WO2004063120A1 - 低熱膨張材料 - Google Patents

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WO2004063120A1
WO2004063120A1 PCT/JP2004/000149 JP2004000149W WO2004063120A1 WO 2004063120 A1 WO2004063120 A1 WO 2004063120A1 JP 2004000149 W JP2004000149 W JP 2004000149W WO 2004063120 A1 WO2004063120 A1 WO 2004063120A1
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low
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heat
thermal expansion
present
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PCT/JP2004/000149
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Atsushi Omote
Tomoko Suzuki
Masa-Aki Suzuki
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient

Definitions

  • the present invention relates to a novel material having a low Pengzhang coefficient.
  • cordierite-based materials represented by the product name “NEXCERA” (made by Nippon Steel) have a low coefficient of thermal expansion.
  • the present invention has been made in order to solve the problem of the problem of leakage, and it is a main object of the present invention to provide a low heat elongation material which can be particularly used in various applications.
  • the present invention relates to the following low-pung phang materials.
  • M represents at least one of Mg, Ca, Sr, Ba and Ra
  • Q represents at least one of W and ⁇ .
  • R Hf, low fever described in 3.1.1 of the volume.
  • ⁇ is Mg, low fever according to paragraph 1, "Peng Zhang material.
  • the resulting crystal system is an orthorhombic system.
  • Negative heat A low-profile Peng Zhang material according to Paragraph 3 which has a Peng Zhang coefficient.
  • FIG. 1 is an X-ray diffraction diagram (measurement result of X-ray diffraction profile) of the low tension material obtained in Example 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing the measured results of the “heat of Peng Zhang material” Peng Zhang coefficient obtained in Example 1.
  • Low thermal expansion material of the present invention ⁇ formula RM (Q0 4) 3 (wherein, R is at least one of Zr and H f, M is Mg, Ca, Sr, at least one of B a and R a, Q Represents substantially at least one of W and O.)).
  • R is at least one tetravalent metal element of ZrMHf (ie, R (IV)).
  • M is at least one divalent metal element of Mg, Ca, Sr, Ba and Ra (that is, M (II)).
  • Q is at least one hexavalent metal element of W and Mo (ie, Q (VI)).
  • Q since tungsten to be sublimated is more likely to be tungsten, it is preferable to select evening stainless steel when firing at a higher firing temperature.
  • the material of the present invention is substantially composed of a binder having the above-mentioned fiber. Therefore, as long as the predetermined effects of the present invention are not hindered, a small amount of amorphous or impurities may be contained.
  • the captive book of the present invention is a multiple book in terms of 3 ⁇ 4 ⁇ .
  • the average crystal grain size of the crystal according to the present invention can be determined according to the use and purpose of use of the material of the present invention, but is usually within the range of 2 to L0 m.
  • the material of the invention preferably has a negative heat. That is, it is preferable to ⁇ Takaya number system is below 0 X 10_ 6 / ⁇ . Specifically, -3X10- 6 / ⁇ than on and less than 0X 10- 6 / ⁇ , in particular - 2X 10 _ 6 ⁇ more and less than 0X 10- 6 ⁇ , more _2Kai 10 one 6 / kappa or more and 10 . it is more desirable 0 IX 10 one 6 below.
  • Peng Zhang coefficient is based on JISR 1681 “The heat of fine ceramics by mechanical analysis” Peng Zhang measurement method. The value measured using is used as a reference. In addition, melting was used as a reference sample (one with a known Pang Phang Zhang rate), and the measurement atmosphere was the atmosphere.
  • the material of the present invention can be used for various purposes in which electronic materials, literary materials, magnetic I raw materials, and low-grade linguistics are required. Specifically, it can be used for tools, high-frequency dielectrics, and the like. More specifically, the material of the present invention can be used as a member for supporting the optical material, for example, as the material of the jig. Also for high frequency dielectric :! ⁇ Can be used, for example, as a high frequency dielectric having a frequency of 10 GHz or more and 10 TH or less.
  • the material of the present invention may be produced by a liquid phase method, a gas phase method, or a solid phase method as long as the above-mentioned crystal having a stringent nature is obtained.
  • Solid phase method solid phase reaction method
  • liquid phase method coprecipitation method, sol-gel method, hydrothermal reaction method
  • eye method sputtering method, CV
  • the material of the present invention can be prepared by the following solid-phase method.
  • An H-type mixed oxide can be produced in the following order: after the metal oxide as a raw material is crushed or crushed by using a device such as a poll mill, then disturbed, coarsely crushed, molded and fired.
  • ⁇ the material of the present invention can be produced by these S ⁇ ⁇ i methods. This: 3 ⁇ 4 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ If the particles are sufficiently reduced in the crushing process, it is possible to produce the desired material without a temporary boat.
  • each of the elements R, M, and Q itself can be used, and a compound (a compound containing at least one of R, M, and Q) that can be a source of these materials can be used.
  • a compound a compound containing at least one of R, M, and Q
  • examples of the above compounds include oxides, K oxides, carbonates, nitrates, chlorides, acetates, oxalates, metal alkoxides, metal acetyl acetonates, metal acetates, metal methacrylates, metal acrylates, and the like. Are mentioned. Further, a compound containing two or more of these elements can also be used.
  • the compound of R for example, zirconium hydrate, hafnium oxide and the like can be used.
  • Examples of the compound (4) include magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium carbonate, calcium carbonate and the like.
  • tungsten to be treated for example, molybdenum oxide, or the like can be used.
  • the compound containing the element 2 or more mention may be made, for example MgW0 4, C AW_ ⁇ 4, S RW_ ⁇ 4, H f W 2 ⁇ 8, Z rW 2 0 8, and the like.
  • additives used for the normal sintered body may be added as necessary.
  • These starting materials are weighed so as to become the pirates of the material of the present invention, and they are mixed.
  • the mixing method is not particularly P-armed, and the zo / ⁇ method can be adopted.
