JPH0417207A - 誘電体磁器組成物とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、特に高い誘電率及び高い無負荷Ｑを有する誘
電体磁器組成物に関するものである。誘電体磁器組成物
はマイクロ波やミリ波などの高周波領域において誘電体
共振器として幅広く利用され、各種の帯域フィルタ等の
構成素子として、また各種の局部発振器の周波数安定化
素子として役だっている。これらのフィルタや局部発振
器は。

近年の人工衛星を利用した衛星放送や衛星通信の技術分
野で欠くことのできない機器や素子である。

さらにこれらの組成物は、その大きな誘電率、小さな誘
電損失等が注目され、アルミナ等に替わる誘電体基板と
しての利用も期待されている。

従来の技術 この発明は高周波用の誘電体磁器組成物に関するもので
ある。高周波帯域での通信技術分野で使われるときに要
求される特性は、大きな誘電率、小さな誘電損失、そし
てほとんど零に近い共振周波数の温度シフト量である。

木材料の最も使用分野の大きい誘電体共振器について考
えてみると、誘電率ε７が大きい場合、マイクロ波等の
電磁波は空気中での伝搬波長に対して誘電体中ではその
波長が１／Ｊｉ　　と短縮されるので、空気中での共振
を利用していた従来の空洞共振器にたいして機器の小型
化を計ることができる。

誘電損失はｔａｎδで表されるが、近年この値が１０−
４以下と小さな材料が見いだされ、フィルタの帯域特性
、発振器の発振特性を先鋭化する上で大きく貢献してい
る。実用上誘電損失特性はｔａｎδの逆数を取り、Ｑ＝
１／ｌａｎδなる量、Ｑ値でその大きさを評価する。共
振周波数の温度係数がほぼ零に近いことは、通信に用い
る周波数のシフトを防ぐ上で不可欠であり、誘電体共振
器に対して、絶対値がほぼＳＰＰ１７℃以下であること
が要求され、現在ではそれが満足されている。

従来この種の誘電体磁器組成物としては、　Ｚｒ５ｎＴ
ｉ０４系材料、　Ｈａ（Ｚｒ、Ｚｎ、丁ａ）０３系材料
、Ｂａ（ＺｒＮｇＳｂＴａ）０３系材料、Ｂａ　（Ｚ　
ｎ　＋　Ｎ　ｂ　＋　Ｔａ　）０３系材料等があル、コ
レらはいずれも誘電体共振器としたときの特性で、周波
数が１０ＧＨｚにおいて、誘電率が２Ｏ〜４０．　Ｑ値
が３０００−１００００、共振周波数の温度係数が±５
ｐｐｍ／”Ｃ以下の特性を有している。

これらに対して、近年の通信技術の進歩により、ざらに
狭帯域な周波数帯域フィルタや高出力対応のフィルタが
必要となり、誘電体共振器にたいしてより高いＱ値が要
求されている。またＱ値は共振周波数（ｆｏ）が高くな
るとＣ／ｆｏ　（Ｃはある定数）なる経験則に基づいて
減少する物理量であるため、同類の機器や素子を使用す
る場合でも、使用周波数（材料側からみれば共振周波数
）が高くなれば、より大きなＱ値をもつ誘電体共振器が
必要となる。たとえば局部発振器の場合でも、１ＯＧＨ
ｚ以上の高い周波数帯での発振特性の安定化を実現する
ために、より高いＱ値の誘電体共振器の開発が望まれて
いる。

高いＱ値を持つ材料としては、Ｈａ　（Ｎｇｔ／３Ｔａ
２／３）偽系が知られている。特開昭８２−１７０１０
２に開示されているように、この材料は、急速昇温加熱
（第一段加熱処理）、及び、酸素雰囲気での熱処理（第
二段加熱処理）により、焼結密度が９５％で３８０００
という高いＱ値を有すると報告されている。

しかしながらこの製造方法は、その処理過程で例えば１
６００℃／ｗｉｎ、という急速昇温速度を必要とし、か
つ処理温度もｔｅｏｏ〜１７００℃と高く、また雰囲気
ガスとして酸素を使うなど、信頼性や製造コストの点で
問題が多く、実用化には問題がある。

