JP3824410B2

JP3824410B2 - 誘電体磁器組成物

Info

Publication number: JP3824410B2
Application number: JP01322998A
Authority: JP
Inventors: 裕司安西
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1998-01-07
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2018-01-07
Also published as: JPH11199319A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の組成からなる主成分と、所定量のＡｌ₂Ｏ₃により構成される誘電体磁器組成物に関する。本発明の誘電体磁器組成物は、マイクロ波領域における誘電体共振器、誘電体フィルタ等の他、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部材などとして利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体磁器組成物は、使用周波数が高周波となるに従って誘電損失が大きくなる傾向にある。そのためマイクロ周波数領域での比誘電率（以下、「ε_r」と表す。）が高く、無負荷Ｑ値（以下、「Ｑ_u」と表す。）が大きく、且つ共振周波数の温度係数（以下、「τ_f」と表わす。）の絶対値が小さい誘電体磁器組成物が必要とされている。
【０００３】
この種の誘電体磁器組成物として、ＴｉＯ₂−Ｎｄ₂Ｏ₃−ＢａＯ−Ｂｉ₂Ｏ₃系の特定の組成の誘電体磁器組成物（特開昭５６−１０２００３号公報）が提案されている。しかし、この磁器組成物ではτ_fが正の側に相当に大きく、所要の誘電特性をすべて備えるものではない。また、ＢａＯ−ＴｉＯ₂−Ｎｄ₂Ｏ₃−Ｓｍ₂Ｏ₃系の特定の組成の誘電体磁器組成物（特開平４−１０４９４７号公報）も知られている。しかし、この磁器組成物ではτ_fは問題ないものの、ε_rが８０未満と小さく、十分に満足し得る性能を有するものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来の問題を解決するものであり、実用上、十分なＱ_uを維持しながら、ε_rが高く、且つτ_fの絶対値が小さく、優れた誘電特性を備える誘電体磁器組成物を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１発明の誘電体磁器組成物は、ａＢａＯ−ｂＴｉＯ₂−ｃＮｄＯ_3/2−ｄＢｉＯ_3/2（但し、ａ、ｂ、ｃ及びｄはモル比を表し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１であり、０．１≦ａ≦０．１３、０．５６≦ｂ≦０．５７、０．２≦ｃ≦０．２６、０．０２≦ｄ≦０．０７である。）で表される主成分１００重量部に対して０．４〜０．８重量部のＡｌ₂Ｏ₃が含有されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、上記の主成分と、所定量のＡｌ₂Ｏ₃とからなる誘電体磁器組成物とすることにより、１２００〜１５００の実用上、何ら問題のないＱ_uを備え、且つε_rが８５以上、特に９０以上と十分に高い磁器組成物とすることができる。また、特に、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量をさらに特定することにより、τ_fを５〜１５ｐｐｍ／℃、特に５〜１０ｐｐｍ／℃とすることもでき、非常に優れた性能の誘電体磁器組成物とすることができる。
【０００７】
上記「ａＢａＯ−ｂＴｉＯ₂−ｃＮｄＯ_3/2−ｄＢｉＯ_3/2」は、Ｂａ、Ｔｉ、Ｎｄ及びＢｉの酸化物そのもの或いはそれぞれの元素の炭酸塩等、加熱によって酸化物となる化合物、例えばＢａＣＯ₃、ＢｉＣＯ₃などを原料粉末として配合し、焼成することによって生成させることができる。また、上記「Ａｌ₂Ｏ₃」も、Ａｌ及びその酸化物そのもの或いは水酸化物等、加熱によって酸化物となる化合物を同様に原料粉末として配合し、焼成することによって主成分に含有させることができる。
【０００８】
更に、このＡｌ₂Ｏ₃は、原料粉末として配合する他に、原料粉末の混合時或いは仮焼後の粉砕時に玉石として使用するアルミナボールから混入させることによって含有させることができる。この場合、アルミナボールからの混入によるＡｌ₂Ｏ₃の含有量は、粉砕時間等、操作条件によって適宜に調整することができる。また、原料粉末として配合するＡｌ₂Ｏ₃と、このアルミナボールからの混入によるＡｌ₂Ｏ₃とによって、所定量のＡｌ₂Ｏ₃を含有させることもできる。
