JPH05205520A - 誘電体磁器組成物 - Google Patents

誘電体磁器組成物

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JPH05205520A
JPH05205520A JP4035838A JP3583892A JPH05205520A JP H05205520 A JPH05205520 A JP H05205520A JP 4035838 A JP4035838 A JP 4035838A JP 3583892 A JP3583892 A JP 3583892A JP H05205520 A JPH05205520 A JP H05205520A
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JP
Japan
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dielectric
bao
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composition
present
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Withdrawn
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JP4035838A
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English (en)
Inventor
Shinya Naruki
紳也 成木
Masaaki Sugiyama
昌章 杉山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 通信分野での送受信機等に利用される、フィ
ルタや発振器等の小型化に有用な高誘電率の高周波誘電
体磁器組成物を提供する。 【構成】 (1)x{(BaO)1-w(SrO)w}・y
Sm23・zTiO2において、x、y、z、wが、そ
れぞれ0.10≦x≦0.20、0.10≦y≦0.2
0、0.60≦z≦0.75、0.02≦w≦0.30
(x+y+z=1)の範囲にある酸化物に対して3〜2
0重量%の範囲のBi23を含有させてなる誘電体磁器
組成物。及び、(2)x{(BaO)1-w(SrO)w
・y{(Sm231-v(Ln23v}・zTiO
2(LnはNd、Prのうち少なくとも一方)におい
て、x、y、z、w、vが、それぞれ0.10≦x≦
0.20、0.10≦y≦0.20、0.60≦z≦
0.75、0.02≦w≦0.30、0<v≦0.80
(x+y+z=1)の範囲にある酸化物に対して3〜2
0重量%の範囲のBi23を含有させてなる誘電体磁器
組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高周波分野用の誘電体磁
器組成物に関するものであり、特にマイクロ波帯域で使
用されるフィルタや発振器等のデバイスの小型化に有用
な高誘電率の誘電体磁器組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】誘電体磁器組成物はマイクロ波やミリ波
などの高周波領域において誘電体共振器として幅広く利
用され、フィルタや発振器に組み込まれ、それらの小型
軽量化や発振周波数の安定化に代表される高性能化に役
立っている。
【0003】これらの磁器の特性としては、素子を小型
化するため誘電率が高いこと、マイクロ波帯域での誘電
損失が小さい(無負荷Qが大きい)こと、及び共振周波
数の温度係数(τf)がゼロに近いことが要求されてい
る。
【0004】従来からこれらの条件を満たす材料として
は、MgTiO3―CaTiO3系、Ba(Zn1/3Ta
2/3)O3系、Ba(Zn1/3Nb2/3)O3系、Ba(M
1/3Ta2/3)O3系、Ba2Ti920、(Zr,S
n)TiO4系等が知られており、これらは誘電率εr
20〜40の範囲にある。
【0005】しかし、近年のマイクロ波領域での回路技
術の進歩にともない、特に、数百MHz〜数GHz帯域
が利用される自動車電話、携帯電話等の移動体通信分野
においては、素子を更に小型化する必要性が生じてお
り、より誘電率の高い材料が要求されている。
【0006】この数百MHz〜数GHz帯域での使用に
適した材料としてはBaO―TiO2―希土類系を基本
