JPH07144966A - 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

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JPH07144966A
JPH07144966A JP5314308A JP31430893A JPH07144966A JP H07144966 A JPH07144966 A JP H07144966A JP 5314308 A JP5314308 A JP 5314308A JP 31430893 A JP31430893 A JP 31430893A JP H07144966 A JPH07144966 A JP H07144966A
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microwave dielectric
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Muneomi Katou
宗臣 加藤
Hirobumi Ozeki
博文 尾関
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な無負荷Qu、共振周波数の温度係数τ
f 及び比誘電率εr を満足すると共に、それらの性能を
安定的に発揮できるマイクロ波誘電体磁器組成物を提供
する。 【構成】 組成式x[yMgTiO3 −(1−y)Ca
TiO3 ]−(1−x)(La2 3 ・2TiO2
〔但し、0.85≦x≦0.95、0.5≦y≦0.
6〕で示されることを特徴とする。特に、上記組成式に
おいて、x=0.9、y=0.55前後の値とした場合
に、2500程度の高いQuと、55前後の高いεr
と、良好なτf とが得られると共に、これらの性能の焼
成温度の変化に伴う変動が小さい。

Description

【発明の詳細な説明】
【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、無負荷Q(以下、
「Qu」という。)及び共振周波数の温度係数(以下、
「τf 」という。)を実用的な特性範囲で維持しつつ、
高い比誘電率(以下、「εr 」という。)を備えるマイ
クロ波誘電体磁器組成物に関する。本発明は、マイクロ
波領域における誘電体共振器(特に、基地局用共振
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】マイクロ波誘電体磁器組成物(以下、
「磁器組成物」という。)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ので、マイ
クロ波領域でQuの大きな磁器組成物が望まれている。
また、この磁器組成物には、マイクロ波領域に適した高
いεr をもち、且つ、τf が小さいことが要求されてい
る。特に、近年では、上記共振器、回路基板等の小型化
等の要請を背景に、高いεr (45程度以上)を有する
ものが求められている。
【0003】そして、これらの要求を満足させる為、
(1─x)La(Mg1/2 Ti1/2)O3 −xCaTi
3 で示される組成を有する磁器組成物(特開昭61−
128411号公報)、所定のモル比で配合されたM
gO、CaO、TiO2 、Nd2 3 、ZnO及びPb
Oからなる6成分系の磁器組成物(特開昭61−291
456号公報)、所定のモル比で配合されたCaTi
3 、La2 Ti2 7 、Nd(Mg1/2 Ti1/2 )O
3 及びMgTiO3 ・ZnO混合物を主成分とする磁器
組成物(特開昭62−283862号公報、特開昭62
−283863号公報)等が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在に
おいては、上記磁器組成物の使用範囲の拡大等に伴い、
上記〜と同様に上記各要求性能(Qu、εr 等)に
優れた他の磁器組成物の出現が望まれている。また、高
品質の磁器組成物を安定的に得るには、その製造工程の
一つである焼成工程の焼成温度がある程度ばらついて
も、製造される各組成物間の性能に大きなばらつきを生
じさせない(即ち、磁器組成物の「焼成温度の変化に伴
う性能のばらつき」が小さい)ことが必要となる。
【0005】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、上記各要求性能を満足すると共に、それらの要求性
能を安定的に発揮できる磁器組成物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】本発明の磁器組成物は、
組成式x[yMgTiO3 −(1−y)CaTiO3
−(1−x)(La2 3 ・2TiO2 )〔但し、0.