  • it can be suitably carried out using a device capable of crushing such as a raikai machine, a pole mill, a planetary mill, a sculpture mill (for example, an attritor, a fiber mill) and the like.
  • the crushing may be wet or dry.
  • the average particle size of the mixed powder may be controlled within the range of about 0.1 to 2 tm.
  • the resulting mixture can be calcined if necessary.
  • the fiber conditions may be about 650 to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere or air.
  • the calcining time can be determined according to the calcining time or the like.
  • the molding method is not limited. For example, any of pressure molding, boat molding, doctor blade method, extrusion molding, etc. may be used.
  • the density of the compact is not particularly limited, and may be set in accordance with the material used in the present invention.
  • the firing temperature can be set within the range of 65 to L: 300, depending on the material of the material of the present invention.
  • the temperature of the composite oxide is preferably 900 ° C. to 1200 ° C., and that of the molybdenum oxide is 700 ° C.
  • ⁇ ⁇ ⁇ 0 o ° c is preferred. If the calcination is too low, the reaction of the oxide may not be sufficient and the desired compound may not be obtained. In addition, in the case of too much firing: ⁇ , there is a tendency that the yidani compound melts or that the tungsten oxide or molybdenum oxide in the yidani substance sublimes.
  • the firing may be performed in an oxidizing atmosphere or in the atmosphere. The firing time may be determined according to firing or the like.
  • any of the above-mentioned elements R, M and Q can exhibit a predetermined low thermal expansion characteristic. Therefore, desired physical properties (dielectric property, raw material, This makes it possible to provide materials suitable for a wide range of uses.
  • an electron ⁇ or an electron used in a high frequency band such as a millimeter wave has a wavelength of Si.
  • the material of the present invention can be used for these electron ⁇ or electronics. In this case, since the material of the present invention has almost no shrinkage, it is possible to provide highly accurate and highly stable electrons ⁇ and electrons with very little thermal influence.
  • the material of the present invention is used for the precision ⁇ used for microfabrication or detection that requires precision on the order of microns, high precision and high stability precision ⁇ with extremely low thermal effects can be provided as described above. can do.
  • the X-ray diffraction pattern of the above material has the same crystal form as Sc 3+ 2 (W 6+ 0 4 ) 3 (Non-patent «) among the materials of Evans et al., And has almost the same lattice constant. It has been found.
  • the material of the present invention is a novel material of Sc 3+ 2 (W 6+ 0 4 ) 3 of Evans et al. In which the Sc site has been replaced with ⁇ ⁇ 4+ ion and ⁇ Mg 2+ ion. It was found to be a mixed oxide.
  • Test example 1 The number of listened samples B was measured. The measurement was carried out according to JISR 1681 “Measurement of the heat of fine ceramics by mechanical analysis” Peng Zhang's measurement method, and was carried out using a Xiexian mechanical analyzer (product name “Theraio Plus 2 / TMAJ” made by Rigaku). The results are shown in Fig. 2 and Table 2. As shown in Fig. 2, it can be seen that the material of the present invention exhibits low thermal expansion in the range of about room temperature to 100 ° C.
  • Table 2 shows the Si coefficient of ⁇ ⁇ As shown in Table 2, the material of the present invention can be used in a temperature range of 100 to 100 ° C. based on the state II at room temperature (24 ° C.) even in the range of 0.6 to 1.7.
  • Table 2 shows the measurement results at 50 ° C intervals, but it is considered that the heat ”does not fluctuate rapidly within this interval. For this reason, as shown in FIG. 2, it is clear that the Pengling coefficient is low at any temperature from room temperature to 1000 ° C. as in the results in Table 2.
  • the reason why the material of the present invention has a low heat is as follows. Since the material of the present invention has the same crystal structure as the material reported to Evans et al. And has an M-0-M bond in the crystal, it exhibits low thermal expansion characteristics by the same mechanism as the rice cake of Evans et al. Conceivable.
  • the M— ⁇ M bond of Evans et al. Is represented by an R 4+ —O —M 2+ bond. Therefore, compared to the material of Evans et al., The material of the present invention had a large number of combinations of R 4+ and 1VI 2+ , and was uncontrollable. — ⁇ ⁇ — Excellent in that the M 2 bond could be freely controlled. Advantages. For this reason, the material of the present invention can be used in applications where various characteristics such as power, electrical properties (dielectric constant, inducer) and bow are required due to the ability to strictly control the Peng Zhang coefficient. The ability to deal with it. Test example 2
  • Example 1 Obtained in Example 1 (H f Mg) (W0 4) 3 after pressure molding to the provisional ' ⁇ a diameter 7 mm X height 1 0 Yuzuru columnar, the compact ⁇ Medium 1 1 It was baked at 50 ° C for 4 hours. Next, the obtained fired body was cut into a bullet shape.
  • the Peng Zhang coefficient of the obtained bullet-shaped molded product was measured.
  • the measurement was performed using a laser ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ system (product name“ ⁇ -1 ⁇ ”) based on JIS R3251“ Method for measuring the woven Peng Zhang ratio by laser interferometry of inverted Peng Zhang glass ”. Carried out.
  • Table 3 As shown in Table 3, the material of the present invention has a range of about 0.7 to 10.3 X 10 _ 6 ZK in a range of about 100 to 700 ° C. in a state of 50 ° C. The line showed a low degree of Peng Zhang coefficient.
  • Table 3 Table 3
  • Table 3 shows the measurement results at intervals of 50 ⁇ , but it is considered that the thermal characteristics do not fluctuate rapidly within this interval. Therefore, in all cases from room temperature to 700 ° C, the same as the result in Table 2, It is certain that the numbers are very low.
