KR970001380B1 - 고주파용 유전체 세라믹스 조성물 - Google Patents
고주파용 유전체 세라믹스 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
본 발명은 마이크로파 및 밀리파 등의 고주파 영역에 있어서 종래의 것보다 높은 무부하 값(Qu) 및 저온 소결 특성을 갖는 고주파용 유전체 세라믹스 조성물에 관한 것이다.
마이크로파 및 밀리파의 고주파 영역에서 유전체 세라믹스는 대역 통과 필터와 고체 오실레이터(Solid State Oscillator), 기판, 도파관, 안테나 등의 주파수를 안정화시키는 유전체 공진기의 재료로서 이용되고 있으며, 최근에 마이크로파 회로의 집적화 기술이 급속도로 발달됨에 따라 고주파 영역에 사용되는 유전체 세라믹스에는 고유전율, 저손실, 공진 주파수에서의 온도 안정성 및 저가격화가 요구되고 있다.
지금까지 고주파용 유전체 세라믹스로서는 Ba-TiO2계, ZrO2-SnO2-TiO2계 및 복합 페롭스카이트 화학물계 등이 주로 사용되고 있으나, 이들 중 대부분의 유전체 세라믹스는 10GHz 이상의 고주파수 영역에서는 유전 손실이 크기 때문에, 고주파 영역에서 사용 가능한 유전체 세라믹스는 복합 페롭스카이트 화합물로 한정되어 있다.
복합 페롭스카이트의 화합물 중에서 우수한 고주파용 유전 특성을 나타내는 것으로 지금까지 알려진 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3조성물은 1650℃의 조건하에서 2시간 소결시킬 경우, 10.5GHz에서의 유전율은 23, 무부하값(Qu)은 8000, 공진 주파수의 온도 계수는 8ppm/℃로서, 이것을 이용한 제품의 실용화는 한정된 영역내에서만 가능하고, 더욱이 이 재료를 소결시킬때 높은 온도가 필요하므로 이를 상용화하는 데에는 큰 문제점이 있게 된다.
본 발명자들은 고주파수 영역에서 사용할 수 있는 복합 페롭스카이트의 화합물계의 유전체 세라믹스의 개발을 위해, 유전체 세라믹스의 구성 물질들의 조성 및 혼합비에 변화를 주어 연구를 거듭한 결과, 유전 손실이 작고, 특히 종래 기술에 있어서 문제점으로 남아 있었던 저온 소결 문제, 즉 공진 주파수에서의 온도 안정성 등이 현저히 개선된 고주파용 유전체 세라믹스 조성물을 얻음으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명에 의한 유전체 세라믹스 조성물은 (1-x)[Ba(Mg1/3Ta2/3)O3]+xBaWO4로 표시되는 조성식을 가지며, x의 범위가 0.01≤x≤0.09이다. 이 유전체 세라믹스 조성물은 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3로 이루어진 지금까지 알려진 조성물에 비해 10GHz 이상의 고주파수 영역에서의 유전율이 높을 뿐만 아니라, 저온 소결이 가능하므로 실용화에의 응용이 가능하다.
따라서, 본 발명의 목적은 고주파 영역에서 최대 15,500의 무부하 값(Qu)을 가지며 유전율이 최대 24.8로 높고, 공진 주파수의 온도 안정성의 조절이 용이할 뿐만 아니라, 저온에서도 소결이 가능한 유전체 세라믹스 조성물을 제공하고자 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저주파수 영역에서도 유전 손실이 적고, 유전율의 온도 의존성이 작아 여러 분야에 응용 가능한 유전체 세라믹스 재료를 저렴한 가격으로 공급하고자 함에 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 기술하나, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이도 변형 및 변화가 가능함은 당업자에게 자명하게 될 것이다.
본 발명에 의한 유전체 세라믹스는 BaO, MgO, Ta2O5및 BaWO4를 적절한 비율로 혼합하여 제조함으로써 유전율, 무부하 값(Qu), 공진 주파수의 온도 계수(TCF)의 저하없이 저온에서도 소결시킬 수 있으므로 실용화가 용이하다. 본 발명에 의한 유전체 세라믹스의 조성식은 (1-x)[Ba(Mg1/3Ta2/3)O3]+xBaWO4로 표시된다. 특히, 상기 조성식에 있어서 x의 x의 범위가 0.01≤x≤0.09인 것이 바람직하다.