一方これに対して、添加元素を工夫して、特開昭ＢＯ−
１２４３０５に開示されているＨａ（Ｓｎ、Ｎｇ、Ｔａ
）０３系誘電体磁器組成物や特開昭８０−８８５０３に
開示されているＢａ（Ｚｒ、Ｍｇ、Ｓｂ、Ｔａ）０３系
誘電体磁器組成物に知られているように、実用的な常圧
焼結法による製造も検討されているが、いずれも焼結性
は向上するものの、Ｑ値は１００００前後であまり高い
ものは得られていない。

このような状況で、本発明者らはリンの添加効果を検討
し、特願平１−４１６５３ならびに特願平ｌ−９１８８
７に示したように、Ｂａ　（Ｍｇｔ、３Ｔａ２／３）　
Ｏｓを主成分とした複合ペロブスカイト型構造の酸化物
に対して少量のリンを含有させることにより、１０ＧＨ
ｚで３５０００以上のＱ値をもった誘電体磁器組成物を
通常の常圧焼結法で製造できることを発明した。

さらに他方でも、このような目的での研究開発は鋭意性
われ、特開平１−２５１５１２に開示されたように、フ
ッ素を添加することにより同様な高いＱ値を持つ誘電体
磁器組成物が開発されている。

発明が解決しようとする課題 前述の特開昭６２−１７０１０２に開示されているよう
に、Ｂａ　（Ｍｇ＋／３Ｔａ２／３）　０３材料は高周
波用の誘電体磁器組成物として有望であるにもかかわら
ず、難焼結性材料であるために、適切な特性を得るため
には急速昇温加熱や酸素雰囲気での焼結条件を必要とし
、経済性、製品の信頼性の観点から実用化に問題があっ
た。この点から、同様に高いＱ値を持ち通常の常圧焼結
法による安価で信頼性の高い誘電体磁器組成物が要望さ
れていた。

これに対しすでに特開平１−２５１５１２に開示されて
いるようにフッ素の添加効果が検討され、また本発明者
らは、特願平１−４１８５３ならびに特願平１９１８８
７に示したように、Ｂａ　（Ｍｇｌ、３τａ２／３）０
３を主成分とした複合ペロブスカイト型構造の酸化物に
対して少量のリンを含有させることにより、高いＱ値を
もった誘電体磁器組成物を通常の常圧焼結法で製造でき
ることを発明した０本発明は、さらにこの材料について
の特性を研究し、より広範囲な材料組成域で、同等、あ
るいはそれ以上の高いＱ値をもつ誘電体磁器組成物を開
発することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記の課題を解決するために、本発明では、Ｂａ　（Ｈ
ｇＩ／３Ｔａ２／３）　０３を主成分とした複合ペロブ
スカイト型構造の酸化物に対して少量のリンを含有させ
ながら、Ｂａ、　Ｍｇ、丁ａの組成範囲を変え、高Ｑ値
をもつ誘電体磁器組成物を開発することを試みた。すな
わち、この発明は、次の通りである。

（１）一般式　Ｂａｚ（ＭｇｘＴａｙ）Ｏｙ　　　（ｗ
は任意の数）で表せる組成において、０．２８≦ｘ≦０
．３９．０．６１≦ｙ≦０．７２　（ただしｘ＋ｙ＝１
）、０．９５≦２≦１．０５の範囲にある酸化物に対し
て、０．００５〜１．０ｗｔ％の範囲のリンを含有させ
てなる高周波用誘電体磁器組成物。

（２）　ＢａＯ、）！ｇＯ、丁ａ２Ｏ５からなる仮焼物
を製造し、これにｌｌ３Ｐ０４またはリン酸アンモニウ
ムを添加して焼成することを特徴とする請求項第１項記
載の誘電体磁器組成物の製造方法。