  • HF0 2 as a starting material (manufactured by Kanto Chemical Co., purity 99. 5%), Zr0 2 (manufactured by Daiichi Rare element Kagaku Kogyo), MgO (manufactured by Kishida Chemical) and W_ ⁇ 3 (high spoon ⁇ 4
  • N was weighed so as to have a predetermined ratio, and wet-pulverized by a pole mill using the vein as a solvent for 144 hours. Then, all day and night to drink water! After that, the obtained powder was baked at 1000 ° C: I at 100 ° C to obtain tentative »powder respectively. Then, the provisional thigh was press-formed so as to have a size of 7 mm and a height of 10 mm after firing, and the formed body was fired at 1150 ° C for 4 hours in the atmosphere. The obtained fired body was sharpened in the same manner as in Example 1. As a result, a novel mixed oxidation of Sc 3+ 2 (W 6+ 0 4 ) 3 of Evans et al. Power to be a thing.
  • Table 4 shows the results measured at three temperatures of 300 ° (: 500 ° C and 700 ° C). As can be inferred from the results of Figs. It is considered that the coefficient of the Peng Zhang does not fluctuate drastically in any case from room temperature to 700 ° C, similar to the results in Table 4. Obviously.
  • HF0 2 as a starting material (manufactured by Kanto Chemical Co., purity 99. 5%), MgO (Kishida Chemical Ltd.), CAC0 3 (manufactured by Kanto Kagaku) ⁇ I V0 3 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 4N) to Jo Tokoro ratio And weighed for 144 hours with a ball mill using pure water as a solvent. 2004/000149 Type milling was performed. Then, after drying all day and night to remove water, the obtained mixed powder was calcined at 1000 to 110 ° C to obtain temporary Fujisue.
  • the heat of the obtained fired body was measured in the same manner as in Test Example 1.
  • Table 5 shows the results. As is clear from Table 5, the thermal expansion coefficients at 300 ° C., 500 ° C. and 700 ° C. are very small.
  • Table 5 shows the results measured at three temperatures of 300 ° C, 500 ° C, and 700 ° C, which can be inferred from the results in Figure 2, Table 2, and Table 3. Thus, it is considered that the thermal expansion coefficient does not fluctuate rapidly in the above region. From this, the heat from room temperature to 700 ⁇ is similar to the result in Table 5). Is very small.
  • the low heat Peng Zhang material of the present invention can be widely used in fields in which low heat Peng Zhang properties are required, in addition to, for example, bases and high frequency dielectrics.
  • the low breeding material of the present invention when used as an optical tool, it can be suitably used as a mount for a lens, for example.
  • the mount is used in a state where it is interposed between the circumference of a plurality of lenses provided on a base as a light source and a cylinder. Light from a light source enters the lens, and heat generated from the light source is also transmitted. At this age, the lens closer to the light source receives more heat. To use other materials for the mount, the heat causes the mount to expand and shift the focal point of the lens, resulting in image distortion. On the other hand, if the low-heat Peng Zhang material of the present invention is thinned as a mount, even if heat is applied from a light source, the focus shift of the lens can be suppressed or prevented, so that a more accurate image can be obtained. it can.
  • the low-frequency dielectric material of the present invention is used as a high-frequency dielectric material.
  • the high-frequency dielectric material is used in, for example, various devices such as resonators, filters, antennas, and non-radiating dielectric wires.
  • HIS dielectric devices determine the shape of ⁇ from the magnitude of the dielectric constant, and are used after molding.
  • the ⁇ frequency will fluctuate, and as a result, it may hinder the recirculation.
  • a change rate of less than a few ppm / k which is desired to reduce the change rate of the resonance frequency, is required.
  • the above-mentioned demand can be satisfied by storing the low-pung Phang Zhang material of the present invention. That is, the material of the present invention does not suppress fluctuations in the resonance frequency even when heat is applied to the device due to a change in the environment in a vehicle or the like. Since the chair can be prevented, characteristics as desired circuit design can be obtained more reliably.

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Abstract

本発明は、様々な用途に対応できる低熱膨張材料を提供することを主な目的とする。すなわち、本発明は、組成式ＲＭ（ＱＯ４）３（ただし、ＲはＺｒ及びＨｆの少なくとも１種、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＲａの少なくとも１種、ＱはＷ及びＭｏの少なくとも１種を示す。）で表わされる結晶体から実質的に構成される低熱膨張材料に係る。

Description

低熱疆材料 擺分野 本発明は、 低い麵彭張係数を る新規な材料に関する。
背景嫌
"^的に、 酸化物、 樹脂、 ガラス、 金属等の各種の材料は、 正の熱膨張係数 明
を有する。 ところが、 最近、 Evans らにより、 様々な負の熱膨張係数を示す 混合酸化物が報告されている。
書
Evans らの米国特許には、 熱膨張係数が正と負の材料の組み合わせること が示されている。その実施例には、 負の熱膨張係数をもつ酸化物をエポキシ樹 脂中に分散させる例が示されている （例えば、 米国特許 5322559号、 米 国特許 5433778号、 米国特許 5514360号、 米国特許 591972 0号、 米国特許 6183716号 参照)。
これら負の麵彭張係数をもつ材料のうち、 A3+ 2 (M6+04) 3が報告されて い (J.S.O Evans et al., "Negative tnermal expansion materials",
Physica B, 241-243, 1998, ρρ.311·316)。 この文献 （非特許 ¾D では、 上記 A3+として Al、 Y、 Sc、 また M6+として W、 Moがそれぞれ挙げられ ている。 この: «の中で Evans らは、 これらの材料の X線回折の詳細な角晰 結果を報告している。 その報告によれば、 負の熱』彭張のメカニズムは、 M— 0 一 M結合に起因するとされている。すなわち、 M—O結合は熱により膨張する が、 M— M結合は O元素の振動により M—M原子間距離が ϋ宿小する結果、 負の 熱』彭彌系数を示す。 これは、 «の混合酸化物にはなレ特異な挙動である。 上記報告では、 例えば Sc 3+2 (W6+04) 3は、 ィ棚彭張係数 αν=— 6. 5 ppm/Kとされている。
また、 他の混合酸化物としては、 製品名 「NEXCERA」 （新日本製鉄製） で 代表されるコーディライト系材料が低熱膨張係数を示すことが知られている
(特開 2000— 290064号、 特開 2001— 19540号 参照)）。 しかしながら、 これらの材料は、 その種類が未だ限られており、 さまざまな 用途に対応しきれていない。特に、 より高度な低謹彭張性が要求される電子材 料、 精密 β等の分野においては、 これらの各用途ごとに適した低熱』彭張材料 の開発が求められている。
発明の開示
このように、 本発明は、 嫌 3の餘漏の問題を解決するためになされたも のであり、特に様々な用途に対応できる低熱 ¾長材料を提供することを主な目 的とする。
すなわち、 本発明は、 下記の低麵彭張材料に係る。
1 .
