JP4100929B2

JP4100929B2 - 誘電体磁器組成物及びその製造方法

Info

Publication number: JP4100929B2
Application number: JP2002043408A
Authority: JP
Inventors: 裕志篠崎; 寛水谷
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: JP2003238243A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体磁器組成物に係り、特に、鉛（Ｐｂ）を含有せずに、高周波特性が優れ、且つ比較的低温で焼成が可能な誘電体磁器組成物及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀（Ａｇ）電極と同時焼成することができる誘電体磁器組成物が求められている。例えば、セラミック・グリーンシートと銀（Ａｇ）電極の積層体を８９０〜９２０℃の温度範囲にて同時焼成できる誘電体磁器組成物である。一般式ＣａＴｉＯ_３で表されるペロブスカイト型結晶相を主結晶とする材料は、１３００〜１４００℃の高温で焼成され、緻密であり、比誘電率εｒ＝１７０，Ｑ＝１８００（周波数＝２ＧＨｚにおいて）と高周波帯域で優れた特性が得られる。しかしながら、１３００℃以下の焼成温度では緻密化せず、その特性が劣るという問題がある。
【０００３】
８９０〜９２０℃程度の比較的低温で焼成するためには、焼成助剤を多用することが必要である。しかし、これは、その特性を大きく変化させて高周波帯域において優れた高誘電率、高Ｑ値の特性が得られなくなってしまう。従来の材料でも、９００℃程度で焼成され高誘電率、高Ｑ値の特性を満足するものがある。しかし、それは、鉛（Ｐｂ）を含んだものしか確認されていない。
【０００４】
そこで、人体に有害な鉛（Ｐｂ）を含んでいない誘電体磁器組成物の開発が、多くのユーザから要求されている。また、環境保全の立場から各方面の関係者からもその開発が待たれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、鉛（Ｐｂ）を含有せずに、高周波数帯域で優れた誘電特性を有し、比較的低温で銀電極などと同時に加熱焼成が可能な緻密な誘電体磁器組成物およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の誘電体磁器組成物は、一般式ＣａＴｉＯ_３で表されるペロブスカイト型結晶相を主結晶とする材料の１００重量部に対して、ガラスをｘ重量部（２.５≦ｘ≦１５.０）、Ｂ_２Ｏ_３をｙ重量部（１.０≦ｙ≦１５.０）を混合して、８９０〜９２０℃で加熱焼成したことを特徴とする。
【０００７】
前記ガラスは、組成式＝ａＧｅＯ_２-ｂＢａＯ-ｃＢｉ_２Ｏ_３で表され、
ここに、ａ、ｂ、ｃは、モル比で、０.４≦ａ≦０.６、０.１≦ｂ≦０.５、０.１≦ｃ≦０.５、但し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１の範囲内にあることを特徴としている。
【０００８】
本発明者は、少量の添加で加熱焼成を促進させることのできるガラスを開発し、それとＢ_２Ｏ_３を併用することで、比誘電率εｒ＝８０〜１３０，Ｑ＝１００〜３００（周波数＝４.５〜５.８ＧＨｚにおいて）の特性を有する緻密な誘電体磁器組成物を８９０〜９２０℃の範囲で加熱焼成することができることを見いだした。この緻密な構造により、セラミックの強度が向上し、比誘電率εｒ，Ｑ値の好ましい特性が得られ、バラツキが減少して安定化するという性能面の改良がある。誘電体磁器組成物と銀（Ａｇ）電極の同時に加熱焼成ができることにより、製造工程の短縮と製造コストの削減が達成できるという製造上のメリットがある。また、この誘電体磁器組成物は、人体に有害な鉛（Ｐｂ）を含んでいない点が環境保全から観たメリットである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る誘電体磁器組成物の実施形態について、表１、図１乃至図３を参照してさらに詳しく説明する。
【００１０】
表１は、２７件の試料についての組成と諸特性のデータをまとめたものである。試料の作製に当たり、ガラスとＢ_２Ｏ_３の添加率を変えること、ガラスの組成を変えること、焼結助剤としてガラスとＢ_２Ｏ_３の添加の有無、及び加熱焼成温度などを考慮した。ガラスの組成については、図１に示される。
【００１１】
(実施例)
