JPH10330157A - セラミックス誘電体材料およびその製造方法 - Google Patents

セラミックス誘電体材料およびその製造方法

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JPH10330157A
JPH10330157A JP9141307A JP14130797A JPH10330157A JP H10330157 A JPH10330157 A JP H10330157A JP 9141307 A JP9141307 A JP 9141307A JP 14130797 A JP14130797 A JP 14130797A JP H10330157 A JPH10330157 A JP H10330157A
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JP
Japan
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ceramic dielectric
value
composition
ratio
dielectric material
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JP9141307A
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English (en)
Inventor
Masashi Yoshida
政司 吉田
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高価な希土類元素を含まず、高誘電率を有し、
かつQ値が高いセラミックス誘電体材料、およびその製
造方法を提供する。 【解決手段】(1)組成が(Sr1-x Cax4 Ti3
10(ただし、0≦x≦0.5)で表され、正方晶Sr
4 Ti310型結晶構造を有するセラミックス誘電体材
料。(2)組成が(Sr1-x Cax3 Ti27 (た
だし、0≦x≦0.5)で表され、正方晶Sr3 Ti2
7 型結晶構造を有するセラミックス誘電体材料。
(3)これらの材料は、Ca、SrおよびTiのそれぞ
れについて、その酸化物、塩化物、硝酸塩、シュウ酸塩
および炭酸化物のうちの少なくとも1種の粉末を(1)
または(2)の組成物が得られるように混合し、120
0℃以上の温度域で1時間以上保持することにより製造
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波を利用
する通信に用いられる誘電体共振器フィルター等に使用
される誘電体材料、あるいは、マイクロストリップ構造
やストリップ構造のフィルターの基板として使用される
誘電体材料、およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波を利用する通信に使用される
誘電体共振器フィルター等、あるいはマイクロストリッ
プ構造やストリップ構造のフィルターの基板など、電子
部品用の材料として、磁器(セラミックス)製の誘電体
材料がよく用いられている。これら誘電体材料において
は、誘電率が大きく、誘電損失(1/Q)が小さいこと
(すなわち、Q値が大きいこと)が要求される。誘電率
が大きければ、フィルター等、電子部品の小型化が容易
になるからである。
【0003】比誘電率が60以上で、fQ値が6000
GHz以上の誘電体材料として、(Ca1-x Ndx
2/(x+2) TiO3 が知られている。しかし、この誘電体
材料は、高価な希土類元素を用いるのでコスト高になる
という欠点がある。
【0004】一方、希土類元素を用いない高誘電率の材
料としてはSrTiO3 やCaTiO3 が知られている
が、fQ値はそれぞれ2000GHzおよび5000G
Hz程度と小さい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような状
況に鑑みなされたもので、高価な希土類元素を用いず、
高誘電率を有し、かつfQ値が高いセラミックス誘電体
材料、およびその製造方法を提供することを目的として
いる。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するため検討を重ねた結果、Sr、Ca、Tiお
よびO(酸素)の4元素からなる化合物であって、Sr
とCaの比が所定の条件を満たすものが高誘電率、およ
び高Q値を有することを知見し、本発明をなすに至っ
た。
【0007】本発明の要旨は、下記のセラミックス誘電
体材料((1)および(2)の発明)、ならびにそれら
の製造方法((3)および(4)の発明)にある。
【0008】(1)組成が(Sr1-x Cax4 Ti3
10(ただし、0≦x≦0.5)で表され、正方晶Sr
4 Ti310型結晶構造を有することを特徴とするセラ
ミックス誘電体材料。
【0009】(2)組成が(Sr1-x Cax3 Ti2
7 (ただし、0≦x≦0.5)で表され、正方晶Sr
3 Ti27 型結晶構造を有することを特徴とするセラ
ミックス誘電体材料。
【0010】(3)Ca、SrおよびTiのそれぞれに
ついて、その酸化物、塩化物、硝酸塩、シュウ酸塩およ
び炭酸化物のうちの少なくとも1種の粉末を、前記金属
元素の比が上記(1)に記載される組成におけるこれら
金属元素の比の範囲内に入るように混合し、1200℃
以上の温度域で1時間以上保持することを特徴とする上
記(1)に記載のセラミックス誘電体材料の製造方法。
【0011】(4)Ca、SrおよびTiのそれぞれに
ついて、その酸化物、塩化物、硝酸塩、シュウ酸塩およ
び炭酸化物のうちの少なくとも1種の粉末を、前記金属
元素の比が上記(2)に記載される組成におけるこれら
金属元素の比の範囲内に入るように混合し、1200℃