Figure imgf000004_0001
(Q04) 3 (ただし、 Rは Z r及び H fの少なくとも 1種、
Mは Mg、 C a、 S r、 B a及び R aの少なくとも 1種、 Qは W及 ¾ίοの少 なくとも 1種を示す。） で表わされる結晶体から実質的に構成される低麵彭張 材料。
2. Rが H fである、 編 3項 1に記載の低熱』彭張材料。
3. Rが Z rである、 嫌己項 1に記載の低熱膨張材料。
4. Rが Z rおよび H fの混合系である、 請求項 1に記載の低 ϋ彭張材料。
5. Μが、 Mgである、 嫌己項 1に記載の低熱』彭張材料。
6. Mが C a、 S r、 B a及び R aの少なくとも 1種と M gとの混合系であ る、 前記項 1に記載の低熱』彭張材料。
7. Mが C aと Mgとの混合系である、 嫌 3項 1に記載の低謹彭張材料。
8. Q俩である、 前記項 1に記載の低熱』彭張材料。
9. Qが Moである、 觸 3項 1に記載の低熱漏材料。
1 0. Rが H iであり、 Mが Mgである、 前記項 1に記載の低熱膨張材料。
1 1. Q力 である、 前記項 1 0に記載の低熱』彭張材料。
1 2. Rが Z rおよび H fの混合系であって、 Mが M gである、 觸己項 1に 記載の低熱疆材料。
1 3. Q力 ^W ある、 前記項 1 2に記載の低熱眉材料。
1 4. Rが H fであり、 Mが C a、 S r、 B a及び R aの少なくとも 1種と M gとの昆合系である、 MI3項 1に記載の低麵彭張材料。
1 5. Q俩である、 編己項 1 4に記載の低熱』彭張材料。 16. Mが Mgと Caとの混合系である、 m i 4に記載の低熱』彭張材料。
17. Q力W ある、 婦3項 16に記載の低熱』彭弓長材料。
18. 結 本の結晶系が、 斜方晶系である賺 S項 1記載の低謹彭張材料。
19. 熱』彭弓藤数が、 -3X 10— 6/K以上かつ + 3 X 10— 6以下 (ただし、 0X 10— 6/Kを除く。） である前記項 1記載の低鋼彭張材料。
20. 負の熱』彭張係数を有する嫌 3項 1記載の低編彭張材料。
21. 熱』薩係数が、 -3X10 6ZK以上かつ 0X 10— 6ΖΚ未満である 鎌己項 20に記載の低熱纏材料。
22. 前記項 1記載の低熱疆材料を含む 具。
23. m 1記載の低熱疆材料を含む高周波誘電体。
図面の簡単な説明
図 1は、 実施例 1で得られた低麵彭張材料の X線回折図 （X線回折プロファ ィル測定結果） である。
図 2は、実施例 1で得られた低熱』彭張材料の熱』彭張係数の測 吉果を示す図 である。
発明を実施するための最良の形態
1. 低熱漏材料
本発明の低熱膨張材料は、 ^^式 RM (Q04) 3 (ただし、 Rは Zr及び H fの少なくとも 1種、 Mは Mg、 Ca、 Sr、 B a及び R aの少なくとも 1種、 Qは W及 ΙΧΜ oの少なくとも 1種を示す。 ) で表わされる結晶体から実質的に 構成される。
上記 Rは、 Z r M H fの少なくとも 1種の 4価の金属元素 （すなわち、 R(IV)) である。 また、 上記 Mは、 Mg、 Ca、 S r、 B a及び R aの少なく とも 1種の 2価の金属元素 （すなわち、 M(II) ) である。 Qは、 W及び Moの 少なくとも 1種の 6価の金属元素 （すなわち、 Q(VI)) である。 これらは、 本 発明材料の用途、 使用方 に応じて ¾¾且み合わせることができる。
より具体的には、 Z rMg (Mo04) 3、 HfMg (Mo04) 3、 (Hf x Z r!_x) Mg (Mo04) 3 (ただし、 0<χ<1)、 Hf XZ r^ Mg (W 04) a (ただし、 0く χ<1)、 HfMg (W04) 3、 Hf (MgyCai_y) (W04) 3 (ただし、 0く y<l) 等が挙げられる。 上記 Qとしては、 昇華する^^がタングステンの方が ぃため、 より高い焼 成 で焼成する場合には夕ングステンを選択することが好ましい。
また、 上記 Mとしては、 経験則としていわれているイオン半径と負の熱』彭張 係数の関係から、イオン半径の小さい金属元素を用いることが低謂彭張材料を 得るためには望ましい。 この見地より、 2価の金属元素としてマグネシウムを 用いるのがより好ましい。
本発明材料は、 実質的に上記繊をもつ結 本から構成される。従って、 本 発明の所定の効果が妨げられない限り、 少量の非晶質、 不純物等が含まれてい ても良い。 本発明の結尉本は、 ¾Φ的には多結 本である。 また、 上記結 本 の結晶系は、 特に斜方晶系であることが望ましい。 かかる結晶構造をとること により、 よりいっそう優れた低熱』彭張特性を発揮することができる。
本発明に係る結^ #の平均結晶粒径は、 本発明材料の用途、 使用目的等に応 じて決定できるが、 通常は 2〜： L 0 m禾號の範囲内とすれば良い。
本発明材料の熱』彭彌系数は、 上記 R、 ¥及び Qの組^"によって精密に制御 することができる。 H¾的には、 その熱』彭弓賺数は、 -3X10— 6ZK以上か つ +3Χ 10_6以下（ただし、 0X 10— 6ΖΚを除く。）である。好ましくは、 -2X 10— 6/Κ以上かつ + 2X 10 -6以下 (ただし、 0X 10— 6ΖΚを除 く。） の範囲である。 より好ましくは、 一2Χ 10— 6/Κ以上かつ一 0. 01 X 10一6以下および + 0. 01X 10—6以上かつ + 2X 10— 6以下の範囲で ある。
