KR930001539B1 - 고유전율 자기 조성물 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 보조 성분인 Pbo와 ZnO의 혼합비에 따른 전기적 특성을 도시한 그래프.
제2도는 주성분에 첨가된 보조 성분의 양에 따른 전기적 특성을 도시한 그래프.
본 발명은 유전상수가 높고 적층형 자기 콘덴서 등에 이용되는 Pb(mg 1/3, Nb 2/3), O3-PbTiO3-Pb(Mn 1/3, Nb 2/3)O3계의 자기 조성물에 관한 것이다.
종래의 Pb(Mg 1/3, Nb 2/3) O3-PbTiO3-Pb(Mn 1/3, Nb 2/3) O3계 자기 유전체는 전기적 특성이 우수하고, 유전상수 εs가 높으며, 유전손실 tan δ가 극히 작고, 절연저항 IR이 크지만, 그 소결 공정에서 1150℃이상의 높은 온도범위를 요한다.
따라서 그 소결공정에 대향의 열에너지가 필요하게 된다. 또한 고온에서 소성로를 구성하는 재료의 열화와 손실이 현저하여 소성 장치의 유지비가 높아진다.
또한, 적충형 자기 콘덴서의 경우, 그 자기 유전체를 그에 매립된 내부 전극과 함께 소결해야 하며, 통상 그의 내부 전극으로는 Ag-Pb 합금이 이용된다. 따라서 유전체가 소결되는 온도가 높아지면, 함유된 Pd의 양이 증가되어야 한다. 결국 내부 전극으로 사용되는 Ag-Pb 합금은 고가가 되므로 생산단가는 상승한다.
따라서 본 발명은 1000℃ 이하의 온도에서 소결할 수 있으며, 본 발명의 자기 유전체를 적층 자기 콘덴서로서 이용될때에 예를 들어, 은, 니켈, 알루미늄 등의 저융점의 저가 금속재료를 매립된 내부 전극으로 사용할 수 있어 상기 자기 콘덴서의 단가면에서 극히 유리한 자기 유전체를 제공하기 위함이다.
본 발명에서는 상기 점을 고려하여 연구한 결과, 조성물 Pb(Mg 1/3, Nb 2/3) O3-PbTiO3-Pb(Mn 1/3, Nb 2/3) O3에 산화납(PbO)과 산화아연(ZnO)을 첨가함으로써, 소결온도를 1000℃이하로 선택하는 경우에도 종래의 것과 같이 높은 유전상수와 종래와 동일한 전기적 특성을 갖는 자기 유전체가 얻어질 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명의 의도하는 것은 주성분으로서 95몰%(Pb(Mg 1/3, Nb 2/3) O3, 5몰% PbTiO3및 0.5중량%의 Pb(Mn 1/3, Nb 2/3)O3와, 보조 성분으로서 PbO 및 ZnO를 구성하며, 유전상수가 높은 Pb(Mg 1/3, Nb 2/3) O3-PbTiO3-Pb(Mn 1/3, Nb 2/3)O3계의 자기 조성물을 제공하는 것이다.
바람직한 구현예의 경우, 보조 성분은 ZnO 에 대하여 50∼93중량%, 보다 바람직하게는 67∼90중량%, 가장바람직하게는 80∼90중량% PbO를 포함한다.
또한, 주성분은 0.25∼1.25중량%, 보다 바람직하게는 0.3∼1.25중량%, 가장 바람직하게는 0.5∼1.25중량% 범위의 보조성분을 포함한다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구현예를 설명한다.
출발물질로서 산화납(PbO), 산화 니오비움(Nb2O),y화마그네슘(MgO), 산화 티타니움(TiO2) 및 산화 망간(MnO)을 사용하였으며, 합성수지로된 보올 밀(bal mill)에서 표1에 제시된 혼합비로 이들을 습식 혼합하였다. 상기 혼합물은 700∼850℃에서 2시간 동안 배소-소결하고 (roast-sintered)의 화학반응을 시켰다. 다음, 상기 혼합물을 보올 밀에서 약 0.2∼5.0㎛의 입도(grain size)로 연망하였다. 이와 같이 제조한 혼합물과는 별개로 산화납(PbO) 및 산화아연(Zno)을 표1에 제시된 혼합비로 혼합하고 보올 밀 등에서 약 0.1∼2.0㎛의 입도가 되도록 연마하였다. 표1에 제시된 바와같이, 상기 제조한 혼합물에 이 혼합물을 첨가하고 보올 밀 등에서 약 0.2∼3.0㎛의 입도로 연마하였다. 적정량의 폴리비닐 알코올을 상기 미립의 연마된 혼합물에 첨가하여 탈기된 슬러리로 만든 다음 약 3톤/㎠의 압력하에서 직경 16.5㎜, 두께 0.6㎜의 디시크로 주조하였다. 납성분의 증발을 방지하기 위해 마그네시아 자기로된 용기내에 주형을 봉입하여 약 950℃의 온도에서 2시간 동안 완벽하게 소성하였다. 상기 얻어진 자기 제품의 양 표면에 은 전극을 가열 부착(bake-attached))시켰다.
