる組成になるように、
所定量(全量で約650g)秤量混合し、アイリッヒミ
キサーで乾式による一次粉砕及び混合を施した。その
後、大気雰囲気中1100℃の温度で2時間仮焼した。
次いで、この仮焼粉末に適量の有機バインダー(ポリビ
ニルアルコールの約29g)とイオン交換水(約300
〜500g)を加え、20mmφのアルミナボールで二
次粉砕した後、噴霧乾燥により造粒し、この造粒された
素地を1000kg/cm2 のプレス圧で19mmφ×
10mmt(厚さ)の円柱状に成形した。次に、この成
形体を大気中、1250℃(試料No.1〜3)、12
75℃(試料No.4〜6)、1300℃(試料No.
7〜9)、1325℃(試料No.10〜12)、13
50℃(試料No.13〜15)及び1375℃(試料
No.16〜18)の各温度で、4時間焼成し、最後
に、16mmφ×8mmt(厚さ)の円柱状に研磨し
て、誘電体試料(No.1〜18)とした。そして、Q
u値と比誘電率εr は、平行導体板型誘電体共振器法を
用いてTE011 モードより測定した。共振周波数の温度
係数τf は−30〜80℃の範囲で測定した。共振周波
数はほぼ4.5GHzである。
る。 (1)各試料の作製 純度99.9%のBaCO3 粉末と純度99.9%のT
iO2 粉末と純度99.8%のSnO2 粉末とを、Ba
OとTiO2 との組成ではBaO・4TiO2 (BaT
i4 O9 )となる組成、且つこれに表1及び表2に示す
ように5、10、15重量%(前記BaO・4TiO2
に対する)のSnO2 の添加となる組成になるように、
所定量(全量で約650g)秤量混合し、アイリッヒミ
キサーで乾式による一次粉砕及び混合を施した。その
後、大気雰囲気中1100℃の温度で2時間仮焼した。
次いで、この仮焼粉末に適量の有機バインダー(ポリビ
ニルアルコールの約29g)とイオン交換水(約300
〜500g)を加え、20mmφのアルミナボールで二
次粉砕した後、噴霧乾燥により造粒し、この造粒された
素地を1000kg/cm2 のプレス圧で19mmφ×
10mmt(厚さ)の円柱状に成形した。次に、この成
形体を大気中、1250℃(試料No.1〜3)、12
75℃(試料No.4〜6)、1300℃(試料No.
7〜9)、1325℃(試料No.10〜12)、13
50℃(試料No.13〜15)及び1375℃(試料
No.16〜18)の各温度で、4時間焼成し、最後
に、16mmφ×8mmt(厚さ)の円柱状に研磨し
て、誘電体試料(No.1〜18)とした。そして、Q
u値と比誘電率εr は、平行導体板型誘電体共振器法を
用いてTE011 モードより測定した。共振周波数の温度
係数τf は−30〜80℃の範囲で測定した。共振周波
数はほぼ4.5GHzである。
【0006】(2)性能評価 前記の各誘電体試料の特性を調べ、その結果を表1(焼
成温度;1250、1275、1300℃)及び表2
(焼成温度;1325、1350、1375℃)に示し
た。
成温度;1250、1275、1300℃)及び表2
(焼成温度;1325、1350、1375℃)に示し
た。
【表1】
【表2】 これらの結果によれば、SnO2 の添加量の増加ととも
にQu値が減少する。そして、焼成温度が低い程Qu値
は高い傾向にある。εr はSnO2 の添加量の増加とと
もにやや減少し、焼成温度が高い程εr は高い傾向にあ
るが、いずれの場合も29以上の高い値を示している。
また、τf はSnO2 の添加量の増加とともにプラスの
値からマイナスの値へと向かう。特に、焼成温度が高温
になるに従って、そのτf のマイナス方向への低下が著
しくなる。例えば、焼成温度が1375℃でSnO2 の
添加量が15重量%(No.18)では、−0.96p
pm/℃となる。特に、この場合はQu値の高さよりも
τf の低さに着目する利用分野では有用となる。また、
焼結密度は、焼成温度が1325℃を越えるとあまり変
わらないが、1275℃以上の場合には、いずれのもの
も4.3g/cm3 以上の高密度となる。
にQu値が減少する。そして、焼成温度が低い程Qu値
は高い傾向にある。εr はSnO2 の添加量の増加とと
もにやや減少し、焼成温度が高い程εr は高い傾向にあ
るが、いずれの場合も29以上の高い値を示している。
また、τf はSnO2 の添加量の増加とともにプラスの
値からマイナスの値へと向かう。特に、焼成温度が高温
になるに従って、そのτf のマイナス方向への低下が著
しくなる。例えば、焼成温度が1375℃でSnO2 の
添加量が15重量%(No.18)では、−0.96p
pm/℃となる。特に、この場合はQu値の高さよりも
τf の低さに着目する利用分野では有用となる。また、
焼結密度は、焼成温度が1325℃を越えるとあまり変
わらないが、1275℃以上の場合には、いずれのもの
も4.3g/cm3 以上の高密度となる。
【0007】更に、焼結体の結晶構造を検討するために
前記試験No.16(焼成温度;1375℃、SnO2
添加量;5重量%)とNo.18(焼成温度;1375
