JP3321552B2 - マイクロ波素子用磁性体セラミックの組成物、これを用いたマイクロ波素子用磁性体セラミック及びその製造方法 - Google Patents
マイクロ波素子用磁性体セラミックの組成物、これを用いたマイクロ波素子用磁性体セラミック及びその製造方法Info
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Description
電子機器に用いられるマイクロ波帯域部品用素材に係
り、飽和磁化の制御が容易であり、低いフェリ(ferri)
磁性共鳴半値幅と良好なキュリ−(curie)温度を有した
マイクロ波素子用磁性体セラミックの組成物、これを用
いたマイクロ波素子用磁性体セラミック及びその製造方
法に係るものである。
ス(cordless)電話、衛星放送受信機等の通信手段が汎用
化されるにつれて、マイクロ波回路、集積回路の発展な
どによって、アイソレ−タ(isolator)、サ−キュレ−タ
(circulator)、S/Nエンハンサ−(S/N enhancer)等の
マイクロ波帯域用素子に磁性体セラミックが広く用いら
れている成り行きがある。
ックは、主にアイソレ−タ及びサ−キュレ−タに用いら
れており、上記した従来の代表的なマイクロ波素子用磁
性体セラミックとしては、YIG(Y3Fe5O12),Ni-Zn系フ
ェライト、Mn-Mg系フェライト、Li系フェライト等があ
る。
ラミックが、アイソレ−タ、サ−キュレ−タ等のような
マイクロ波帯域用部品に適用可能であるためには、100
〜1,800Gまで調節可能な適当な飽和磁化を有すべきで
ある。また、マイクロ波帯域においてフェリ磁性共鳴半
値幅が60Oe以下程度に小さくなければならない。さら
に、飽和磁化の温度係数も0.2%/℃以下程度に小さく
なければならない。というのは、飽和磁化の温度係数が
大きければ平坦な温度安定性を得難く、フェリ磁性共鳴
半値幅が大きければマイクロ波帯域において優秀な損失
特性を得ることが出来なくなる。
た従来のマイクロ波素子用磁性体セラミックの中におい
てYIG系の場合は、適当な飽和磁化を有し、フェリ磁性
共鳴半値幅が小さい反面、飽和磁化の温度係数が0.3〜
0.4%/℃と比較的大きい値を有していた。かつ、上記
したNi-Zn系フェライトとMn-Mg系フェライトは飽和磁化
が大きく、温度係数は比較的小さいが、フェリ磁性共鳴
半値幅が160Oeと大きいという問題を有していた。 ま
た、上記したLi系フェライトの場合は、適当な飽和磁
化を有し、温度係数も小さいが、フェリ磁性共鳴半値幅
が300Oe以上と非常に大きいという問題を有していた。
ロ波素子用磁性体セラミックをマイクロ波帯域用部品に
実際的に適用するには、上述のような実用上の問題があ
った。また、それのみならず、磁性体セラミックの製造
時に酸化イットリウム、酸化鉄等のような高価の原料を
用いるため、経済性が落ちるという問題を有していた。
るためのもので、本発明の主なる目的は、制御が容易
で、適当な飽和磁化を有し、マイクロ波帯域において小
さいフェリ磁性共鳴半値幅を有し、飽和磁化の温度係数
が小さいのみならず、安定なる構成元素の組成比を有す
ることは勿論、経済的に磁性体セラミックが製造でき
る、マイクロ波素子用磁性体セラミックの組成物を提供
することにある。
な飽和磁化を有し、マイクロ波帯域において小さいフェ
リ磁性共鳴半値幅を有し、飽和磁化の温度係数も小さい
ので、マイクロ波帯域用部品に実際的に適用可能な、上
記した本発明の磁性体セラミックの組成物を用いたマイ
クロ波素子用磁性体セラミック及びその製造方法を提供
することにある。
めの、本発明のマイクロ波素子用磁性体セラミックの組
成物は、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化鉄(Fe2O3)、酸