本発明の出発原料にＣａＣＯ_３粉末とＴｉＯ_２粉末を用い、ＣａとＴｉのモル比が０.９５（Ｃａ／Ｔｉ＝０.９５）になるように所定量秤量する。この秤量原料をボールミルで１８時間湿式混合した後、乾燥させて混合粉末を得る。この混合粉末を大気中において１２００℃で仮焼した後、ボールミルで２４時間湿式粉砕して平均粒径０.５μｍのＣａＴｉＯ_３粉末を得る。Ｘ線回折パターンにより、その粉末がＣａＴｉＯ_３であることを同定した。（図２を参照。）
【００１２】
次に、ガラスを作製した。出発原料にＧｅＯ_２粉末とＢａＣＯ_３粉末とＢｉ_２Ｏ_３粉末を用い、表１に示した試料組成になるように秤量する。この秤量原料を乳鉢・乳棒で１０分間乾式混合する。混合した粉末をアルミナ質るつぼに入れ、１０００℃の炉内で３０分溶融させる。３０分後、炉からるつぼを取り出し、室内で放冷してガラスを固化させる。るつぼからガラスだけを取り出し、自動乳鉢機で１時間粗粉砕する。粗粉砕したガラス粉末をボールミルで８時間湿式粉砕して平均粒径１μｍのガラス粉末を得る。Ｘ線回折パターンにより、その粉末が非晶質ガラスであることを同定した。（図３を参照。）
【００１３】
ＣａＴｉＯ_３粉末に表１の試料の組成になるようにガラス粉末とＢ_２Ｏ_３を秤量する。（Ｂ_２Ｏ_３は、Ｈ_３ＢＯ_３で秤量する）。それをボールミルで３時間湿式混合した後、乾燥させて混合粉を得る。この混合粉にバインダー水溶液を添加して造粒する。この造粒粉をφ（直径）１６.５mmの金型に詰めて、７５０kgf／cm^２以下の一軸加圧する。さらにその成形体に対して冷間等方プレス（Cold isostatic press）を使って１０００kgf／cm^２の力で２分間等方加圧し成形する。それを空気中において、８９０〜９２０℃の温度で２時間加熱焼成し、焼結体を得る。
【００１４】
両端短絡形誘電体共振器法を使って得られた焼結体の比誘電率εｒとＱの測定データを表１に示す。
【００１５】
表１の２７件にうち試料１５件、即ち、試料１〜７、試料９、試料１１、試料１３、試料１５，試料１８〜２１は、ａ，ｂ，ｃ，ｘ，ｙの値が本発明の範囲にある。即ち、一般式ＣａＴｉＯ_３で表されるペロブスカイト型結晶相を主結晶とする材料１００重量部に対して、ガラスをｘ重量部（２.５≦ｘ≦１５.０）、Ｂ_２Ｏ_３をｙ重量部（１.０≦ｙ≦１５.０）を混合して加熱焼成したもので、前記ガラスは、組成式＝ａＧｅＯ_２-ｂＢａＯ-ｃＢｉ_２Ｏ_３で表され、ここに、ａ、ｂ、ｃは、モル比で、０.４≦ａ≦０.６、０.１≦ｂ≦０.５、０.１≦ｃ≦０.５、但し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１の範囲内にある。
【００１６】
試料１〜３、は、加熱焼成温度が９０７℃であり、試料４〜７，９、１１、１３は、加熱焼成温度が９１７℃であり、試料１５は，８９１℃であり、試料１８〜２１は、加熱焼成温度が９１７℃である。これら試料１５件については、加熱焼成温度８９１〜９１７℃の範囲で緻密な構造を有する誘電体磁器組成物が得られている。比誘電率εｒについて、試料１９が最高値（εｒ＝１３０．１）を有し、試料３が最低値（εｒ＝８０.６）を有している。Ｑ値については、試料１が最高値（Ｑ＝２８７[周波数＝５.３９ＧＨｚにおいて]）を有し、試料１９が最低値(Ｑ＝１０２[周波数＝４.５３ＧＨｚにおいて]）を有している。試料１５件については、表１に示されているように焼結性、比誘電率、Ｑともに良好なデータが得られている。
【００１７】
(比較例)
試料８は、Ｂ_２Ｏ_３の添加率が下限値１.０重量部より少ないので９１７℃における加熱焼成では焼結が不十分で構造が緻密化しない誘電体磁器組成物となる。試料１０は、ガラスを１７.５重量部添加しているがＢ_２Ｏ_３の添加率が下限値１.０重量部より少ないので９１７℃における加熱焼成では焼結が不十分で構造が緻密化しない。試料１２と試料１４は、Ｂ_２Ｏ_３の添加率が上限値１５.０重量部を超えているので過焼結を起こし緻密な構造にならない。試料１７は、焼結温度が高すぎると過焼結を起こして試料全体に発泡した跡が残り緻密な構造にならない。試料２２は、ｂ＝０（＜０.１）であり、試料２４は、ｃ＝０（＜０.１）であり、試料２５は、ａ＝０.３（＜０.４）である。即ち、試料２２と試料２４と試料２５は、ガラスの組成が最適範囲外であるので、９１７℃における焼成では焼結が不十分となり緻密な構造とならない。試料２６と試料２７は、前記ガラスとＢ_２Ｏ_３の添加がない試料である。緻密な構造を得て、比誘電率εｒ≧１７０，Ｑ≧１８００の特性を得るには１３００℃の焼成温度が必要である。
【００１８】
表１は、２７件の試料について組成と諸特性のデータをまとめて示したものである。
【表１】