本発明材料は、 好ましくは負の熱』彭弓藤数を る。 すなわち、 謹彭彌系数 が 0 X 10_6/Κを下回ることが好ましい。具体的には、 -3X10— 6/Κ以 上かつ 0X 10— 6/Κ未満、 特に— 2X 10 _6ΖΚ以上かつ 0X 10— 6ζκ 未満、さらには _2Χ 10一6/ Κ以上かつ一 0. 0 IX 10一6以下であること がより望ましい。
なお、 上記の謹彭張係数は、 J I S R 1681 「ファインセラミックスの «械分析による熱』彭張の測^法」 に«し、 示 彭張式熱 β分析装置 rThermo Plus 2/TMAJ (リガク製） を用いて測定した値を基準とする。 な お、 参照試料（綱彭張率が既知のもの） として溶融 を用い、 測定雰囲気は 大気中とした。 本発明材料は、 電子材料、 才料、 磁 I生材料、 腦才 の低麵彭翻生 が要求される種々の用途に麵に使用することができる。 具体的には、 具、 高周波誘電体等に用いることができる。 より具体的には、 ）■ ^治具の ½ は、 例えば光学材料を支持する部材として本発明材料を用いることができる。 また、 高周波誘電体の：！^は、 例えば周波数 1 0 GH z以上 1 0 TH z以下の 高周波用の誘電体として利用することができる。
2. 低熱』纏材料の 方法
本発明材料は、 上記のような糸滅もつ結晶体が得られる限りは、 液相法、 気 相法又は固相法で製造しても良い。 固相法としては固相反応法；液相法として は共沈法、 ゾルゲル法、 水熱反応法； 目法としてはスパッタリング法、 CV
Dim；がそれぞれ できる。
より具体的には、 本発明材料は、 例えば次のような固相法で謹に amでき る。 H¾的な混合酸化物は、 原料である金属酸化物をポ一ルミルなどの装置を 用いて混 碎又は «した後、 嫌、 粗粉砕、 成型及び焼成の順で作製する ことができる。 ®Φ的には、 本発明材料もこれら 的な S¾i方法により作製 可能である。 この： ¾、 混^ ^碎工程で十分に微粒子化を行えば、 仮'艇ずに if望の材料を作製することも可能である。
出発 料としては、 各元素 R、 M及び Qそのものを使用できるほか、 これら の供織原となり得る化合物 （R、 M及び Qの少なくとも 1種を含む化合物） を それぞれ用いることができる。 上記化合物としては、 酸化物、 K酸化物、 炭酸 塩、 硝酸塩、 塩化物、 酢酸塩、 シユウ酸塩、 金属アルコキシド、 金属ァセチル ァセトナート、 酢酸金属塩、 メ夕クリル酸金属塩、 アクリル酸金属塩等が挙げ られる。 また、 これらの元素を 2つ以上含む化合物を使用することもできる。
Rの化合物としては、例えば衡匕ジルコニウム、 酸化ハフニウム等を用いる ことができる。
Μの化合物としては、 例えば谢匕マグネシウム、 酸化カルシウム、 酸化スト ロンチウム、 水酸化マグネシウム、 水酸化カルシウム、 炭酸マグネシウム、 炭 酸カルシウム等が挙げられる。
Qの化合物としては、例えば被化タングステン、 酸化モリブデンなどを用い ることができる。 上記元素を 2つ以上含む化合物としては、 例えば MgW04、 C aW〇4、 S rW〇4、 H f W2〇8、 Z rW208等を挙げることができる。
本発明では、 これらの出発原料のほか、 通常の焼結体の^ tに使用される添 加剤 （パインダー、 焼結助剤等） を必要に応じて配合することもできる。 これらの出発原料を本発明材料の糸賊となるように秤量し、 これらを混合す る。混合方法は特に P腕されず、ゾ/ ^の方法を採用することが きる。例えば、 ライカイ機、 ポールミル、 遊星ミル、 雕ミル （例えばアトライタ一、 纖ミ ル）等の混^)砕できる装置を用いて好適に実 Wることができる。混^)砕 は、 湿式であっても良いし、 乾式であっても良い。 混合粉末の平均粒径は、 一 般的には約 0. 1〜2 tmの範囲内に制御すれば良い。
得られた混^^末は、 必要に応じて仮焼することもできる。繊条件は、 一 般的には酸化性雰囲気又は大気中で 6 5 0〜1 0 0 0°C程度とすれば良い。仮 焼時間は、 仮焼? 等に応じて 決定することが、できる。
次いで、 上記の混 ^^末を成形する。成形方法は限定的でなぐ 例えば加圧 成型、 艇み成形、 ドク夕ブレード法、 押し出し成形等のいずれであっても良 レ。成形体の密度は、 特に限定されず、 本発明材料の用藤に応じて敵設定 すれば良い。
次に、 成形体の焼成を行う。 焼成? ¾は、 本発明材料の糸賊等に応じて 6 5 0〜： L 3 0 0 の範囲内で¾¾設¾^ることが きる。 例えば、 タングステン 複合酸化物は 9 0 0 °C〜 1 2 0 0 °Cが好ましく、モリブデン酸ィ匕物は 7 0 0°C
〜ι 0 0 o°cが好ましい。焼成 が低すぎる ±給には、 酸化物の反応が十分 でなぐ 所望の化合物を得られなくなるおそれがある。 また、 焼成 が す ぎる:^には、 ィ匕合物が溶融したり、 ィ匕合物中の酸化タングステンや酸化モリ ブデンが昇華したりする傾向が見られる。焼]^囲気は、 "^的には酸化性雰 囲気又は大気中とすれば良い。焼成時間は、 焼成 等に応じて る ことができる。
