JP4100932B2 - 誘電体磁器組成物及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体磁器組成物に係り、特に、鉛（Ｐｂ）を含有せずに高周波特性に優れ、且つ比較的低温で焼成が可能な誘電体磁器組成物及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀（Ａｇ）電極と同時焼成することができる誘電体磁器組成物が求められている。例えば、セラミック・グリーンシートと銀（Ａｇ）電極を８９０〜９２０℃の温度範囲にて同時に加熱焼成できる誘電体磁器組成物である。ところで、一般式ＣａＴｉＯ_３で表されるペロブスカイト型結晶相を主結晶とする材料は、１３００〜１４００℃の高温で加熱焼成され緻密であり、比誘電率εｒ＝１７０，Ｑ＝１８００（周波数＝２ＧＨｚにおいて）と高周波帯域で優れた特性が得られるが、１３００℃以下の焼成温度では緻密化せずその特性が劣るという問題がある。
【０００３】
８９０〜９２０℃程度の比較的低温で加熱焼成するためには、焼成助剤を多用することが必要である。しかし、これは、その特性を大きく変化させて高周波帯域において優れた高誘電率、高Ｑ値の特性が得られなくなってしまう。従来の材料でも、９００℃で加熱焼成され高誘電率、高Ｑ値の特性を満足するものがある。しかし、それは、焼結助剤として鉛（Ｐｂ）を含んだものしか確認されていない。
【０００４】
そこで、人体に有害な鉛（Ｐｂ）を含んでいない誘電体磁器組成物の開発が、多くのユーザから要求されている。また、環境保全の立場から各方面の関係者からもその開発が待たれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、鉛（Ｐｂ）を含有せずに、高周波数帯域で優れた誘電特性を有し、比較的低温で銀電極などと同時焼成可能な緻密な焼結体が得られる誘電体磁器組成物およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明の誘電体磁器組成物は、一般式 ＣａＴｉＯ_３ で表されるペロブスカイト型結晶相を主結晶とする材料１００重量部に対して、ガラスをｘ重量部（２.５≦ｘ≦１５.０）、Ｂ_２Ｏ_３ をｙ重量部（１.０≦ｙ≦１５.０）を混合して、前記ガラスは、組成式＝ａＢ_２Ｏ_３-ｂＢｉ_２Ｏ_３-ｃＺｎＯで表され、ここに、 ａ、ｂ、ｃは、モル比で、０.２≦ａ≦０.５、０.１≦ｂ≦０.４、０.１≦ｃ≦０.４、但し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１の範囲内にあることを特徴としている。
【０００７】
本発明者は、少量の添加で焼成を促進させることのできるガラスを開発し、それとＢ_２Ｏ_３を併用することで、比誘電率εｒ＝５０〜１５０，Ｑ＝３００〜８２０（周波数＝４.２〜６.７ＧＨｚにおいて）の特性を有する緻密な誘電体磁器を８９０〜９２０℃の範囲で焼成することができることを見いだした。この緻密な構造により、セラミックの強度が向上し、比誘電率εｒ，Ｑ値の好ましい特性が得られ、バラツキが減少して安定化するという性能面の改良がある。誘電体磁器組成物と銀（Ａｇ）電極の同時加熱焼成ができることにより、製造工程の短縮と製造コストの削減が達成できるという製造上のメリットがある。また、この誘電体磁器組成物は、人体に有害な鉛（Ｐｂ）を含んでいない点が環境保全から観たメリットである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る誘電体磁器組成物の実施形態について、表１、図１乃至図３を参照してさらに詳しく説明する。
【０００９】
表１は、２２件の試料についての組成と諸特性のデータをまとめたものである。試料の作製に当たり、ガラスとＢ_２Ｏ_３の添加率を変えること、ガラスの組成を変えること、焼結助剤としてガラスとＢ_２Ｏ_３の添加の有無、加熱焼成温度などを考慮した。本発明のガラスの組成については、図１に示される。
【００１０】
（実施例）