本発明において、マグネシウムとタンタルとバリウムの
含有量を前記範囲に限定したのは、前記範囲外では比誘
電率が低下するか、または誘電損失が増加してしまい、
目的とする誘電体磁器組成物が得られない、また、リン
の含有量を前記範囲に限定したのは、０．００５　ｗｔ
％より少ない場合は充分に緻密化した焼結体が得られず
、１．Ｏａｔ％より多い場合は、誘電損失が増加してし
まい、目的とする誘電体磁器組成物が得られない。

作用 バリウムとマグネシウムとタンタルを所定量含有する酸
化物に、さらにリンを所定量含有させることにより、比
誘電率が２３以上で、かつ１ＯＧＨｚでの誘電損失を２
−５　Ｘｌ０−’以下の極めて小さな値にすることが可
能である。構成元素の組成域を拡張することにより、よ
り小さな誘電損失値を持つ誘電体磁器組成物を得ること
ができ、その値はＱ値に換算して４００００以上もの大
きな値を得ることができる。

リンを含有させる方法としては、五酸化リンやリン酸マ
グネシウムのように種々の固体原料の形で加えることも
可能である。また、仮焼物に対して、リン酸水溶液やリ
ン酸アンモニウム水溶液の形で加えることも可能であり
、特にこの場合は、よりリンの均一添加が容易となり、
目的とする誘電体磁器組成物を製造することができる。

また出発原料を共沈法やアルコキシド法により作り、ま
たゾル−ゲル法を併用することにより、容易にリンを含
有する目的とする誘電体磁器組成物を製造することがで
きる。

実施例 以下、本発明の実施例及び比較例により本発明の詳細な
説明する。

原料として高純度のばＢａＣＯ３、ＭｇＯ、Ｔａ２Ｏ５
の酸化物粉末を用意し、これらの各原料粉末を第１表に
示す組成からなる磁器組成物が得られるように秤量し、
秤量原料をボールミルで湿式混合した。

次に１２５０℃で４時間の仮焼を行い、この仮焼粉に所
定添加量のリン酸とバインダを加えて、造粒を行った。

この造粒粉を２Ｏ００ｋｇ４／Ｃｍ２の圧力で、直径１
０ｍ１１、高さ５層ｍの円板状に一軸成形し、１４００
〜１７００℃の範囲で第１図に示すような焼結パターン
で焼結し、磁器試料を得た。ここで、温度Ａは、１４５
０〜１７００℃の範囲の温度であり約２〜６４時間保持
している。温度Ｂは、１１００〜１５００℃の範囲の温
度であり、約２〜１２８時間の熱処理を施している。

得られた各磁器試料については、平行面をだすための加
工を施した後、ネットワークアナライザを用いて平行導
体板型誘電体共振器法にて、比誘電率、１ＯＧＨｚでの
Ｑ値、共振周波数の温度係数を測定した。その結果を第
１表に示す、なお１本印を付けた試料はこの発明の範囲
外のものであり、それ以外はすへてこの発明の範囲内の
ものである。

またリンの添加方法であるが、試料Ｎｏ、　　１〜５０
まではリン酸水溶液を用いて、試料Ｎｏ、　５１〜５６
まではリン酸アンモニウム水溶液を用いている。いずれ
の場合も同等な効果が得られ、それぞれリンの含有量に
換算して表記しである。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば高い誘導率及び高い無
負荷Ｑを有する誘導体磁器組成物が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例における焼結パターンを示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式Ｂａ＿ｚ（Ｍｇ＿ｘＴａ＿ｙ）Ｏ＿ｗ（ｗ
   は任意の数）で表せる組成において、０．２８≦ｘ≦０
   ．３９、０．６１≦ｙ≦０．７２（ただしｘ＋ｙ＝１）
   、０．９５≦ｚ≦１．０５の範囲にある酸化物に対して
   、０．００５〜１．０ｗｔ％の範囲のリンを含有させて
   なる高周波用誘電体磁器組成物。
2. （２）ＢａＯ、ＭｇＯ、Ｔａ＿２Ｏ＿５からなる仮焼物
   を製造し、これにＨ＿３ＰＯ＿４またはリン酸アンモニ
   ウムを添加して焼成することを特徴とする請求項１記載
   の誘電体磁器組成物の製造方法。