本発明材料によれば、 上記元素 R、 M及び Qのいずれの組^"でも所定の低 熱膨張特性を発揮できるので、 良好な低熱膨張特性を維持しつつ所望の物性 (誘電特性、 生、 機械的弓艘等） を得ることができる。 これにより、 幅 広い用途に適した材料を提供することができる。 例えば、 ミリ波等の高周波帯域で用いる電子 β又は電 は長さが波長 禾 Si である。 これらの電子 β又は電^¾品に本発明材料を使用することでき る。 この場合、 本発明材料は、 麵彭張 .収縮がほとんどないため、 熱的影響の きわめて少ない高精度 ·高安定性の電子 β及び電^ 1¾¾を提供することがで きる。 また、 ミクロン単位の精度が要求される微細加工又は検出に使用される 精密 βに本発明材料を使用すれば、上記と同様に熱的影響のきわめて少ない 高精度 ·高安定性の精密 βを提供することができる。
また、 本発明によれば、 上記元素の組合せにより、 熱 ff 長係数の厳格な制御 も可能になる。 これにより、 用途に応じて要求される麵彭張係数を満足できる 材料をより確実に供給すること力河能となる。
以下に、 本発明に係る低麵彭張材料の具体的な実施例を示す。 ただし、 本発 明の範囲は、 これら実施例に！ ^されるものではない。
実施例 1
(H f Mg) (W04) 3で示される混合酸化物を作製した。
出発 料として Η ί 02 (関東化学製、 9. 5 %)、 Mg O (キシダ化 学製） MM03 (高 Jtィ匕学製、 4 N) をモル比で 1 ： 1 ： 3の害【J合で抨量 し、 純水を溶媒としたポールミルで 1 4 4時間の湿式粉砕を行った。 その後、 一昼夜 ¾ ^して水分を^ ¾した後、得られた混 末を 1 0 0 0〜1 1 0 0 °C で仮焼し、 仮揚末を得た。
次いで、 仮'嫌末を用い、 X線回折分析用の円盤状サンプル A (焼成後のサ ィズ力埴径 2 0mm、 厚さ 1 及び誦彭張係数測定用の円柱 4 ンプル B (焼成後のサイズカ埴径 7 mm、 高さ 1 0mm) となるようにそれぞれ加圧成 形により成形体を作製した。各成形体を大気中 1 1 5 0 °Cで 4時間焼成を行つ た。
嫌 3サンプル Aを用い、 X線回折分析を行った。測定結果を図 1に示す。 な お、 分析は、 製品名 「RINT2400」 （リガク製） を用いた。 図 1の結果につい て、 J C P D Sカード （X線回折のデータ集） によりピ一ク鍵を行った。 そ の結果、作製された材料は、 出発 料である H f 02、 MgO及び W03のいず れとも異なる を示した。 また、 上記材料は、 これら出発原料から生成可能 な H f W208及び MgW〇4のいずれとも異なる構造であった。すなわち、 J J C P D Sカードに ¾ ^されていない新規な酸化物であることが 認された。 このため、 さらに詳細な角晰及 O¾Sを実施した。 その結果、 上記材料の X 線回折パターンは、 Evans らの材料のうち Sc3+ 2 (W6+04) 3 (前記非特許 «) と同じ結晶形であり、 しかもほぼ同じ格子定数をもつことが判明した。
Evans らの Sc3+ 2 (W6+04) 3と本発明の （HfMg) (W04) 3とを詳 細に比 ^ "るため、 Sc3+、 1^4+及ぴ¾^2+のィォン半径、 Sc3+ 2 (W6+ 〇4) 3の格子定数（JCPDSカードより抜粋） と図 1から計算した （ΗίΜ g) (W04) 3の格子定数を表 1に示す。 表 1
Figure imgf000010_0001
表 1から明らかなように、 （HfMg) (W04) 3は Sc3+ 2 (W6+〇4) 3と ほぼ同じ格子定数を有することがわかる。 これによつて、 本発明の材料は、 Evans らの Sc3+ 2 (W6+04) 3の. S cサイトが Η ί 4+イオン及び^ Mg2+ィ オンで置換された新規な混合酸化物であることが 認された。
試験例 1 前記サンプル Bの翻 聽数を測定した。測定は、 J I S R 1 6 8 1 「フ ァインセラミックスの 械分析による熱』彭張の測 法」 に 処し、 謝幾械 分析装置 （製品名 「Theraio Plus 2/TMAJ ) リガク製） を用いて実施した。 その結果を図 2及び表 2に示す。 図 2に示すように、 本発明材料は、 おおむね 室温〜 1 0 0 0 °Cの範囲で低熱膨張を示すことがわかる。
表 2に《剠彭弓 Si系数を示す。表 2に示すように、本発明材料は、室温（ 2 4 °C) の状 IIを基準として 1 0 0〜1 0 0 0°Cの? MJ 領域でも、 一 0. 6〜一 1. 7 X 1 0— 6/K禾！ !tの低い線删彭彌系数を^ Tることがわかる。 また、 これらを {權彭張率（《¥= 3 1^)に直すとー1. 8〜一 5. I p pm/Kとなる。 この値は、 Evans らによる S c 3+ 2 (W6+04) 3の f棚難率一 6 · 5 p pm /Kからみても、 信頼性の高い値であることがわかる。
OAVis oyd/囊 fcioo 6
Figure imgf000012_0001
4 000149
なお、 表 2では、 5 0°C間隔での測定結果を示しているが、 この間隔内にお いて熱』彭弓歸性が急激に変動することはないと考えられる。 このため、 図 2に 示すように、 室温から 1 0 0 0 °Cのいずれの においても、 表 2の結果と同 様に麵彭張係数が低いことは明らかである。
本発明材料が低い熱』彭弓應数を示す理由は、 次のとおりである。本発明材料 が Evans らに報告された材料と同じ結晶構造を有し、 M— 0—M結合を結晶 内に有するため、 Evans らの餅斤と同様のメカニズムにより低熱膨張特性を 示していると考えられる。