本発明の出発原料にＣａＣＯ_３粉末とＴｉＯ_２粉末を用い、ＣａとＴｉのモル比が０.９５（Ｃａ／Ｔｉ＝０.９５）になるように所定量秤量する。この秤量原料をボールミルで１８時間湿式混合した後、乾燥させて混合粉末を得る。この混合粉末を大気中において１２００℃で仮焼した後、ボールミルで２４時間湿式粉砕して平均粒径０.５μｍのＣａＴｉＯ_３粉末を得る。Ｘ線回折パターンにより、該粉末がＣａＴｉＯ_３であることが同定できる。（図２を参照。）
【００１１】
次に、ガラスを作製した。出発原料にＢ_２Ｏ_３粉末とＺｎＯ粉末とＢｉ_２Ｏ_３粉末を用い、表１に示した試料組成になるように秤量する。この秤量原料を乳鉢・乳棒で１０分間乾式混合する。混合した粉末をアルミナ質のるつぼに入れ、９００℃の炉内で３０分溶融させる。その後、炉からるつぼを取り出し、室内にて放冷してガラスを固化させる。るつぼからガラスだけを取り出し、自動乳鉢機で１時間粗粉砕する。粗粉砕したガラス粉末をボールミルで８時間湿式粉砕して平均粒径１μｍのガラス 粉末を得る。Ｘ線回折パターンにより、該粉末が非晶質ガラスであることを確認できる。（図３を参照。）
【００１２】
ＣａＴｉＯ_３粉末に表１の試料の組成になるようにガラス粉末とＢ_２Ｏ_３を秤量する。（Ｂ_２Ｏ_３は、Ｈ_３ＢＯ_３で秤量する）。それをボールミルで３時間湿式混合した後、乾燥させて混合粉末を得る。この混合粉末にバインダー水溶液を添加して造粒する。この造粒粉をφ（直径）１６.５mmの金型に詰めて、７５０kgf／cm²以下の一軸加圧をする。さらにその成形体に対して冷間等方プレス（ｃｏｌｄ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓ）を使って１０００kgf／cm²の力で２分間等方加圧して成形する。それを空気中において、８９０〜９２０℃の温度で２時間加熱焼成し、焼結体を得る。
【００１３】
両端短絡形誘電体共振器法を使って得られた焼結体の比誘電率εｒとＱの測定データを表１に示す。
【００１４】
表１の２２件のうち試料１１件、即ち、試料１〜４、試料６、試料８、試料１０、試料１３，試料１５〜１７は、ａ，ｂ，ｃ，ｘ，ｙの値が本発明の範囲にある。即ち、一般式ＣａＴｉＯ_３で表されるペロブスカイト型結晶相を主結晶とする材料１００重量部に対して、ガラスをｘ重量部（２.５≦ｘ≦１５.０）、Ｂ_２Ｏ_３ ｙ重量部（１．０≦ｙ≦１５.０）を混合して焼成したもので、前記ガラスは、組成式＝ａＢ_２Ｏ_３-ｂＢｉ_２Ｏ_３-ｃＺｎＯで表され、
ここに、 ａ、ｂ、ｃは、モル比で、０.２≦ａ≦０.５、０.１≦ｂ≦０.４、０.１≦ｃ≦０.４、但し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１の範囲内にある。
【００１５】
試料１〜４、６、８，１０は、焼成温度が９１７℃であり、試料１３は、８９１℃であり、試料１５〜１７は，焼成温度が９１７℃である。これら試料１１件ついては、焼成温度８９１〜９１７℃の範囲で緻密な構造を有する誘電体磁器焼結体が得られている。比誘電率εｒについて、試料１が最高値（εｒ＝１４８.９）を有し、試料１０が最低値（εｒ＝５７.６）を有している。Ｑ値については、試料１が最高値（Ｑ＝８２０[周波数＝４.２７ＧＨｚにおいて]）を有し、試料１０が最低値(Ｑ＝３１１[周波数＝６.６９ＧＨｚにおいて]）を有している。試料１１件ついては、表１に示されているように焼結性、比誘電率、Ｑともに良好なデータが得られている。
【００１６】
（比較例）