℃、SnO2 添加量;15重量%)とNo.9(焼成温
度;1300℃、SnO2 添加量;15重量%)の焼結
体のX線回折を実施し、その結果を各々図1、図2及び
図3に示した。尚、表中の●印はBaTi4 O9 、○印
はBa2 Ti9 O20、△印はBa2 Ti5 O12、Snは
SnO2 の各帰属ピークを示す。図1と図2の結果によ
れば、SnO2 の添加量の増加に従って、BaTi4 O
9 が減少し、代わってBa2 Ti9 O20が増加した。こ
れは、SnO2 の増加に伴ってQu値が減少してプラス
からマイナスの方向へ向かうことと対応している。ま
た、図1と図3に示すように、SnO2 の同添加量(1
5重量%)の場合、焼成温度を比較すると、1300℃
ではBaTi4 O9 が中心組成であり、1375℃では
Ba2 Ti9 O20が中心組成であった。これは、137
5℃よりも1300℃焼成の方がQu値がプラスの方に
高くなるという結果と対応している。以上より、BaT
i4 O9 +SnO2 系において、Qu値及びτf の挙動
は、BaTi4 O9 とBa2 Ti9 O20の生成量の影響
を受けていると考えられる。従って、BaTi4 O9 と
Ba2 Ti9 O20の組成比を変えることにより、目的、
用途に応じた種々のQu値又はτf を具備するものとす
ることができる。以上より、比誘電率、Qu値及び焼結
密度を大きくとり、且つ温度係数τf をできるだけ0に
近づけたい場合には、各設定値に応じて、SnO2 の添
加量及び焼成温度を適宜選択することができる。即ち、
SnO2 の添加量が5〜15重量%の場合τf を約−1
〜+12ppm/℃とすることができる。また、以下の
特性を満足する場合には、SnO2 の添加量を15重量
%以下とするとともに焼成温度を1250〜1350℃
とすることができる。 比誘電率εr ;28〜36 Qu値;1200〜2600(4.5GHzの場合) 温度係数τf ;+2〜12 ppm/℃ このうち、特に焼成密度を4.3g/cm3 以上にする
には1275℃〜1350℃にて焼成することができ、
この場合は、全ての性能のバランスが大変よい。尚、本
考案においては、前記具体的実施例に示すものに限られ
ず、目的、用途に応じて本考案の範囲内で種々変更した
実施例とすることができる。即ち、前記仮焼温度等の仮
焼条件、焼成温度等の焼成条件等は種々選択できる。ま
た、BaOとなる原料も前記BaCO3 以外にも、過酸
化物、水酸化物、硝酸塩等を用いることもできる。
前記試験No.16(焼成温度;1375℃、SnO2
添加量;5重量%)とNo.18(焼成温度;1375
℃、SnO2 添加量;15重量%)とNo.9(焼成温
度;1300℃、SnO2 添加量;15重量%)の焼結
体のX線回折を実施し、その結果を各々図1、図2及び
図3に示した。尚、表中の●印はBaTi4 O9 、○印
はBa2 Ti9 O20、△印はBa2 Ti5 O12、Snは
SnO2 の各帰属ピークを示す。図1と図2の結果によ
れば、SnO2 の添加量の増加に従って、BaTi4 O
9 が減少し、代わってBa2 Ti9 O20が増加した。こ
れは、SnO2 の増加に伴ってQu値が減少してプラス
からマイナスの方向へ向かうことと対応している。ま
た、図1と図3に示すように、SnO2 の同添加量(1
5重量%)の場合、焼成温度を比較すると、1300℃
ではBaTi4 O9 が中心組成であり、1375℃では
Ba2 Ti9 O20が中心組成であった。これは、137
5℃よりも1300℃焼成の方がQu値がプラスの方に
高くなるという結果と対応している。以上より、BaT
i4 O9 +SnO2 系において、Qu値及びτf の挙動
は、BaTi4 O9 とBa2 Ti9 O20の生成量の影響
を受けていると考えられる。従って、BaTi4 O9 と
Ba2 Ti9 O20の組成比を変えることにより、目的、
用途に応じた種々のQu値又はτf を具備するものとす
ることができる。以上より、比誘電率、Qu値及び焼結
密度を大きくとり、且つ温度係数τf をできるだけ0に
近づけたい場合には、各設定値に応じて、SnO2 の添
加量及び焼成温度を適宜選択することができる。即ち、
SnO2 の添加量が5〜15重量%の場合τf を約−1
〜+12ppm/℃とすることができる。また、以下の
特性を満足する場合には、SnO2 の添加量を15重量
%以下とするとともに焼成温度を1250〜1350℃
とすることができる。 比誘電率εr ;28〜36 Qu値;1200〜2600(4.5GHzの場合) 温度係数τf ;+2〜12 ppm/℃ このうち、特に焼成密度を4.3g/cm3 以上にする
には1275℃〜1350℃にて焼成することができ、
この場合は、全ての性能のバランスが大変よい。尚、本
考案においては、前記具体的実施例に示すものに限られ
ず、目的、用途に応じて本考案の範囲内で種々変更した
実施例とすることができる。即ち、前記仮焼温度等の仮
焼条件、焼成温度等の焼成条件等は種々選択できる。ま
