KR970005883B1 - 고주파 유전체 자기조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

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Description

고주파 유전체 자기조성물 및 그 제조방법
본 발명은 위치변위시스템(global positioning systsm) 및 유전체 공진기등의 재료로 사용되는 ZrO2- TiO2- SnO2계 고주파용 유전체 자기성물 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 고주파용 유전체 자기조성물은 고주파 집직회로 또는 유전체 공진기의 재료로 많이 사용되고 있는데 이와같이 고주파용으로 사용되는 유전체 재료에서는 더욱 더 향상된 품질계수(Q)와 유전율(K) 및 안전된 공진주파수의 온도의존계수(Tf)가 요구되고 있다.
종래의 고주파용 유전체 자기조성물중에서 미국특허 제4665041호는 우수한 유전특성을 나타내는 것으로 알려지고 있는데, 이는 기존에 발표된 산화티탄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화주석(SnO2), 산화니켈(NiO)로 이루어진 기본조성에 산화아연(ZnO), 산화안티몬(Sb2O5), 산화나이오븀(Nb2O3), 산화탄탈륨(Ta2O5) 및 산화텅스텐(WO3)등이 첨가되어 이루어진 조성이다.
그러나, 상기 유전체용 자기조성물은 품질계수(Q)는 상당히 증가되었으나 유전상수(k)가 40이하의 낮은 값을 나타내며 또한 여러 종류의 원료분말이 사용됨에 따라 제조비용이 많이 들고 정밀한 공정제어에 어려움이 따르는 문제점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 고주파용 유전체 자기조성물이 지니고 있는 제반 문제점을 해결하기 위하여 조성물 및 제조공정을 개선하여 40이상의 높은 유전율(k)과 높은 품질계수(Q) 및 안정된 공진주파수의 온도의존계수(Tf)를 갖는 고주파 유전체 자기 조성물 및 그 제조방법을 제공함에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 고주파 유전체 자기조성물은 산화지르코늄(Zro2), 산화티탄(TiO2) 및 산화주석(SnO2)으로 구성된 기본조성물 Zr1-xSnxTi1+YO4(이때, 몰비로 0.1〈X〈0.3, -0.1〈Y〈0.1)에 기본조성물의 무게를 100으로 하여 산화만간(MnO2)이 0 내지 3중량%, 소결조제로 산화니켈(NiO) 및 산화안티몬(Sb2O3)의 합이 0 내지 2중량% 첨가된 조성이다.
상기 기본조성물 r1-xSnXTi1+YO4에서 만일 X〈0.1로 되는 경우에는 소결이 충분하게 이루어지지 않아서 유전율(k) 및 품질계수(Q)값이 급격히 감소하며, 반대로 X 〉0.3인 때에는 유전율은 증가하게 되나 품질계수(Q) 및 공진주파수의 온도의존성(Tf)이 저하되므로 X는 0.1 〈X〈0.3의 범위가 바람직하다.
한편, 순수한 티탄산 지르코늄은 소결상태가 불량하다.
그리고, Y〉0.1에서는 공진주파수의 온도의존성과 품질계수 값이 감소하고 Y〈-0.1에서는 소결상태가 불량하므로 바람직한 Y의 범위는 -0.1〈Y〈0.1이다.
본 발명의 첨가제와 관련하여, 산화망간의 함량이 3중량%이상일 때에는 품질계수가 저하되며, 산화니켈과 산화안티몬의 양이 2중량%이상일 때에는 소결상태가 불량하므로 이를 첨가제의 조성은 상기 본 발명의 범위내로 한정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 고주파 유전체 자기조성물의 제조과정은, 먼저 주조성과 첨가제 조성의 원료분말을 상기 본 발명 자기조성물의 범위내로 평량하여 혼합한 후에 1000 ∼ 1200℃에서 하소하고 이를 분쇄하여 성형한 다음 1300 ∼ 1500℃의 산소분위기에서 소성하는 공정으로 이루어진다.
이와같은 제조과정을 통해 얻어진 본 발명의 고주파 유전체 자기조성물은 9㎓, 25℃에서 유전율 35이상, 품질계수 4000이상, Q×f값 40000이상의 우수한 유전특성을 나타내는 바, 일예로 Zro.8Sno. 2TiO4- 0.8중량% MnO2- 0.5중량% NiO - 1,1중량% Sb2O3조성물을 1350℃에서 2시간 소성하게 되면 9㎓에서 유전율(k)이 41.2, 품질계수(Q)가 6800을 나타내며 품질계수(Q)와 주파수의 곱이 61000을 나타낸다.
따라서 본 발명의 고주파 유전체 자기조성물은 특히 위치변위시스템이나 유전체 공진기의 재료로 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명 고주파 유전체 자기조성물의 구체적인 제조공정과 제반특성은 다음의 실시예에 의해서 보다 명확하게 이해될 것이다.
실시예
99%이상의 순도를 갖는 주조성과 첨가제 조성의 원료분말을 아래의 표 1과 같은 비율로 평량한 후, 평량된 분말을 나일론 자(jar)와 산화지르코늄 볼을 이용하여 플래너터리 밑(planetrry mill)로 약 2시간 혼합 하였다.
이때 분산메로 증류수를 사용하였으며 잘 혼합된 슬러리는 건조 후 조성에 따라 1000 ∼ 1200℃에서 하소후 이를 적절한 크기로 분쇄하였다.
분쇄된 혼합분말을 1ton/㎤의 압력으로 건식프레스로 성형하여 직경 10.0㎜, 두께 4.0㎜, 4.5㎜, 5.0㎜의 시편을 성형하였다.
다음, 성형시편을 1300 ∼ 1500℃ 정도의 산소분위기 중에서 소성하여 시편을 얻고 시편의 양면을 평탄하게 연마하였다.
이와같은 제조공정에 의해 얻어진 시편에 대해 Hakki Coleman법에 의하여 8.5 ∼ 9.5㎓ 범위에서 유전율(k),품질계수(Q) 및 공진주파수의 온도의존성(Tf)을 측정하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
표 1. 유전체 자기조성물 시편의 조성 및 특성
- *는 비교예 시편임.
- 기본조성물의 조성식은 ZrSnxTi+O이며, 첨가제 MnO 소결조제로 NiO, SbO등이 첨가된다.
- 수축률을 아래의 식으로 계산된다.
D : 소결 후 원판직경
D0: 소결 전의 원판직경

Claims (2)

  1. 주성분이 Zr1-xSnxTi1+YO4인 유전체 자기 조성물로서 X가 몰비로 0.1〈x〈0.3이고,-0.1〈Y〈0.1이고, 주성분의 무게 100에 대한 소결제로서 산화망간(MnO2)3중량% 이하와, 산화니켈(NiO) 및 산화안티몬 (Sb2O3)을 총량 2중량% 이하로 함유하고 고주파 유전체 자기조성물.
  2. 주성분과 소결조제의 조성이 제1항에 기재된 범위가 되도록 원료분말을 혼합하여 하소한 후 1300 ∼ 1600℃의 산소분위기에서 소성하는 것을 특징으로 하는 고주파 유전체 자기조성물의 제조방법.
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