상기 제조된 시편의 전기적 특성을 측정하여 표 1에 지시하였으며, 유전상수 εs와 유전손실 tan δ는 주파수 1KHz에서 측정하였고, 절연 저항은 20℃의 실온에서 인가된 500V의 DC 전압으로 측정하였다.
표 1에서 알 수 있듯이, 상기 자기 조성물은 유전상수 εs가 약 16,500∼20,500으로 높고, 유전손실 tan δ는 약 0.8∼1.4%로 적으며, 절연저항 IR은 4×1011(Ω)로 극히 높다. 또한 상기 조성물은 950℃의 저온에서 소결할 수 있었다.
[표 1]
제1도는 가로축에 보조 성분인 산화납(PbO)과 산화아연(ZnO)의 혼합비(중량%)를, 그리고 세로축에는 절연저항 log IR 유전손실 tan δ(%) 및 유전상수 εs를 각각 도시한 그래프이다. 제2도는 가로축에는 주성분에 첨가된 PbO 및 ZnO의 양(중량%), 그리고 세로축에는 logIR, tan δ(%) 및 εs를 각각 도시한 그래프이다.
제1도와 제2도에서 분명히 알 수 있듯이, PbO가 50∼93중량%범위가 아니고,또 ZnO도 7∼50중량%의 범위가 아닐때, 즉 PbO가 50중량 미만 (그리고 ZnO가 50중량%를 초과)일때, 자기의 소결 성능이 저하되고 저온에서 소결이 곤란하게 된다. PbO가 93중량을 초과하면, (ZnO가 7중량% 미만), 자기의 소결성능은 우수하지만, 유전상수 εs가 급격히 강하함으로 본 발명의 주목적인 고유전상수의 자기 조성물을 얻을 수 없다. 주성분에 첨가된 보조 성분의 양(중량%)이 0.25중량%∼1.25중량%의 범위가 아닐때, 즉 0.25중량%이하일 때, 상기 조성물의 소결이 불충분하다(그러나 소결온도를 더욱 높혔을 경우, 자기 조성물은 완벽하게 소결될 수 있는 것으로 밝혀졌다). 주 성분에 첨가된 보조 성분의 양이 1.25중량 % 이상일때, 자기 조성물의 반응이 비정상적으로 상승하고, 비정상적 결정입의 국부 성장 및 셋터(setter)와 자기 시이에 반응이 야기 된다. 따라서 이 경우의 자기 유전체는 전기적 특성은 만족스럽지만, 자기로서 사용하기는 곤란하다.
본 발명에서는 Pb(Mg 1/3, Nb 2/3) O3-PbTiO3-Pb(Mn 1/3, Nb 2/3) O3계의 고유전율 자기 조성물에 보조 성분인 PbO와 ZnO를 첨가함으로서 소결 온도를 1000℃이하까지 낮출 수 있다. 따라서 상기에서 얻어진 제품을 적충형 자기 조성물로서 이용할 때 은, 니켈 및 알루미늄과 같이 비교적 값싼 저융점 금속을 매립된 내부 전극으로 이용할수 있다. 따라서, 단지 고온에서만 소결이 가능했던 종래의 고유전율 자기 조성물에 비하여 본 발명의 것은 열에너지를 절감할 수 있고, 또한 소성로를 구성하는 재료의 유지비용을 줄일 수 있어 최종 제품의 단가면에서 극히 유리하다.
Claims (7)
- 95몰% Pb(Mg 1/3 Nb2/3) O3, 5몰% PbTiO3및 0.5중량% Pb(Mn 1/3, Nb 2/3)O3를 포함하는 주성분과, PbO와 ZnO를 포함하는 보조 성분을 구성하고 있는 Pb(Mg 1/3, Nb 2/3) O3-PbTiO3-Pb(Mn 1/3, Nb 2/3) O3계를 고유전율 자기 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 보조성분이 ZnO에 대해 50∼93중량%의 PbO를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유전율 자기 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 주성분에 첨가된 보조성분의 양이 0.25∼1.25중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 고유전율 자기 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 보조 성분이 ZnO에 대해 67-90중량% Pb를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유전율 자기 조성물.
- 제3항에 있어서, 상기 주성분에 첨가된 보조 성분의 양이 0.3∼1.25중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 고유전율 자기 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 보조 성분이 ZnO에 대해 80∼90중량% Pb를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유전율 자기 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 주성분에 첨가된 보조성분의 양이 0.5∼1.25중량% 의 범위인 것을 특징으로 하는 고유전율 자기 조성물.
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