【００１９】
なお、本発明の誘電体磁器組成物は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の誘電体磁器組成物によれば、比誘電率εｒ＝８０〜１３０，Ｑ＝１００〜３００（周波数＝４.５〜５.８ＧＨｚにおいて）の特性を有する緻密な誘電体磁器組成物を８９０〜９２０℃の範囲で加熱焼成することができる。この緻密な構造により、セラミックの強度が向上し、比誘電率εｒ，Ｑ値のバラツキが減少して安定化する。また、誘電体磁器組成物と銀（Ａｇ）電極の同時焼成ができることにより、製造工程の短縮と製造コストの削減が達成できる。また、この誘電体磁器組成物は、人体に有害な鉛（Ｐｂ）を含んでいないので、環境保全上、有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のガラスの３元組成図である。
【図２】図２は、粉末がＣａＴｉＯ_３であることを示すＸ線回折パターン図である。
【図３】図３は、粉末が非晶質ガラスであることを示すＸ線回折パターン図である。

Claims

一般式ＣａＴｉＯ_３で表されるペロブスカイト型結晶相を主結晶とする材料の１００重量部に対して、ガラスをｘ重量部（２.５≦ｘ≦１５.０）、Ｂ_２Ｏ_３をｙ重量部（１.０≦ｙ≦１５.０）を混合して加熱焼成した誘電体磁器組成物であって、
前記ガラスは、組成式＝ａＧｅＯ _２ - ｂＢａＯ - ｃＢｉ _２Ｏ _３で表され、ここに、ａ、ｂ、ｃは、モル比で、
０ . ４≦ａ≦０ . ６、０ . １≦ｂ≦０ . ５、０ . １≦ｃ≦０ . ５、
但し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１
の範囲内にあり、
加熱焼成する温度が、８９０〜９２０℃の範囲にあることを特徴とする誘電体磁器組成物。
一般式ＣａＴｉＯ_３で表されるペロブスカイト型結晶相を主結晶とする誘電体磁器組成物の製造方法であって、
ＣａＴｉＯ_３粉末の１００重量部に対してガラス粉末をｘ重量部（２ . ５≦ｘ≦１５ . ０）とＢ_２Ｏ_３粉末をｙ重量部（１．０≦ｙ≦１５ . ０）とを秤量して、
前記ガラス粉末は、組成式＝ａＧｅＯ _２ - ｂＢａＯ - ｃＢｉ _２Ｏ _３で表され、ここに、ａ、ｂ、ｃは、モル比で、
０ . ４≦ａ≦０ . ６、０ . １≦ｂ≦０ . ５、０ . １≦ｃ≦０ . ５、
但し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１
の範囲内にあり、
それらを湿式混合して、乾燥させて混合粉末を得て、該混合粉末にバインダー水溶液を添加し造粒して、該造粒粉末を金型に充填して一軸加圧で適当な大きさに仮成形して、さらに該仮成形体に対して等方加圧し成形して、該成形体を空気中において８９０〜９２０℃の範囲の温度で加熱焼成することを特徴とする誘電体磁器組成物の製造方法。
前記ＣａＴｉＯ_３粉末は、出発原料にＣａＣＯ_３粉末とＴｉＯ_２粉末を用い、ＣａとＴｉのモル比が０.９５（Ｃａ／Ｔｉ＝０．９５）になるように所定量秤量し、該秤量原料を湿式混合した後に乾燥させて混合粉末を得て、該混合粉末を大気中において仮焼した後に湿式粉砕して得られることを特徴とする請求項２に記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
前記ガラス粉末は、出発原料にＧｅＯ_２粉末とＢａＣＯ_３粉末とＢｉ_２Ｏ_３粉末を用い、それぞれを秤量して、該秤量原料を乾式混合し、該混合した粉末を溶融させて、常温で放冷してガラスを固化させて、該ガラスだけを取り出し粗粉砕して、該粗粉砕したガラス粉末を湿式粉砕して得られることを特徴とする請求項２に記載の誘電体磁器組成物の製造方法。