【０００９】
主成分であるａＢａＯ−ｂＴｉＯ₂−ｃＮｄＯ_3/2−ｄＢｉＯ_3/2において、上記「ａ」が０．１未満では得られる誘電体磁器組成物のε_rが低くなり、０．１３を越える場合はτ_fが正の側へ大きくなる。また、上記「ｂ」が０．５６未満ではＱ_uが低下し、０．６５を越える場合はτ_fが正の側へ大きくなる。更に、上記「ｃ」が０．２未満ではτ_fが正の側へ大きくなり、０．２６を越える場合は焼結性が低下する傾向にある。また、上記「ｄ」が０．０２未満ではＱ_uが低下し、０．０７を越える場合はε_rが低くなる。
【００１０】
上記の特定の組成からなる主成分とすることにより、ε_rが高く、実用上、十分なＱ_uを備える誘電体磁器組成物を得ることができる。しかし、この磁器組成物では、τ_fが正の側へ大きくなる傾向にある。本発明は、この主成分に所定量のＡｌ₂Ｏ₃を含有させることによって、ε_r及びＱ_uを低下させることなく、τ_fを改善するものである。Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が０．１重量部未満ではτ_fの改善が十分ではなく、この含有量が１．０重量部を越える場合は、ε_rが低下するとともにＱ_uも小さくなる傾向にある。
【００１１】
なお、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量を０．２〜０．９重量部とすることにより、実用上、十分なＱ_uを維持しつつ、ε_rが９０を越え、τ_fが５〜１５ｐｐｍ／℃の優れた性能の誘電体磁器組成物となり、また、このＡｌ₂Ｏ₃の含有量を０．２〜０．８重量部とすれば、上記の優れた性能の磁器組成物をより安定し、更に、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量を０．４〜０．９重量部に特定することによって、実用上、十分なＱ_uを維持しつつ、ε_rが９０を越え、τ_fが５〜１０ｐｐｍ／℃のさらに優れた性能の誘電体磁器組成物とすることができる。特に、第１発明では、このＡｌ₂Ｏ₃の含有量を０．４〜０．８重量部としているから、この優れた性能の磁器組成物をより安定して得ることができる。
【００１２】
また、第４発明の誘電体磁器組成物においては、焼結助剤として誘電特性を損なわない範囲でＭｎＯ₂を添加している。このＭｎＯ₂の添加によってＱ_uの低下を抑えることができる。ＭｎＯ₂は主成分１００重量部に対して０．０１〜０．２重量部、特に０．０５〜０．１５重量部、更には０．１重量部程度の量比で添加することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
(1) ａ、ｂ、ｃ及びｄを一定とした場合のＡｌ₂Ｏ₃の量比の検討
ＢａＣＯ₃粉末、ＴｉＯ₂粉末、Ｎｄ₂Ｏ₃粉末、ＢｉＣＯ₃粉末及びＡｌ₂Ｏ₃粉末並びにＭｎＯ₂粉末を出発原料とした。
【００１４】
そして組成式、ａＢａＯ−ｂＴｉＯ₂−ｃＮｄＯ_3/2−ｄＢｉＯ_3/2において、ａ＝０．１２、ｂ＝０．５７、ｃ＝０．２５及びｄ＝０．０６となるように、各粉末の所定量を秤量し、混合した。また、このａＢａＯ−ｂＴｉＯ₂−ｃＮｄＯ_3/2−ｄＢｉＯ_3/2を１００重量部とした場合に、０、０．２、０．４、０．６、０．８、１．０及び１．２重量部の含有量となるように所定量のＡｌ₂Ｏ₃粉末を秤量し、混合した。尚、このＡｌ₂Ｏ₃粉末の配合量は、以下の工程における混合時及び粉砕時にアルミナボールから混入するＡｌ₂Ｏ₃を考慮し、調整した。更に、焼結助剤として０．１重量部のＭｎＯ₂粉末を配合した。
【００１５】
これらの各粉末をミキサーによって２０〜３０分間乾式混合した後、さらに振動ミルを用いて一次粉砕した。玉石としては直径２０ｍｍのアルミナボールを使用し、粉砕時間は４時間とした。その後、得られた混合粉末を、大気雰囲気下、１０００〜１２００℃の温度で仮焼した。次いで、この仮焼粉末に適量の有機バインダーと水とを加え、トロンメル粉砕機を用いて二次粉砕した。玉石としては直径２０ｍｍのアルミナボールを使用し、粉砕時間は６時間とした。尚、ここではＡｌ₂Ｏ₃粉末は当初より他の原料粉末と混合して含有させているが、仮焼後、仮焼粉末に混合し、含有させることもできる。
【００１６】
その後、二次粉砕した粉末を噴霧乾燥機を用いて乾燥し、造粒した。噴霧乾燥機の熱風入口温度は３６０℃以下とし、排風出口温度は９０〜１１０℃となるように調整した。造粒後、ふるいによって４０〜２００メッシュの粒度の粉末を得、手動式の５トンプレス機によって直径１９ｍｍ、厚さ１１ｍｍの円柱状の成形体を作製した。プレス圧力は３トンとし、成形圧力を１トン／ｃｍ²とした。