以上の温度域で1時間以上保持することを特徴とする上
記(2)に記載のセラミックス誘電体材料の製造方法。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明(上記(1)〜
(4)の発明)を詳しく説明する。
【0013】上記(1)の発明は、組成が(Sr1-x
x4 Ti310(ただし、0≦x≦0.5)で表さ
れ、Sr4 Ti310型結晶構造を有するセラミックス
誘電体材料である。xを0.5以下(0を含む)に限定
する理由は、xが0.5を超えると、fQ値が6000
GHzより小さく、したがって、誘電損失が大きくな
り、マイクロ波フィルター材料として適さないからであ
る。なお、Sr4 Ti310型結晶構造以外のものが含
まれる場合は、(Sr1-x Cax4 Ti310(ただ
し、0≦x≦0.5)のみではなく、多種の化合物の混
合物となり、誘電特性のよいものは得られない。
【0014】上記(2)の発明は、組成が(Sr1-x
x3 Ti27 (ただし、0≦x≦0.5)で表さ
れ、Sr3 Ti27 型結晶構造を有するセラミックス
誘電体材料である。xを0.5以下(0を含む)に限定
するのは、(1)の発明におけると同様、xが0.5を
超えると、fQ値が6000GHzより小さく、誘電損
失が大きくなり、マイクロ波フィルター材料としては不
適当だからである。なお、(1)の発明におけると同
様、Sr3 Ti27 型結晶構造以外のものが含まれる
場合は、(Sr1-x Cax3 Ti27 (ただし、0
≦x≦0.5)のみではなく、多種の化合物の混合物と
なり、やはり誘電特性のよいものは得られない。
【0015】上記(1)および(2)のセラミックス誘
電体材料は、高誘電率を有し、かつfQ値も高く、マイ
クロ波フィルター材料として好適である。
【0016】上記(3)および(4)の発明は、それぞ
れ(1)の誘電体材料の製造方法、および(2)の誘電
体材料の製造方法である。
【0017】(3)の方法においては、Ca、Srおよ
びTiの化合物の粉末を、これら金属元素の比が上記
(1)に記載される組成、すなわち(Sr1-x Cax
4 Ti310(ただし、0≦x≦0.5)におけるこれ
ら金属元素の比の範囲内に入るように混合し、1200
℃以上の温度域で1時間以上保持して反応させ、焼結体
とする。
【0018】焼結温度を1200℃以上に限定するの
は、後述する実施例に示すように、1200℃より低い
温度ではfQ値が小さい材料しか得られないからであ
る。上限は特に限定しないが、1400℃を超えてもf
Q値はほとんど変化せず、製造コストが嵩むだけなの
で、1400℃とするのが好ましい。
【0019】焼結時間は、1時間に満たないと焼結が十
分に進行せず、緻密な材料が得られないため誘電率が小
さくなるので、1時間以上とする。上限は特に限定しな
いが、10時間以上加熱しても特性の向上はほとんどみ
られないので、10時間とするのが好ましい。
【0020】Ca、SrおよびTiの化合物としては、
これらそれぞれの金属の酸化物、塩化物、硝酸塩、シュ
ウ酸塩または炭酸化物を用いることができる。いずれの
金属についても、これらの化合物の1種または2種以上
を使用すればよい。
【0021】なお、使用に際しては、粉末状とする。粉
末の粒径は特に限定しないが、後の工程で焼結処理を行
ったときに、少なくとも1時間で焼結反応が十分に進行
する程度の粒径であればよい。望ましい粒径は3μm以
下である。
【0022】(4)の方法においては、(3)の方法に
おけると同様に、Ca、SrおよびTiの化合物の粉末
を、これら金属元素の比が上記(2)に記載される組
成、すなわち(Sr1-x Cax3 Ti27 (ただ
し、0≦x≦0.5)におけるこれら金属元素の比の範
囲内に入るように混合し、1200℃以上の温度域で1
時間以上保持して反応させ、焼結体とする。
【0023】(4)の方法において、焼結温度を120
0℃以上とし、焼結時間を1時間以上とする理由、なら
びに、焼結温度と焼結時間の好ましい上限値および理由
は、上述した(3)の方法の場合と同じである。
【0024】また、Ca、SrおよびTiの化合物とし
ては、(3)の方法におけると同様、これらそれぞれの
金属の酸化物、塩化物、硝酸塩、シュウ酸塩または炭酸
化物を用いることができる。いずれの金属についても、
これらの化合物の1種または2種以上を使用すればよ
い。なお、使用に際して粉末状とするのは、(3)の方
法の場合と同じである。
【0025】これら(3)および(4)の方法によれ
ば、前記の(1)および(2)の高誘電率で、かつ高Q
値のセラミックス誘電体材料を容易に製造することがで
きる。
【0026】
【実施例】
(実施例1)SrCO3 、TiO2 およびCaCO3
金属元素の比が(Sr1-x Cax4 Ti310におけ
るこれら金属元素の比(ただし、xは0〜0.7の範囲
内で変化させた)になるように混合し、電気炉で100
0℃に1時間保持した後、粉砕、混合し、直径が30m
mで、高さが20mmの円筒状のペレットに整形し、電
気炉で1400℃に1時間保持して焼結した。
【0027】得られた焼結体(試料)の誘電率およびQ
値をネットワークアナライザーHP8510を用いて測
定した。
【0028】結果を表1に示す。
【0029】この結果から明らかなように、比誘電率は
xが増すにつれて多少減少したが、xが0.5以下のと
きには、90を超える高い値が得られた。また、fQ値
は、xが0.2のとき最高で、0≦x≦0.5の範囲で
は6000GHz以上の高い値が得られた。
【0030】図1は、(Sr1-x Cax4 Ti310
についての焼結温度とQ値(fQ値で表示)の関係を示
す図である。すなわち、SrCO3 、TiO2 およびC
aCO3 を金属元素の比が(Sr1-x Cax4 Ti3
10におけるこれら金属元素の比(ただし、x=0.