本発明材料では、 Evans らの M—〇一 M結合が R4+— O— M2+結合で示さ れることとなる。 そのため、 Evans らの材料と比較して、 本発明材料は R4+ 及び 1VI2+の組み合わせの数が多く、制御不可能であった —〇— M2結合を自 由に制御できるという優れた利点を^ る。 このため、 本発明材料は、 麵彭張 係数の厳格な制御が 能であることに力卩 、電気的特性 (誘電率、誘 ¾ί員 )、 觀的弓 の様々な特性が要求される用途に対 ることカ坷能となる。 試験例 2
実施例 1で得られた （H f Mg) (W04) 3の仮'賺末を直径 7mm X高さ 1 0讓の柱状となるように加圧成形した後、成形体を^中 1 1 5 0°Cで 4 時間焼成した。 次いで、 得られた焼成体を弾丸状に切肖咖ェした。
得られた弾丸状成形体の麵彭張係数を測定した。測定は、 レーザ麵彭弓翻』定 システム （製品名「ΠΧ-1Μ」） アルバック理工勤 を用い、 JIS R3251 「倒彭 張ガラスのレーザー干渉法による織彭張率の測定法」 に準拠して実施した。そ の結果を表 3に示す。表 3に示すように、 本発明材料は、 5 0 °Cの状態を辨 として 1 0 0〜7 0 0°C程度の 領域で一 0. 7〜十 0. 3 X 1 0 _6ZK程 度の低い線謹彭張係数を示した。 表 3
Figure imgf000014_0001
なお、表 3では、 5 0^間隔での測定結果を示しているが、 この間隔内にお いて熱』彭張特性が急激に変動することはないと考えられる。 このことから、 室 温から 7 0 0 °Cまでのいずれの、 においても、表 2の結果と同様に誦彭張係 数が非常に低いこと〖ま確実である。
従って、表 2及び表 3«5：いに測 法が相違しているが、本発明材料が広 レ^ Jt範囲で低い熱』彭張係数を示すことがわかる。
実施例 2
方法を下記 (1) (2)のように変更したほかは、実施例 1と同様に（H fMg) (W04) 3を作製した。
(1) Hf 02と W03とを反応させて HfW208を難した後、 これに所定 量の Mg〇及ぴ^〇 3を混合して焼成することにより、 （HfMg) (W04) 3 を作製した。
(2) HfW2〇8と MgW04とを焼成することによって、 （HfMg) (W
04) 3を作製した。
得られた (HfMg) (W04) 3について、 それぞれ実施例 1と同様に角晰 した結果、 Evans らの Sc3+ 2 (W6+04) 3の S cサイトが Έ斤定のイオンで置 換された新規な混合酸化物であることが ϋ認された。
また、試験例 1及び 2と同様にして熱麟長係数を測定した結果、実施例 1の 材料とほぼ同様の熱膨張係数を示した。
実施例 3
(Hf XZ r !_x) Mg (W04) 3において、 x=0、 0. 25、 0. 5、 0. 75及び1. 0である酸化物をそれぞれ調製した。
出発原料として Hf02 (関東化学製、 純度 99. 5%)、 Zr02 (第一稀 元素化学工業製)、 Mgo (キシダ化学製） 及び w〇3 (高 匕 纖 4
N) を所定の比率となるように抨量し、 糸脉を溶媒としたポールミルで 144 時間の湿式粉砕を行った。 その後、 一昼夜 して水分を！^した後、 得られ た?昆^末を 1000〜： I 100°Cで仮'焼し、 仮' »末をそれぞれ得た。 次いで、仮 '腿末を用レ 焼成後のサイズカ埴径 7 mmX高さ 10 mmとな るように加圧成形し、 その成形体を大気中 1150°Cで 4時間焼成を行った。 得られた焼成体について、 実施例 1と同様に角晰した結果、 Evans らの S c3+ 2 (W6+04) 3の Scサイトカ^ f定のイオンにより置換された新規な混合 酸化物であること力 崔認された。
また、得られた焼成体の熱』彭張係数を試験例 1と同様にして測定した。その 結果を表 4に示す。表 4から明らかなように、 300°C、 500°C及び 700°C における熱膨弓 Si系数は非常に小さいことがわかる。 表 4
Figure imgf000016_0001
なお、表 4は、 300° (：、 500°C及び 700°Cの 3点の温度で測定した結 果であるが、 図 2、 表 2及び表 3の結果から類推できるように、 上記 領域 で編彭衝系数が急激に変動することはないと考えられる。 このこと力ゝら、 室温 から 700°Cまでのいずれの においても、表 4の結果と同様に謹彭張係数 が非常に小さくなることは明らかである。
実施例 4
糸滅式 Hi (MgyCa^ y) (WO 4) 3において、 x=0、 0. 25、 0. 5、 0. 75及び 1. 0である酸化物をそれぞれ調製した。
出発原料として Hf02 (関東化学製、 純度 99. 5%)、 MgO (キシダ化 学製)、 CaC03 (関東化学製） 及 I V03 (高純度化学製、 純度 4N) を所 定の比率となるように秤量し、純水を溶媒としたボールミルで 144時間の湿 2004/000149 式粉碎を行った。 その後、 一昼夜乾燥して水分を除去した後、 得られた混合粉 末を 1 0 0 0〜1 1 0 o°cで仮焼し、 仮 '藤末をそれぞれ得た。
次いで、仮' 末を用い、焼成後のサイズが直径 7 mmx高さ 1 0mmとな るように加圧成形し、その円柱状成形体を大気中 1 1 5 0°Cで 4時間焼成を行 つ 7こ。
得られた焼成体について、 実施例 1と同様に角晰した結果、 Evans らの S c 3+ 2 (W6+04) 3の S cサイトが 定のイオンにより置換された新規な混合 酸化物であること力，認された。