【００１７】
次いで、この成形体を大気雰囲気下、５００℃の温度で、３時間脱脂し、その後、単窯を用いて、１３００〜１４００℃の温度で焼成した。焼成雰囲気は大気雰囲気とし、２〜６時間焼成した。次いで、ロータリーラップ盤を用い、ダイアモンド砥石（＃６００）によって、得られた焼結体の両端面を研磨し、直径約１６ｍｍ、厚さ８ｍｍの円柱状とした。この円柱状の焼結体を試料とし、平行導体板型誘電体円柱共振器法（ＴＥ₀₁₁ＭＯＤＥ）により、ε_r、Ｑ_u及びτ_fを測定した。
【００１８】
尚、τ_fは２５〜８０℃の温度領域で測定し、τ_f＝（ｆ₈₀−ｆ₂₅）／（ｆ₂₅×ΔＴ）、ΔＴ＝８０−２５＝５５℃によって算出した。また、測定時の共振周波数は４ＧＨｚである。ε_r、Ｑ_u及びτ_fの各誘電特性の結果を図１に示す。
【００１９】
図１の結果によれば、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が０．１〜１．０重量部である実験例では、ε_rは８９〜９４であり、Ｑ_uは１３００〜１４００であって、τ_fは７〜１７ｐｐｍ／℃である、実用上、十分な誘電特性を有する誘電体磁器組成物が得られていることが分かる。また、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が０．２〜０．９重量部である実験例では、Ｑ_uには大きな変化はないものの、τ_fは７〜１４ｐｐｍ／℃とより向上していることが分かる。更に、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が０．４〜０．９重量部である実験例では、ε_r及びＱ_uはそのままにτ_fを７〜９ｐｐｍ／℃とより安定して小さな値とすることができる。
【００２０】
(2)ｂ、ｃ及びｄの量比の検討
Ａｌ₂Ｏ₃を０．６重量部とし、▲１▼ａ＝０．１２、ｂ＝０．６２、ｃ＝０．２０及びｄ＝０．０６とした場合、並びに▲２▼ａ＝０．１２、ｂ＝０．６１、ｃ＝０．２５及びｄ＝０．０２とした場合のε_r、Ｑ_u及びτ_fを測定した。誘電体磁器組成物の調製及び誘電特性の測定方法は前記(1) の場合と同様である。この結果によれば、Ｎｄ₂Ｏ₃を下限値とした▲１▼では、ε_r＝９８、Ｑ_u＝１４５０、τ_f＝１２ｐｐｍ／℃であった。また、Ｂｉ₂Ｏ₃を下限値とした▲２▼では、ε_r＝８９、Ｑ_u＝１１８０、τ_f＝５ｐｐｍ／℃であった。このようにＮｄ₂Ｏ₃或いはＢｉ₂Ｏ₃を下限値とし、相対的にＴｉＯ₂の量比を高くした場合であっても、ε_r、Ｑ_u及びτ_fのいずれも優れた性能の誘電体磁器組成物が得られることが分かる。
【００２１】
尚、本発明においては、前記の具体的な実施の形態に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施の形態とすることができる。例えば、Ｂａ成分及びＢｉ成分となる原料として上記のＢａＣＯ₃、ＢｉＣＯ₃以外にも、Ｂａ、Ｂｉの過酸化物、水酸化物、硝酸塩等を用いることもできる。同様に他の酸化物についても、加熱により酸化物となる種々の化合物を用いることができる。
【００２２】
【発明の効果】
第１発明の誘電体磁器組成物によれば、主成分に特定量のＡｌ₂Ｏ₃を含有させることにより、実用上、十分な誘電特性を有する誘電体磁器組成物を得ることができる。特に、第２発明及び第３明によれば、ε_r及びＱ_uを低下させることなくτ_fをより安定して小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｌ₂Ｏ₃の含有量等とε_r、Ｑ_u及びτ_fとの相関を表わすグラフである。

Claims

ａＢａＯ−ｂＴｉＯ₂−ｃＮｄＯ_3/2−ｄＢｉＯ_3/2（但し、ａ、ｂ、ｃ及びｄはモル比を表し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１であり、０．１≦ａ≦０．１３、０．５６≦ｂ≦０．５７、０．２≦ｃ≦０．２６、０．０２≦ｄ≦０．０７である。）で表される主成分１００重量部に対して０．４〜０．８重量部のＡｌ₂Ｏ₃が含有されていることを特徴とする誘電体磁器組成物。
比誘電率が９０〜１００であり、共振周波数の温度係数が５〜１５ｐｐｍ／℃である請求項１記載の誘電体磁器組成物。
共振周波数の温度係数が５〜１０ｐｐｍ／℃である請求項２記載の誘電体磁器組成物。
さらに、焼結助剤としてＭｎＯ ₂ が添加されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の誘電体磁器組成物。