試料５は、Ｂ_２Ｏ_３の添加率が下限値１.０重量部より少ないので９１７℃における加熱焼成では焼結が不十分で構造が緻密化しない誘電体磁器組成物となる。試料７は、ガラスを１７.５重量部添加しているがＢ_２Ｏ_３の添加率が下限値１.０重量部より少ないので９１７℃における焼成では焼結が不十分で構造が緻密化しない。試料９と試料１１は、Ｂ_２Ｏ_３の添加率が上限値１５.０重量部を超えているので過焼結を起こし緻密な構造にならない。試料１２は、焼成温度が８７０℃と低いので焼結が不十分となり緻密な構造にならない。試料１４は、焼成温度が高すぎて過焼結を起こして試料が破損した。試料１８は、ｃ＝０.５（＞０.４）であり、試料１９は、ａ＝０.６（＞０.５）であり、試料２０は、ｂ＝０.５（＞０.４）である。即ち、試料１８はガラス組成が最適範囲外であるので、９１７℃における焼成温度では焼結が不十分となり、緻密な構造とならない。また、試料１９及び試料２０はガラス組成が最適範囲外であるにもかかわらず、焼成温度は不十分ではないが、Ｑ値が低下する。試料２１と試料２２は、前記ガラスとＢ_２Ｏ_３の添加がない試料である。緻密な構造を得て、比誘電率εｒ≧１５０，Ｑ≧１８００の特性を得るには、試料２１に対して焼成温度＝１２００℃が必要であり、試料２１に対しては焼成温度＝１３００℃の高温が必要である。
【００１７】
表１は、２２件の試料について組成と諸特性のデータをまとめて示したものである。
【表１】

【００１８】
なお、本発明の誘電体磁器組成物は、上述の図示例にのみ限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の誘電体磁器組成物は、比誘電率εｒ＝５０〜１５０，Ｑ＝３００〜８２０（周波数＝４.２〜６.７ＧＨｚにおいて）の特性を有する緻密な誘電体磁器を８９０〜９２０℃の範囲で焼成することができる。この緻密な構造により、セラミックの強度が向上し、比誘電率εｒ，Ｑ値のバラツキが減少して安定化する。また、誘電体磁器組成物と銀（Ａｇ）電極を同時に加熱焼成できることにより、製造工程の短縮と製造コストの削減が達成できる。また、この誘電体磁器組成物は、人体に有害な鉛（Ｐｂ）を含んでいないので、環境保全上、有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のガラスの３元組成図である。
【図２】図２は、粉末がＣａＴｉＯ_３であることを示すＸ線回折パターン図である。
【図３】図３は、粉末が非晶質ガラスであることを示すＸ線回折パターン図である。

Claims (2)

1. 一般式ＣａＴｉＯ_３で表されるペロブスカイト型結晶相を主結晶とする材料１００重量部に対して、ガラスをｘ重量部（２.５≦ｘ≦１５.０）、Ｂ_２Ｏ_３をｙ重量部（１．０≦ｙ≦１５.０）を混合して加熱焼成する誘電体磁器組成物であって、
   前記ガラスは、組成式＝ａＢ_２Ｏ_３-ｂＢｉ_２Ｏ_３-ｃＺｎＯで表され、
   ここに、 ａ、ｂ、ｃは、モル比で、
   ０.２≦ａ≦０.５、０.１≦ｂ≦０.４、０.１≦ｃ≦０.４、
   但し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１
   の範囲内にあり、
   加熱焼成する温度が、８９０〜９２０℃の範囲にあることを特徴とする誘電体磁器組成物。
2. ＣａＴｉＯ_３粉末１００重量部に対してガラス粉末をｘ重量部（２ . ５≦ｘ≦１５ . ０）とＢ_２Ｏ_３をｙ重量部（１．０≦ｙ≦１５ . ０）を混合して加熱焼成する誘電体磁器組成物の製造方法であって、
   前記ガラス粉末は、組成式＝ａＢ _２ Ｏ _３ - ｂＢｉ _２ Ｏ _３ - ｃＺｎＯで表され、
   ここに、 ａ、ｂ、ｃは、モル比で、
   ０ . ２≦ａ≦０ . ５、０ . １≦ｂ≦０ . ４、０ . １≦ｃ≦０ . ４、
   但し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１
   の範囲内にあり、
   前記ガラス粉末は、出発原料にＢ_２Ｏ_３粉末とＺｎＯ粉末とＢｉ_２Ｏ_３
   粉末を用い、それぞれを秤量して、該秤量原料を乾式混合し、該混合した粉末を溶融させて、放冷してガラスを固化させて、該ガラスを取り出して粉砕して得たものであり、
   加熱焼成する温度が、８９０〜９２０℃の範囲にあることを特徴とする誘電体磁器組成物の製造方法。

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