とした組成物が従来公知であり、例えばBaO―TiO
2―Nd23系(Ber.Dt.Keram.Ge
s.,55(1978)Nr.7)、BaO―TiO2
―Sm23系(特公昭60―51201)、BaO―T
iO2―Nd23―Bi23系(特開昭56―1020
03、特開昭62―72558、特開昭62―1871
63)、BaO―TiO2―Nd23―Al23系(特
開平1―227303)、BaO ―TiO2―Nd23
―Gd23―Bi23系(特開平2―80366)、B
aO―TiO2―Nd23―Sm23―La23―Mn
2系(特開平3―80150)などが提案されてい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
公知の組成物の特性はマイクロ波誘電体材料としては必
ずしも充分満足できるものではない。
【0008】すなわち、これらの組成物は、その温度係
数τfが0ppm/℃付近の組成では、誘電率εrが60
〜80程度であり、共振器の小型化には必ずしも充分で
はない。
【0009】また、εrを90〜100以上に向上しよ
うとすると、τfが大きくなるか、或いはQが著しく低
くなってしまうという問題があった。
【0010】本発明の目的は、誘電率が高く、温度特性
が良好で、且つ無負荷Qが高いという、三条件を同時に
兼ね備えたマイクロ波用誘電体磁器組成物を提供するこ
とにある。
【0011】
【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、本発明では、BaO―TiO2―希土類系を基本
とした種々の組成系について試作実験を繰り返した結
果、希土類酸化物としてSm23を選び、Baの一部を
Srで置換するとともに、Bi23を含有させて得られ
る誘電体磁器組成物が、ある特定の組成範囲において、
誘電率が高く、温度特性が良好で、且つ無負荷Qが高い
という三条件を同時に満たすことを知得し、また、Sm
23の一部をNd23、Pr23の少なくとも一方で置
換した系でも同等か、より優れた誘電特性を示す事を見
いだし、本発明を完成させるに至ったのである。即ち、
この発明は次の通りである。
【0012】(1)一般式、x{(BaO)1-w(Sr
O)w}・ySm23・zTiO2 ・・・(I) で表せる組成において、x、y、z、wが、それぞれ
0.10≦x≦0.20、0.10≦y≦0.20、
0.60≦z≦0.75、0.02≦w≦0.30(た
だしx+y+z=1)の範囲にある酸化物を主成分と
し、これに対して3〜20重量%の範囲のBi23を含
有させてなる誘電体磁器組成物。
【0013】(2)一般式、x{(BaO)1-w(Sr
O)w}・y{(Sm231-v(Ln23v}・zT
iO2 ・・・(II) (式中、LnはNd、Prのうち少なくとも一方を示
す)で表せる組成において、x、y、z、w、vが、そ
れぞれ0.10≦x≦0.20、0.10≦y≦0.2
0、0.60≦z≦0.75、0.02≦w≦0.3
0、0<v≦0.80(ただしx+y+z=1)の範囲
にある酸化物を主成分とし、これに対して3〜20重量
%の範囲のBi23を含有させてなる誘電体磁器組成
物。
【0014】ここで、一般式(I)及び(II)におい
て、BaOのモル分率xを0.10≦x≦0.20の範
囲としたのは、xが0.10未満ではQが低下し、逆
に、0.20を超えたときはQが低下するとともにτf
が大きくなり、実用に供さなくなるためである。
【0015】また、希土類酸化物のモル分率yの範囲を
0.10≦y≦0.20としたのは、yが0.10未満
ではτfが大きくなり、逆に0.20を超えたときはQ
が低下し、且つ誘電率も小さくなるためである。
【0016】さらに、TiO2のモル分率zを0.60
≦z≦0.75の範囲としたのは、zが0.60未満の
場合には焼結性が悪くなって、Qの低下を招き、逆に
0.75を超えたときにはτfが大きくなるためであ
る。
【0017】さらに、本発明においてBaをSrで置換
し、且つBi23を含有させるのは、Sr置換とBi2
3の含有を同時に行うことにより、τfを0ppm/℃
近傍に制御したまま誘電率を向上させる事ができるため
である。
【0018】ここでBiについては、一部の、あるいは
全てのBi23はTi等の他成分と反応し、Bi4Ti3
12等の化合物として存在しており、これが高誘電率お
よびτf制御の効果を促進している。
【0019】なお、Srの置換量wの範囲を0.02≦
w≦0.30としたのはwが0.02未満ではSrの置