た、BaOとなる原料も前記BaCO3 以外にも、過酸
化物、水酸化物、硝酸塩等を用いることもできる。
【0008】
【発明の効果】以上のように、本発明の誘電体磁器組成
物は、Qu値、比誘電率εr 及び共振周波数の温度係数
τf が全て実用的範囲にあり、その性能バランスがよ
い。特に温度係数が0に近づいた値となり、マイクロ波
共振器として設計する場合、温度に対して安定した性能
を示す。
物は、Qu値、比誘電率εr 及び共振周波数の温度係数
τf が全て実用的範囲にあり、その性能バランスがよ
い。特に温度係数が0に近づいた値となり、マイクロ波
共振器として設計する場合、温度に対して安定した性能
を示す。
【図1】実施例において製造された試料No.16の焼
結体のX線回折の結果を示す説明図である。
結体のX線回折の結果を示す説明図である。
【図2】実施例において製造された試料No.18の焼
結体のX線回折の結果を示す説明図である。
結体のX線回折の結果を示す説明図である。
【図3】実施例において製造された試料No.9の焼結
体のX線回折の結果を示す説明図である。
体のX線回折の結果を示す説明図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−18805(JP,A) 特開 昭62−36064(JP,A) 特開 昭60−264359(JP,A) 特開 昭63−292509(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/42 - 35/49 CA(STN) REGISTRY(STN)
Claims (2)
- 【請求項1】 Ba酸化物、Ti酸化物、およびSn酸
化物のみからなる組成物であって、BaO・4TiO2
(BaTi4O9)を主成分とし、これにSnO2を5〜
15重量%含有することを特徴とするマイクロ波誘電体
磁器組成物。 - 【請求項2】 焼結後BaOとなる原料粉末とTiO 2
粉末とSnO 2 粉末とを混合仮焼し、これを粉砕して仮
焼粉末を製造し、該仮焼粉末を成形し、1275〜13
00℃で焼成してなる請求項1記載のマイクロ波誘電体
磁器組成物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03049044A JP3100173B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | マイクロ波誘電体磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03049044A JP3100173B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | マイクロ波誘電体磁器組成物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04265271A JPH04265271A (ja) | 1992-09-21 |
JP3100173B2 true JP3100173B2 (ja) | 2000-10-16 |
Family
ID=12820088
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03049044A Expired - Fee Related JP3100173B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | マイクロ波誘電体磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3100173B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102612270B1 (ko) | 2021-08-18 | 2023-12-11 | 주식회사동일기술공사 | 원격시공용 거더의 전도방지장치 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114409396B (zh) * | 2021-11-18 | 2022-11-29 | 无锡鑫圣慧龙纳米陶瓷技术有限公司 | 高温度稳定型wifi用微波介质陶瓷及其制备方法 |
-
1991
- 1991-02-20 JP JP03049044A patent/JP3100173B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102612270B1 (ko) | 2021-08-18 | 2023-12-11 | 주식회사동일기술공사 | 원격시공용 거더의 전도방지장치 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04265271A (ja) | 1992-09-21 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |