JPH0261762B2

JPH0261762B2 -

Info

Publication number: JPH0261762B2
Application number: JP60022167A
Authority: JP
Inventors: Kazunobu Matsumoto; Takehiro Hiuga
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1985-02-07
Filing date: 1985-02-07
Publication date: 1990-12-21
Also published as: JPS61181008A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は、誘電体磁器の製法に関し、特に無負
荷Ｑが高い低損失の高周波用として好適な誘電体
磁器の製法に関する。［従来の技術］一般に、マイクロ波やミリ波などの高周波領域
の信号回路に使用される誘電体共振器や誘電体基
板には、高い無負荷Ｑを有する誘電体磁器を用い
ることが望まれる。ところで、近年、通信に使用
される周波数の高周波化がとみに進み、SHF帯
を用いた衛星放送も実用化の段階に入りつつある
ため、一層高い無負荷Ｑを有する低損失誘電体磁
器の開発が強く求められている。従来、高周波用の低損失誘電体磁器として用い
られているものの無負荷Ｑは、3000〜7000程度で
あり、ようやく近年になつてこの値を超えるもの
が製造されるようになつた。 BaO−MgO−Ta₂O₅系誘電体磁器においては、
従来知られている、特に他の添加物を含まない
BaO−MgO−Ta₂O₅系磁器は無負荷Ｑが4000程
度と低い（特開昭53−60544号公報）。別の添加元
素を配合したBaO−MgO−Ta₂O₅系磁器でも、
無負荷Ｑは、例えば特開昭54−77000号公報に開
示の3BaO・xMgO・（１−ｘ）ZnO・Ta₂O₅の組
成の磁器が4360、特開昭54−71400号公報に開示
の3BaO・xMgO・（１−ｙ）Nb₂O₅・yTa₂O₅の
組成の磁器が4090と低くて、これらの磁器は
SHF帯通信用材料として適当でない。 BaO−MgO−Ta₂O₅系磁器の無負荷Ｑを高め
るために、Ba（Mg_1/3Ta_2/3）O₃を主成分とするペ
ロブスカイト構造酸化物に少量のMnを添加して
焼結する方法が提案され（特開昭58−206003号公
報）、この方法によれば確かに高い無負荷Ｑを有
する誘電体磁器が得られるが、Mnのような異種
元素を添加することは、製造工程の複雑化を招く
上に、添加工程において不要なさらには磁器特性
に悪影響を及ぼす不純物が混入する恐れを伴な
う。さらに、製品の品質管理上、添加量の制御や
添加物の均一分布などに特別の注意が必要となる
不利があり、この方法は量産に適しない方法であ
る。ところで、従来、BaO−MgO−Ta₂O₅系誘電
体磁器の製造はいずれも通常の焼成方法、すなわ
ち所定の組成を有する加圧成形物をおよそ1000〜
1500℃の温度で焼成する方法により行われている
が、その場合焼成温度までの昇温過程は特に重要
とはされず、急速な加熱により磁器が破損するの
を恐れて、加圧成形物を入れた炉の温度を室温か
ら所望温度まで徐々に上げるものであつた。その
結果、大体２〜20℃／分の昇温速度で加熱が行わ
れるのが普通であつた。この従来の焼成方法自
体、昇温過程に数時間という長い時間を必要と
し、生産能率向上の妨げとなるという欠点を有す
るものであつた。本発明者ほかは、上述した従来のBaO−MgO
−Ta₂O₅系磁器の製法が有する問題を解決するた
めに、加圧成形物を1500〜1700℃の温度まで100
〜1600℃／分の昇温速度で急速に昇温し焼成する
方法を先に提案した（特願昭59−228557号）。こ
の製法によるとSHF帯通信材料としても十分に
高い無負荷Ｑを有する誘電体磁器が短時間で得ら
れ、しかもMn等の添加元素を使用しないので製
造工程の複雑化を回避でき品質管理が容易である
という利点があるが、個々の製品において各部分
の焼成度にバラツキがあり、特に磁器の内部が外
側よりも収縮する傾向が大きいため変形が生じ、
研削等の後処理が必要となることが多い。また、
各製品間においても焼成度のバラツキが大きいた
め均一な比誘電率、無負荷Ｑ等の特性を有する製
品が得難く、これらの問題のために製品の歩留り
が低くなりがちである。［発明が解決しようとする問題点］本発明は、直接には、特願昭59−228557号に開
示の製法の改良によりその問題点である、各製品
ごとおよび製品間の焼成度の均一性を高め、誘電
体特性のバラツキを低減し、もつて製品の歩留り
の向上を目的とするものである。本発明の製法は、当然ながら、従来のBaO−
MgO−Ta₂O₅系誘電体磁器の問題点である、無
負荷Ｑが低い、製造工程が複雑で製品の品質管理
が容易でない、製造時間が長い等の問題の解決を
目的とするものでもある。［問題点を解決するための手段］本発明は、上記問題点を解決するものとして、
一般式：xBaO・yMgO・zTa₂O₅で表わされ、た
だし、0.5≦ｘ≦0.7、0.15≦ｙ≦0.25、0.15≦ｚ≦
0.25で、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である組成を有する加圧
成形物を、1500〜1700℃の温度まで100〜1600
℃／分の昇温速度で加熱し焼成する誘電体磁器の
製法において、加熱、焼成時に加圧成形物を耐火
性粉末で包むことを特徴とする製法を提供する。本発明に用いられる耐火性粉末としては、前記
組成の加圧成形物と焼成温度において反応しない
ものであればいずれの粉末も採用することができ
る。このような反応しない耐火性粉末としては、
例えばアルミナ、ジルコニア、マグネシア、ハフ
ニア、イツトリア等のセラミツク粉末を挙げるこ
とができる。これらの耐火性粉末の粒度は特に限
定されないが、好ましくは約10μｍ〜約１mm程度
の粒径を有するものが使用される。粉末の粒度が
小さ過ぎると焼成中に粉末粒子同士が焼結して磁
器を粉末中から取出しにくくなることがあり、ま
た粉末の粒度が大き過ぎると加圧成形物を耐火性
粉末で包む効果が十分に得られないことがある。加圧成形物を耐火性粉末で包む方法は特に限定
されず、加圧成形物全体が一定以上の厚さの耐火
性粉末層により完全に包み込まれる状態であれば
いずれの方法でもよい。例えば、焼成用の白金製
ボートに耐火性粉末を入れ、その粉末中に処理す
べき加圧成形物を完全に埋設する方法は簡易かつ
確実な方法である。いずれの方法の場合でも、加
圧成形物全体が十分な厚さの耐火性粉末層により
包まれることが必要で、耐火性粉末層が一部でも
薄過ぎると本発明の効果を十分に得ることは難か
しい。また、厚過ぎると粉末層の熱容量が過大と
なつて急速昇温の効果が低減される。耐火性粉末
層の好ましい厚さは、耐火性粉末の粒度、昇温速
度、焼成温度、加圧成形物の大きさ等により一概
には言えないが、一般に２〜５mmである。本発明の方法に用いられる加圧成形物は、常法
にしたがつて、所要組成のBaO−MgO−Ta₂O₅
磁器が得られような割合で、例えば、炭酸バリウ
ム、酸化マグネシウムおよび五酸化二タンタルを
配合し、仮焼によりすべて酸化物に転化したもの
を加圧成形したものである。加圧成形方法には特
に制限はないが、等方圧加圧による方法が好まし
い。また、加圧成形の圧力は特に限定はしないが
1000kg／cm²以上が好ましい。前記加圧成形物の組成は前記一般式で表わさ
れ、ｘ、ｙおよびｚは前記に定義のとおりでなけ
ればならず、ｘ、ｙおよびｚのいずれか１つでも
前記の範囲内にない場合には、得られる磁器は、
緻密でなく、機械的強度が低くかつ無負荷Ｑも低
い。ｘ、ｙおよびｚは、好ましくは、それぞれ
0.56≦ｘ≦0.64、0.18≦ｙ≦0.22および0.18≦ｚ≦
0.22の範囲である。本発明の方法における昇温速度は、100〜1600
℃、好ましくは200〜1600℃、であることが必要
である。昇温速度が100℃未満では、焼結が不十
分であるために得られる磁器の無負荷が低く、ま
た1600℃を越えると磁器が割れてしまうことがあ
る。このような急速昇温は種々の方法により実施
することができる。例えば、縦型炉の加熱された
炉芯管内へ耐熱衝撃性を有する白金製支持体
（例、ボート）を用いて上方から耐火性粉末で包
んだ加圧成形物を吊り下げ降ろす方法、同じく炉
芯管内へ白金製支持台に載せて下方から押し上げ
入れる方法、赤外線もしくはキセノンランプもし
くは太陽光線などを用いたイメージ炉により急速
加熱する方法等を挙げることができる。最初に挙
げた、加熱された炉芯管内へ吊り下げ降す方法が
簡単で好適な方法である。また、本発明における焼成温度は1500〜1700
℃、好ましくは1550〜1650℃の間でなければなら
ない。この温度が1500℃未満であると焼結が不十
分であるため、得られる磁器の機械的強度が低
く、無負荷Ｑも低い。焼成温度が1700℃超える
と、処理される磁器が、高温安定性が高いために
焼成工程に磁器の保持容器としてよく使用される
白金製容器と反応して得られる磁器の特性が低下
する。加圧成形物の温度が1500〜1700℃の範囲の所望
温度に達した後の保持時間は昇温速度等に応じて
適宜選択する必要があるが特に制限はない。一般
には、30分以上の保持が好ましい。本発明の方法は、窒素ガス、アルゴン等の不活
性雰囲気または空気、酸素ガス等の酸化性雰囲気
において行うことが好ましい。［実施例］以下、本発明を実施例により具体的に説明する
が、本発明の範囲をこれらに限定するものではな
い。以下の実施例および比較例では、加圧成形物の
加熱、焼成を次に述べる方法で行なつた。縦型高温炉の炉芯管均熱部を予め所望の焼成温
度に設定しておく。耐火性粉末を白金製ボートに
入れ、その上に処理する加圧成形物を置きさらに
加圧成形物が完全に埋設されるように耐火性粉末
でその上を覆い包み込んだ。この白金製ボートを
炉芯管上端からその均熱部へと降下、挿入してゆ
く。被処理物の昇温速度は、白金線の他端に接続
されているケーブルに取り付けられている速度可
変のモーターにて白金製ボートの降下速度を変化
することにより制御することができる。実施例原料として、それぞれ純度99.9％である炭酸バ
リウム、酸化バリウムおよび五酸化二タンタルの
粉末を使用し、まずこれら３種の物質を所定の割
合で混合した。すなわち、実施例１〜28の各実施
例においては、得られる磁器の組成を表わす一般
式xBaO・yMgO・zTa₂O₅におけるｘ、ｙおよび
ｚがそれぞれ第１表に示す数値となるように秤取
し（ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ0.5≦ｘ≦0.7、0.15
≦ｙ≦0.25、0.15≦ｚ≦0.25の範囲である）、純水
とともにポリエチレン製ポツトに入れ、表面を樹
脂コートしたボールを用いて、16時間湿式混合し
た。この混合物をポツトより取出し、120℃で12
時間乾燥した後、700kg／cm²の圧力で加圧成形し
て塊とし、混合物中の炭酸塩を酸化物とするため
に、白金板上で空気中900〜1300℃で２時間仮焼
した。仮焼後、アルミナ乳鉢で塊を粉砕し、42メ
ツシユの篩を通して粒度を整えた。得られた粉末
を圧力500kg／cm²で直径10mm、厚さ約５mmの円板
状に一次成形した後、圧力2000kg／cm²の等方圧
で圧縮し成形物とした。得られた加圧成形物を前
述のように白金製ボート中で耐火性粉末で包み、
焼成に供した。耐火性粉末としてアルミナ、ジル
コニアまたはマグネシアの粉末を用い、昇温速度
が100〜1600℃／分の範囲内で、焼成温度が1500
〜1700℃の範囲内で、焼成温度における保持時間
が30分〜４時間の範囲内となるように条件を設定
して処理した。各実施例における耐火性粉末の種
類および粒径、昇温速度、焼成温度および焼成温
度での保持時間は第１表に示すとおりである。な
お、実施例12〜17の加圧成形物は一つの白金製ボ
ートに一緒に入れて同時に焼成処理した。実施例
18〜23も同様に同時に処理した。他の実施例では
個別に焼成処理した。得られた磁器の比誘電率（ε）および無負荷Ｑ
（Qu）を誘電体磁器法により11GHz付近の周波数
において測定した。得られた結果を第１表に示
す。第１表において、変形度は次の基準で評価し
た。〇………磁器の変形がまつたくない。 △………磁器の変形が生じている。 ×………磁器の変形が著しく生じている。なお、変形の著しい磁気のεおよびQuの測定
は、研削等の機械加工により成形を施した後に行
なつた。比較例第１表に示すように、耐火性粉末で成形体を包
まないこと以外は実施例と同様にして比較例１〜
12の磁器を製造した。比較例１〜６と比較例７〜
12はそれぞれ加圧成形物を一緒に白金製ボートに
入れ同時に焼成処理した。第１表の結果から、実施例の場合には得られる
磁器に変形がまつたく生ぜず、均一に焼成されて
いることがわかる。また、同時に処理した実施例
12〜17および実施例18〜23のそれぞれで得られた
磁器のεとQuはバラツキが極めて小さく、均一
な特性を有する磁器が製造されていることがわか
る。これに対し、比較例では個々の磁器が変形し
ており焼成が不均一であることがわかり、また、
同時に焼成したものの間でもεとQuのバラツキ
が大きくて製品間においても焼成が不均一である
ことがわかる。

【表】

【表】［発明の効果］実施例の結果から明らかなように、本発明によ
り得られるBaO−MgO−Ta₂O₅系誘電体磁器は、
Mnのような元素の添加を行わずに、高い無負荷
Ｑを有し、特に衛星通信等に好適な周波数11GHz
付近において比誘電率が約23以上、無負荷Ｑが
9000以上と高く高周波用低損失誘電体磁器として
優れている。また、本発明の製造方法は製造工程
が簡単であり、しかも急速昇温焼成に依つている
ため、昇温時間が従来数時間を要していたところ
を数分間に短縮でき、焼成工程を極めて簡便なも
のとし、かつ迅速化できる効果がある。さらに、本発明の製法により得られる個々の磁
器は全体に均一に焼成されているため変形が生ぜ
ず、したがつて研削工程などの後処理なしにその
まま誘電体共振器などの高周波用低損失誘電体磁
器として実用に供するこができる。また、製品間
においても焼成度の均一性が高いため、製品間に
おける誘電体特性のバラツキが小さい。よつて、
均一な品質の磁器が得られるため品質管理が容易
で、製品の歩留りが高い。

Claims

【特許請求の範囲】１一般式：xBaO・yMgO・zTa₂O₅で表わさ
れ、ただし、0.5≦ｘ≦0.7、 0.15≦ｙ≦0.25、0.15≦ｚ≦0.25で、ｘ＋ｙ＋
ｚ＝１である組成を有する加圧成形物を、1500〜
1700℃の温度まで100〜1600℃／分の昇温速度で
加熱し焼成する誘電体磁器の製法において、加
熱、焼成時に加圧成形物を耐火性粉末で包むこと
を特徴とする製法。