85≦x≦0.95、0.5≦y≦0.6〕で示される
ことを特徴とする。
【0007】上記の如く「x」の範囲を定めるのは、以
下の理由による。即ち、xが0.85未満の場合には、
高いQuを得られず、xが0.95を越える場合には、
τfが許容範囲外の大きな正の値になり、またQuもx
が0.95の場合と比べると減少傾向となり好ましくな
い。また、xが上記範囲内の場合には、高Quと高εr
を維持できると共に、Qu、εr 及びτf の値の上記
「性能のばらつき」が小さいからである。特に、xが
0.9程度の場合に、高いεrを維持しつつ高いQuが
得られると共に、上記「性能のばらつき」も小さく好ま
しい。また、上記の如く「y」の値を定めるのは、yが
0.5未満の場合には、Quの値が小さくなると共に、
τf が許容範囲外の大きな正の値をとり、yが0.6を
越えるとεrが低下するからである。
【0008】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 (1)試験片の作製 本実施例の各試験片は、組成式x[yMgTiO3
(1−y)CaTiO3]−(1−x)(La2 3
2TiO2 )で表される磁器組成物(但し、各試験例毎
に、表1及び2に示す様にx、y及び焼成温度の少なく
とも1つが異なる。)となる様に、所定の調合粉末を用
いて作製したものである。
【0009】
【表1】
【0010】
【表2】
【0011】これらの調合粉末を構成する出発原料とし
ては、TiO2 粉末(純度;99.98%)、MgO粉
末(純度;99.3%)、CaCO3 粉末(純度;9
9.7%)、La2 3 粉末(純度;99.9%)を用
いた。そして、上記各調合粉末を所定量(約560g)
ずつ、アイリッヒミキサーにより、20〜30分掛けて
一次粉砕した。次いで、大気雰囲気中にて、1100℃
の温度の下、2時間仮焼を行った。尚、このときの昇温
速度は200℃/hであり、降温速度は−200℃/h
であった。
【0012】更に、これらの各仮焼粉末500gに、所
定の有機バインダー29gと水300〜400gを加
え、ボールミル(20mmφのアルミナボール、回転
数;90rpm)により、23時間掛けて2次粉砕を行
った。その後、真空凍結乾燥(真空度;約0.4Tor
r、真空乾燥時間;約20時間、凍結温度;−20〜−
40℃、乾燥温度;40〜50℃)により造粒し、これ
らの造粒された原料を用いて1000kg/cm2 のプ
レス圧で19mmφ×10mmt(高さ)の円柱状に成
形した。
【0013】次に、これらの成形体を大気中500℃、
3時間にて脱脂し、その後、1350〜1475℃の範
囲の温度で、4時間焼成し、最後に両端面を約16mm
φ×8mmt(高さ)の円柱状に研磨して、各試験片を
作製した。尚、この焼成工程における昇温速度は100
℃/hで、降温速度は−100℃/hであった。
【0014】(2)性能試験とその評価 以上の各試験片の性能を評価するために、以下に述べる
各項目の試験と評価を行った。 A.マイクロ波誘電特性 εr 、Qu及びτf 平行導体板型誘電体円柱共振器法(TE011 MODE)
等により行った。尚、測定周波数は、3.1〜4.0G
Hzである。但し、各表中のQu値は、3.5GHzに
換算したものである。また、τf は30〜80℃の温度
領域で測定し、τf =(f80−f30)/(f30×Δ
T)、ΔT=80−30=50℃にて算出した。 焼結密度 アルキメデス法により測定した。
【0015】これらの結果を上記表1、2及び図1〜8
に示す。尚、これらの図のうち、図1〜4は、上記
「x」の値と、各特性値(εr 、Qu等)との関係を示
すグラフ(但し、図1〜3は、焼成温度1475℃の場
合を示す。)である。また、図5〜8は、表2に示され
る各試験例〔組成式x(0.55MgTiO3 −0.4
5CaTiO3 )−(1−x)(La2 3 ・2TiO
2 )で示されるもの〕において、焼成温度(焼成温度;
1350〜1500℃)と各試験片の特性値(εr、Q
u等)との関係を示している。更に、表3は同試験例に
おいて、焼成温度が各試験片の特性値(εr 、Qu等)
に与える影響〔焼成温度を1350〜1500℃間で変
化させた場合の各特性値の変動(同表中に±を付して示
した特性値のばらつき)〕を示している。
【0016】
【表3】
【0017】表1によれば、yMgTiO3 −(1−
y)CaTiO3 のyの値が大きくなるに従って、Qu
の値が大きくなり、またτfは小さくなる傾向にある。
一方、εrはyの値の増加に伴って減少する傾向にあ
る。但し、これらのLa2 3 ・2TiO2 を含有しな
い磁器組成物(x=1)では、εrは高い値を示してい
るが、Qu及びτfの値が十分とは言えない。
【0018】一方、表2に示す0.55MgTiO3
0.45CaTiO3 に、所定量のLa2 3 ・2Ti
2 を添加した磁器組成物では、Quはxの値が大きく
なるに従って増加し、x=0.8付近で、上記表1に示
す各組成物よりも大きな値を示し、x=0.9付近で良
好な値になる(図1参照)。しかしながら、xの値が
0.9を越えると減少する傾向にある。また、εrは、
La2 3 ・2TiO2 を所定量〔組成物全体の10%
(モル比)〕以上含有することにより、約20近く低下
するが、いずれも55前後の良好な値を示している(図
2参照)。
【0019】更に、τf は、xの値が0.7未満の範囲
では、xの値が大きくなるに従って、減少する傾向にあ
る。しかしながら、xの値が0.7を越えると正の大き
な値に向かうものの、表1に示す組成物よりも遙かに小
さな値になっている(図3参照)。また、焼結密度は、
xの値に影響され易く、xの値が大きくなると減少する
傾向にあるが、いずれも許容範囲内の数値を示している
(図4、8等参照)。以上より、yが0.55前後
(0.5≦y≦0.60)で、xが0.9前後(0.8
5≦x≦0.95)の場合に、良好な誘電特性が得られ
る。
【0020】また、図5及び表3によれば、x=0.8
の場合にはQu値のばらつきが±120であるのに対し
て、x=0.9の場合には±50となり、約5/12に
迄低減されている。更に、εrは、x=0.9の場合
に、x=0.8の場合に比べ、ばらつきが約2/3にな
っている。また、τfは、x=0.8、0.9いずれの
場合もばらつきが少ない。更に、焼結密度は、xが0.