4、またはx=0.1)になるように混合し、1100
℃で1時間仮焼した後、粉砕、混合し、上記と同様に整
形し、その後、焼結温度を1100〜1600℃の範囲
で変えて焼結し、得られた焼結体のQ値を測定した結果
である。なお、図中の●印はx=0.4の場合、○印は
x=0.1の場合である。
【0031】この図に示されるように、x=0.4、x
=0.1のいずれの場合も、1200℃以上の温度域
で、fQ値が6000GHz以上の高い値が得られた。
なお、焼結温度が1400℃を超えてもfQ値はほとん
ど変化しない。したがって、焼結温度の上限は1400
℃とするのが好ましい。
【0032】
【表1】
【0033】(実施例2)SrCO3 、TiO2 および
CaCO3 を金属元素の比が(Sr1-x Cax3 Ti
27 におけるこれら金属元素の比(ただし、xは0〜
0.7の範囲内で変化させた)になるように混合し、電
気炉で1000℃に1時間保持した後、粉砕、混合し、
直径が30mmで、高さが20mmの円筒状のペレット
に整形し、電気炉で1400℃に1時間保持して反応さ
せ、焼結した。
【0034】得られた焼結体(試料)の誘電率およびQ
値をネットワークアナライザーHP8510を用いて測
定した。
【0035】結果を表2に示す。
【0036】この結果から明らかなように、誘電率はx
が増すにつれて多少減少したが、xが0.5以下のとき
には、60を超える高い値が得られた。また、fQ値
は、xが0.2のとき最高で、0≦x≦0.5の範囲で
は6000GHz以上の高い値が得られた。
【0037】図2は、(Sr1-x Cax3 Ti27
についての焼結温度とQ値(fQ値で表示)の関係を示
す図である。すなわち、SrCO3 、TiO2 およびC
aCO3 を金属元素の比が(Sr1-x Cax3 Ti2
7 におけるこれら金属元素の比(ただし、x=0.
4、またはx=0.1)になるように混合し、1100
℃で1時間仮焼した後、粉砕、混合し、上記と同様に整
形し、その後、焼結温度を1100〜1600℃の範囲
で変えて焼結し、得られた焼結体のQ値を測定した結果
である。なお、図中の●印はx=0.4の場合、○印は
x=0.1の場合である。
【0038】この図に示されるように、x=0.4、x
=0.1のいずれの場合も、1200℃以上の温度域
で、fQ値が6000GHz以上の高い値が得られた。
なお、焼結温度が1400℃を超えてもfQ値はほとん
ど変化しない。したがって、焼結温度の上限は1400
℃とするのが好ましい。
【0039】
【表2】
【0040】
【発明の効果】本発明のセラミックス誘電体材料は、高
価な希土類元素が含まれておらず、高誘電率を有し、か
つQ値が高く、フィルター等の電子部品用材料として好
適である。この材料は本発明方法により容易に製造する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(Sr1-x Cax4 Ti310についての焼
結温度とfQ値の関係を示す図である。
【図2】(Sr1-x Cax3 Ti27 についての焼
結温度とfQ値の関係を示す図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】組成が(Sr1-x Cax4 Ti3
    10(ただし、0≦x≦0.5)で表され、正方晶Sr4
    Ti310型結晶構造を有することを特徴とするセラミ
    ックス誘電体材料。
  2. 【請求項2】組成が(Sr1-x Cax3 Ti27
    (ただし、0≦x≦0.5)で表され、正方晶Sr3
    27 型結晶構造を有することを特徴とするセラミッ
    クス誘電体材料。
  3. 【請求項3】Ca、SrおよびTiのそれぞれについ
    て、その酸化物、塩化物、硝酸塩、シュウ酸塩および炭
    酸化物のうちの少なくとも1種の粉末を、前記金属元素
    の比が請求項1に記載される組成におけるこれら金属元
    素の比の範囲内に入るように混合し、1200℃以上の
    温度域で1時間以上保持することを特徴とする請求項1
    に記載のセラミックス誘電体材料の製造方法。
  4. 【請求項4】Ca、SrおよびTiのそれぞれについ
    て、その酸化物、塩化物、硝酸塩、シュウ酸塩および炭
    酸化物のうちの少なくとも1種の粉末を、前記金属元素
    の比が請求項2に記載される組成におけるこれら金属元
    素の比の範囲内に入るように混合し、1200℃以上の
    温度域で1時間以上保持することを特徴とする請求項2
    に記載のセラミックス誘電体材料の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7622411B2 (en) * 2003-03-26 2009-11-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Thermal barrier coating material

Cited By (1)

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