また、 得られた焼成体の熱』彭張係数を試験例 1と同様にして測定した。その 結果を表 5に示す。表 5から明らかなように、 3 0 0 C、 5 0 0°C及び 7 0 0°C における熱膨張係数は非常に小さいことがわかる。
3¾ 0
Figure imgf000017_0001
なお、 表 5は、 3 0 0 °C、 5 0 0 °C及び 7 0 0 °Cの 3点の温度で測定した結 果であるが、 図 2、 表 2及び表 3の結果から類推できるように、 上記 領域 で熱膨張係数が急激に変動することはないと考えられる。 このことから、 室温 から 7 0 0^までのレ fれの においても、表 5の結果と同様に熱』彭張係数 が非常に小さいことは確実である。
これらの実施例；！〜 4で示した酸化物では、 Mとして Mg、 C a又はこれら の混合系で示される 2価の金属元素を用いた例であるが、 これらの 1こも S r、 B a又は R aを用いても良い。 また、 上記実施例では、 Qとし TWを用い た例を示しているが、 Moを使用しても良い。 これらの金属元素の結晶構造を 考慮すれば、 これらの実施例と同様の低麵彭碰性が得られることは容易に類 推できる。
産業上の利用可能性
本発明の低熱』彭張材料は、 主として ^台具、 高周波用誘電体等のほか、 低 熱』彭張性が要求される分野に幅広く用いることができる。
本発明の低謹飼長材料を光 ^^具として使用する場合、例えばレンズを するためのマウントとして好適に^ fflすることができる。
マウントは、光源を する^台具に備えられた複数のレンズの^ ·周とシ リンダとの間に介在させた状態で使用される。 レンズには光源からの光が入射 するほか、 光源から発せられる熱も伝わる。 この齢、 光源に近いレンズがよ り大きな熱を受ける。 マウントとして «の材料を使用する には、 熱によ りマウントが膨張してレンズの焦点にズレを生じさせる結果、像のゆがみをも たらす。 これに対し、 本発明の低熱』彭張材料をマウントとして細すれば、 光 源から熱が加えられても、 レンズの焦点のズレを抑制ないしは防止できるので、 より高精度な像を得ることができる。
また、本発明の低麵彭張材料ヵ搞周波誘電体として用いられる:^、その高 周波誘電体は、 例えば共振器、 フィルター、 アンテナ、 非放射誘電体線瞎の 各種デバイスに用いられる。高周波回路において、 HISに誘電体のデバイスは 誘電率の大きさから共 β形状を決定し、成型加工して用いられる。ところが、 誘電体が鎌彭張によって形状変化を起こすと^周波数が ¾化してしまい、結 果として回麟性に支障をもらたすおそれがある。無isits術の高周波化に 伴い、共振周波数の変化率をより小さくすること望ましぐ 数 p pm/k以下 の変化率が要求されている。 この:^、 本発明の低麵彭張材料を棚すれば上 記要求に応えることができる。 すなわち、 本発明材料は、 車中等におい て環境の変化によりデバイスに熱が加えられても、共振周波数の変動を抑制な いしは防止することができるので、所望の回路設計どおりの特性をより確実に 得ることができる。

Claims

請求の範囲
1 . 糸賊式 RM (Q04) 3 (ただし、 Rは Z r及び H fの少なくとも 1種、 Mは Mg、 C a、 S r、 B a及び R aの少なくとも 1種、 Qは W及 D¾doの少 なくとも 1種を示す。） で表わされる結晶体から実質的に構成される低熱』彭張 材料。
2. Rが H fである、 請求項 1に記載の低謹彭張材料。
3 · Rが Z rである、 請求項 1に記載の低麵彭張材料。
4. Rが Z rおよび H fの混合系である、 請求項 1に記載の低熱膨張材料。
5. Mが Mgである、 請求項 1に記載の低麵彭張材料 <
6. Mが C a、 S r、 B a及び R aの少なくとも 1種と M gとの混合系であ る、 請求項 1に記載の低麵彭張材料。
7. Mが。 aと M gとの混合系である、 請求項 1に記載の低麵彭張材料。
8. Q力 である、 請求項 1に記載の低熱疆材料。
9. Qが Moである、 請求項 1に記載の低熱』彭張材料。
1 0. Rが H iであり、 Mが Mgである、 請求項 1に記載の低熱膨張材料。
1 1. Q力W ある、 請求項 1 0に記載の低麵彭張材料。
1 2. Rが Z rおよび fの混合系であって、 Mが M である、 請求項 1に 記載の低熱纏材料。
13. Q力 である、 請求項 12に記載の低熱』彭張材料。
14. Rが Hfであり、 Mが Ca、 S r、 B a及び R aの少なくとも 1種と Mgとの混合系である、 請求項 1に記載の低麵彭張材料。
15. Q力 である、 請求項 14に記載の低 ϋ彭張材料。
16. Μが M gと C aとの混合系である、請求項 14に記載の低熱』彭張材料。
17. Q力 である、 請求項 16に記載の低 彭張材料。
18. 結晶体の結晶系が、 斜方晶系である請求項 1記載の低麵彭張材料。
19. 熱』彭悪数が、 -3X 10 6ZK以上かつ + 3X 10 6以下 (ただし、 0Χ 10— 6ΖΚを除く。） である請求項 1記載の低麵彭張材料。
20. 負の熱』彭張係数を有する請求項 1記載の低熱膨張材料。
21. 熱漏係数が、 -3X10 -6/Κ以上かつ 0X10 -6/ Κ未満である 請求項 20に記載の低熱疆材料。
22. 請求項 1記載の低熱漏材料を含む光 台具。
23. 請求項 1記載の低熱雄材料を含む高周波誘電体。
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