이러한 조성물을 제조하기 위한 출발 물질로서는 BaCO3, MgO, Ta2O5및 WO3을 사용한다. 용매로서는 에탄올이 적합하다. 이들 출발 물질 및 용매는 세라믹스의 제조를 위해 당업자에게 공지된 통상의 방법으로 처리할 수 있으며, 이를 간단히 요약하자면 다음과 같다. 먼저, 지르코니아 볼밀(ball mill)을 사용하여 상기 출발 물질 및 상기 용매를 일정시간, 바람직하기로는 24시간 동안 습식 혼합한 다음 건조시킨다. 이어서, 생성된 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3를 공기중에서 1200℃로 10시간, BaWO4를 700℃로 5시간 정도 하소시킨다. 각각의 하소 분말을 일정 조성비로 혼합하고 상기 볼밀을 사용하여 습식 혼합, 분쇄 및 건조시킨 다음, 550Kg/cm2의 압력하에서 직경 7mm의 원판으로 성형하고, 이것들을 공기 중에서 1450℃ 내지 1650℃로 2시간 동안 소결시킴으로써 본 발명에 따른 유전체 세라믹 조성물을 제조할 수 있다.
소결 시편의 유전율과 무부하 값(Qu)은 후공진법(post resonant method)에 의하여 고진공 주파수와 시편의 직경으로부터 측정한다. 각 시료를 온도 조절 상자에 넣고 20℃~80℃의 온도 범위에서 공진 주파수의 변화를 측정함으로써 공진 주파수의 온도 안정도(TCF)를 구할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예로서 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
Ba(Mg1/3Ta2/3)O3를 제조하기 위하여, 지르코니아 볼밀에서 BaCO3, MgO 및 Ta2O5를 각각 314.17g, 21.88g, 234.50g씩 혼합하고, 여기에 에탄올 1000ml를 첨가하여 얻은 혼합물을 상기 지르코니아 볼밀을 사용하여 24시간 동안 습식혼합·건조하였다. BaWO4를 제조하기 위하여, BaCO3및 WO3를 각각 25.61g 및 30.1g씩 혼합하고 에탄올 1000ml을 첨가하여 상기와 동일한 방법으로 혼합·건조하였다. 이어서, Ba(Mg1/3Ta2/3)O3제조용 혼합물은 1200℃에서 10시간, BaWO4제조용 혼합물은 700℃로 5시간 동안 하소하여 각각 500g과 50g의 하소 분말을 얻었다.
각각의 하소 분말을 아래 표에 나타낸 조성비로 혼합하고 상기 볼밀을 사용하여 습식 혼합, 분쇄 및 건조시킨 후, 550Kg/cm2의 압력하에서 직경 7mm의 원판으로 성형하고 이것들을 공기 중에서 1,450℃ 내지 1,650℃로 2시간 동안 소결시켰다. 소결 시편의 유전율과 무부하 값(Qu)는 후공진법에 의하여 공진 주파수와 시편의 직경에서 측정하였다. 각 시료를 온도 조절 상자에 넣고 20℃~80℃의 온도 범위에서 공진 주파수의 변화를 측정함으로써 공진 주파수의 온도 안정도(TCF)를 구하였다. 그 결과는 아래의 표에 나타내었다.
상기 표에 있어서, x는 (1-x)[Ba(MgTa)O]+xBaWO의 조성비를 나타낸다.
상기 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 유전체 세라믹스 조성물은 고주파 영역에서 최대 15500의 무부하 Q값을 가지며 이는 종래의 것에서 얻을 수 있는 Q값보다 약2배 더 높다. 또한, 공진 주파수의 온도 안정성은 조성비 x의 양을 조절함으로써 조절이 용이할 뿐만 아니라, 저온에서도 소결이 가능하므로 실용화에 응용성이 크다.
또한, 본 발명에 따른 유전체 세라믹스는 저주파수 영역에서도 유전 손실이 적고, 유전율의 온도 의존성이 작으므로 여러 분야에 응용 가능한 재료인 것으로 확인되었다.
Claims (1)
- 조성식은 (1-x)[Ba(Mg1/3Ta2/3)O3]+xBaWO4로 표시되고, x의 범위가 0.01≤x≤0.09임을 특징으로 하는 고주파용 유전체 세라믹스 조성물.
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