化スズ(SnO2)、酸化アルミニウム(AL2O3)及びカルシウ
ム供給源を主成分とし、下記の組成式に示される。
物において、カルシウム供給源として、炭酸カルシウム
(CaCO3)または酸化カルシウム(CaO)を用いることがで
き、酸化カルシウムを用いた場合には、マイクロ波素子
用磁性体セラミックの製造過程の中のボ−ル−ミリング
(ball-milling)法による混合時、より均一な混合を成る
ことができる。
性体セラミックは、下記の組成式に応じて酸化イットリ
ウム、酸化鉄、酸化スズ、酸化アルミニウム及び炭酸カ
ルシウム(又は酸化カルシウム)を混合した後、成形及
び焼結して製造されたものとして、常温で100〜1,800G
の飽和磁化と0.2%/℃以下の飽和磁化の温度係数及び6
0Oe以下のフェリ磁性共鳴半値幅を有することを特徴と
する。
磁性体セラミックの製造方法は、下記の組成式によって
酸化イットリウム、酸化鉄、酸化スズ、酸化アルミニウ
ム及び炭酸カルシウム(又は酸化カルシウム)を混合す
るステップと、上記した混合物を乾燥させてから1,100
〜1,200℃で1〜3時間の間、か焼を遂行するステップ
と、上記ステップにおいてか焼を経た粉末に結合剤を加
えて混合し、所定形状で成形するステップと、上記ステ
ップから得られた成形品を大気雰囲気下において1,300
〜1,500℃で塑性するステップを含む。
セラミックの組成物において、酸化鉄に対する酸化アル
ミニウムの置換量が増えると、マイクロ波素子用磁性体
セラミックに対する飽和磁化は減少するが、置換量が1.
5モル以上である場合には、飽和磁化の減少と併せてフ
ェリ磁性共鳴半値幅が急激に増加し、実用化が困難な短
所がある。 かつ、上記した本発明の組成物において、
酸化スズとカルシウム供給源は、酸化イットリウムと置
換関係に置いて有り、酸化スズとカルシウム供給源の置
換量が増えるにつれてフェリ磁性共鳴半値幅が減少し、
飽和磁化の温度係数が低くなることは勿論、適正の焼結
温度が低くなるが、1モル以上置換される場合には飽和
磁化の減少と共に、フェリ磁性共鳴半値幅が増えるとい
う問題がある。
体セラミックの組成物、これを用いたマイクロ波素子用
磁性体セラミック及びその製造方法に対する好ましい実
施例を通して本発明をさらに詳細に説明する。 これら
の実施例は、本発明をより具体的に説明するためのもの
で、本発明が下記の実施例によって、制限されないとい
うことは本発明の属する技術分野の当業者にとって自明
である。
化スズ、酸化アルミニウム及び炭酸カルシウム(又は酸
化カルシウム)を下記の表1に示した組成比のように秤
量し、脱イオン水と共に混合した。 この時、混合に
は、ジルコニア(zirconia)ボ−ルとプラスチック壺を用
いるボ−ル−ミリング(ball-milling)の方法を用いた。
つぎに、混合された混合物を乾燥させ、乾燥された粉末
を1,100〜1,200℃で2時間の間か焼(calcination)を遂
行した。 か焼された粉末に結合剤(binder)としてポリ
ビニルアルコ−ルを適正量添加してジルコニア(zirconi
a)誘発中で混合した。
直径10mm以上、高さ3mm以下のディスク形試片で成
形した。 この時、成形圧力は1.0ton/cm2以上であっ
た。
してから、ジルコニアセッタ(zirconia setter)の上に
積載し、大気雰囲気の下において1,300℃以上の高温で
電気炉を用いて焼結した。
クロ波素子用磁性体セラミックの試片を振動試片磁力計
(vibrating sample magnetometer)を用いて飽和磁化及
び温度変化による飽和磁化を測定した。また、共同共振
器摂動方法で約10GHzにおいて磁気場を加えながらフ
ェリ磁性共鳴半値幅を測定した。
応じて25℃の温度に対する共振周波数を基準として25〜
125℃の温度範囲に対して求めた。
マイクロ波素子用磁性体セラミックに対する飽和磁化、