8以上の場合に、安定した状態(焼成温度1450℃以
上で、低下割合がやや大きくなるが)を示している(図
8参照)。
【0021】尚、x=0.6、x=0.7の場合は、1
425℃未満の低い焼成温度でも磁器組成物が十分に緻
密化しているが、マイクロ波の波形が出ずに、Qu、ε
r及びτfの測定が不可能であった。また、これらの場
合に、焼成温度を1475℃以上と高くした場合には、
液相が生成し、セッターへの滲み出しが著しかった。以
上より、0.85≦x≦0.95、0.50≦y≦0.
60の範囲の場合に、焼成温度による性能のばらつきが
小さい。
【0022】B.結晶構造 上記表2に示す試験例No.234(x=0.9、焼成
温度;1425℃)、233(x=0.8、焼成温度;
1425℃)、232(x=0.7、焼成温度;142
5℃)及び212(x=0.7、焼成温度;1475
℃)の各試験片の結晶構造をX線により分析した。これ
らの結果を図9〜14に示す。これらのうちで、試験例
No.234においては、MgTiO3 (各図中「○」
で表示)及びCaTiO3 (各図中「●」で表示)のピ
ークが表れた。また、その他の試験片では、これらに加
えて、La0.66TiO2.9993(結晶形;斜方晶形、格子
定数;a=3.869、b=3.882、c=7.78
2、DX ;=5.325、各図中「△」で表示)のピー
クが表れた。
【0023】従って、各試験片を構成する磁器組成物が
MgTiO3 、CaTiO3 及びLa0.66TiO2.9993
の混晶系であることが判る。そして、xの値が小さくな
る(La2 3 の含有量が増加する)に従って、MgT
iO3 のピークが減少し、La0.66TiO2.9993(各図
中「△」で表示)のピークが増加する傾向にある。ま
た、図11と12を比較すれば、焼成温度の上昇によっ
ても、La0.66TiO2.9993(各図中「△」で表示)の
ピークが増加することが判る。
【0024】C.微細組織構造 本性能評価においては、各試験片の平均結晶粒径の測定
を行った。上記試験例No.231(x=0.6、焼成
温度;1425℃)〜234の各試験片の平均結晶粒径
をIntercept 法により測定した結果を図13に示す。こ
れによれば、(1−x)の値(La2 3 ・2TiO2
の比率)が増加するに従って、平均結晶粒径は大きくな
っている。
【0025】尚、本発明においては、前記具体的実施例
に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範
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。
【0026】
【発明の効果】以上の様に、本発明の磁器組成物は、Q
u及びτf が実用的な特性範囲で維持されると共に、高
いεr を備えている。また、焼成ばらつきの小さな磁器
組成物であるため、高品質な誘電体を安定的に製造でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】組成式x(0.55MgTiO3 −0.45C
aTiO3 )−(1−x)(La2 3 ・2TiO2
で示される磁器組成物において、xとQuとの関係を示
すグラフである。
【図2】図1と同様の磁器組成物において、xとεr
の関係を示すグラフである。
【図3】図1と同様の磁器組成物において、xとτf
の関係を示すグラフである。
【図4】図1と同様の磁器組成物において、xと焼結密
度との関係を焼成温度毎に示すグラフである。
【図5】図1と同様の磁器組成物において、xを各値に
定めたときの焼成温度とQuとの関係を示すグラフであ
る。
【図6】図1と同様の磁器組成物において、xを各値に
定めたときの焼成温度とεr との関係を示すグラフであ
る。
【図7】図1と同様の磁器組成物において、xを各値に
定めたときの焼成温度とτf との関係を示すグラフであ
る。
【図8】図1と同様の磁器組成物において、xを各値に
定めたときの焼成温度と焼結密度との関係を示すグラフ
である。
【図9】試験例No.234の試験片のX線回折の結果
を示すグラフである。
【図10】試験例No.233の試験片のX線回折の結
果を示すグラフである。
【図11】試験例No.232の試験片のX線回折の結
果を示すグラフである。
【図12】試験例No.212の試験片のX線回折の結
果を示すグラフである。
【図13】図1と同様の組成物からなる試験片におい
て、(1−x)の値と平均結晶粒径の関係を示すグラフ
である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式x[yMgTiO3 −(1−y)
    CaTiO3 ]−(1−x)(La2 3 ・2Ti
    2 )〔但し、0.85≦x≦0.95、0.5≦y≦
    0.6〕で示されることを特徴とするマイクロ波誘電体
    磁器組成物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114075070A (zh) * 2020-08-13 2022-02-22 华为技术有限公司 一种复相微波陶瓷材料及其制作方法和电子器件

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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