フェリ磁性共鳴半値幅及び飽和磁化の温度係数を下記の
表1に示した。
のマイクロ波素子用磁性体セラミックの組成の中の酸化
鉄に対する酸化アルミニウムの置換量が増加することに
よって、飽和磁化は減少し、マイクロ波帯フェリ磁性共
鳴半値幅が減少してから増加することがわかった。この
時、酸化アルミニウムの適正組成比は、炭酸カルシウム
と酸化スズの置換量に応じて変化し、0.3〜1.5モルの範
囲から特性値が適当な数値を示した。
リウムに対する炭酸カルシウムと酸化スズの置換量が増
加することによって、適正の焼結温度が低くなり、フェ
リ磁性共鳴半値幅が減少し、飽和磁化の温度係数が低く
なる効果があったが、1モル以上を置換すると、飽和磁
化の減少と共にフェリ磁性共鳴半値幅が増加した。
に、上記した組成でカルシウム供給源として炭酸カルシ
ウムの代わりに酸化カルシウムを用いても飽和磁化、フ
ェリ磁性共鳴半値幅及び飽和磁化の温度係数には大きな
変化はなかった。
高くなると焼結体の飽和磁化がやや高くなり、焼結時間
が長くなるとフェリ磁性共鳴半値幅がやや低くなること
を確認することが出来た。
1,800Gの飽和磁化と0.2%/℃以内の飽和磁化の温度係
数及び60Oe以下のフェリ磁性共鳴半値幅を有する、適
当な飽和磁化と平坦な温度の安定性及び損失特性の優秀
なマイクロ波素子用磁性体セラミックが得られるので、
本発明の磁性体セラミックは、マイクロ波帯アイソレ−
タ、サ−キュレ−タ及びS/Nエンハンサ−等のマイクロ
波帯域用部品に効果的に用いられることができる。
ットリウムと酸化鉄に低価の酸化スズ、酸化アルミニウ
ム及び炭酸カルシウム(又は酸化カルシウム)を原料と
して用いるので、経済的に高品位のマイクロ波素子用磁
性体セラミックを提供することができる。
Claims (5)
- 【請求項1】酸化イットリウム、酸化鉄、酸化スズ、酸
化アルミニウム及びカルシウム供給源を主成分とし、下
記の組成式で示されるマイクロ波素子用磁性体セラミッ
クの組成物。 組成式 Y3-xCax/2Snx/2Fe5-yAlyO12 この時、0.1≦x≦1であり、 0.1≦y≦1.5である。 - 【請求項2】前記カルシウム供給源として、炭酸カルシ
ウム又は酸化カルシウムを用いることを特徴とする請求
項1に記載のマイクロ波素子用磁性体セラミックの組成
物。 - 【請求項3】下記の組成式に応じて酸化イットリウム、
酸化鉄、酸化スズ、酸化アルミニウム及び炭酸カルシウ
ム(又は酸化カルシウム)を混合した後、成形及び焼結
して製造された、マイクロ波素子用磁性体セラミック。 組成式 Y3-xCax/2Snx/2Fe5-yAlyO12 この時、0.1≦x≦1であり、 0.1≦y≦1.5である。 - 【請求項4】前記磁性体セラミックは、常温で100〜1,8
00Gの飽和磁化と0.2%/℃以下の飽和磁化の温度係数
及び60Oe以下のフェリ磁性共鳴半値幅を有することを
特徴とする請求項3に記載のマイクロ波素子用磁性体セ
ラミック。 - 【請求項5】下記の組成式に応じて酸化イットリウム、
酸化鉄、酸化スズ、酸化アルミニウム及び炭酸カルシウ
ム(又は酸化カルシウム)を混合するステップと、 前記した混合物を乾燥させてから、1,100〜1,200℃で1
〜3時間の間、か焼(calcination)を遂行するステップ
と、 前記ステップにおいてか焼を経た粉末に結合剤を加えて
混合し、所定形状で成形するステップと、 前記ステップより得られた成形品を空気雰囲気下におい
て1,300〜1,500℃で焼結するステップとを含む、マイク
ロ波素子用磁性体セラミックの製造方法。 組成式 Y3-xCax/2Snx/2Fe5-yAlyO12 この時、0.1≦x≦1であり、 0.1≦y≦1.5である。
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