換効果が殆どなく、wが0.30を超えた場合にはτf
が大きくなり過ぎるためである。
【0020】また、Bi23の含有量を3〜15重量%
の範囲に制限したのは、Bi23含有量が3重量%未満
のときは上述のBi23を含有させる効果があまり無
く、また15重量%より大きくした場合にはQが著しく
低下し、実用的でなくなるためである。
【0021】さらに、Smの一部をNd、Prで置換す
ることにより、Sm単独の場合よりも更に高い誘電率が
得られる。
【0022】この場合、一般式(II)においてSmに
対するNd、Prの置換量vを0.80以下としたの
は、vが0.80よりも大きい場合にはτfが大きくな
り過ぎるためである。
【0023】本発明による誘電体磁器組成物は、磁器を
構成する金属の酸化物或いは、焼成により酸化物に変換
し得る化合物、例えば炭酸塩、硝酸塩等の出発原料を用
いて、これらを秤量、混合後、900〜1200℃で仮
焼し、成形後、1200〜1400℃で焼成する事によ
り得る事ができる。
【0024】なお、ビスマスについては最初の秤量混合
時に他成分と共に添加する方法以外に、最初にBiを含
まない他成分のみの仮焼を行い、その仮焼粉にBi
23、或いはBi4Ti312等の化合物の形で添加する
方法も可能である。
【0025】また、希土類元素としてプラセオジムを用
いる場合、原料粉としてPr611を用いるのが一般的
であるが、これは焼成時の反応の進行に伴いPr23
還元される。
【0026】
【作用】本発明の上述した組成によれば、εr=90以
上の従来にない高い誘電率をもち、しかも共振周波数の
温度係数τfが0ppm/℃付近で任意に制御でき、無
負荷Qの大きい誘電体磁器組成物を提供する事ができ
る。
【0027】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。実施例1
は希土類酸化物としてSm23のみを用いた例であり、
実施例2はSmの一部をNd、Prで置換した例であ
る。
【0028】
【実施例1】原料として高純度のBaCO3、SrC
3、TiO2、Sm23、Bi23を用い、焼結後にそ
の組成が第1表の割合になるように秤量した。
【0029】これらを純水を媒体とし、ボールミルにて
16時間、湿式混合した。その後エバポレーターを用い
て乾燥し、大気中で約1000℃、2時間の仮焼を行っ
た。
【0030】この仮焼粉にバインダーとしてポリビニル
アルコールを加えて、造粒を行った。造粒粉を2000
kg/cm2の圧力で円柱状に加圧成形した。
【0031】そしてこの成形物を1250〜1350℃
で4時間焼成する事により、本発明の誘電体磁器組成物
を得た。
【0032】誘電体の評価は、こうして得られた磁器組
成物を直径8〜9mmφ、高さ4〜5mmの円柱状に加
工し、両端短絡型誘電体共振器法により4〜6GHzに
おける無負荷Qと誘電率を測定した。
【0033】また、各試料を恒温槽に入れて−40〜8
5℃における共振周波数の温度係数τfを測定した。
【0034】上記の方法で作製した誘電体共振器の特性
を第1表にまとめる。表において、*印を記した試料は
この発明の範囲外のものであり、それ以外はすベてこの
発明の範囲内のものである。
【0035】τfについては25〜55℃における測定
値を示す。また、Qはf・Q=一定(f:共振周波数)
の経験則に基づき、4GHzに換算した値を示してい
る。
【0036】
【実施例2】原料として高純度のBaCO3、SrC
3、TiO2、Sm23、Nd23、Pr611、Bi2
3を用い、焼結後にその組成が第2表の割合になるよ
うに秤量した。
【0037】これらに対して実施例1と同様の処理を施
すことにより、本発明の誘電体磁器組成物を得た。各組
成物の誘電特性を第2表にまとめる。
【0038】*印を記した試料はこの発明の範囲外のも
のであり、それ以外はすべてこの発明の範囲内のもので
ある。
【0039】τfについては25〜55℃における測定
値を示す。また、Qはf・Q=一定(f:共振周波数)
の経験則に基づき、4GHzに換算した値を示してい
る。
【0040】以上、実施例1、2に示したように、Ba
O―TiO2―Sm23系組成物或いはSmの一部をN
d、Prで置換した組成物に対し、Baの一部をSrで
置換し、同時にBi23を適量含有させる事により、共
振周波数の温度係数τfを0ppm/℃で制御したま
ま、εr=90〜100以上の従来にない高い誘電率を
有し、しかも無負荷Qの大きな誘電体磁器組成物を得る
事ができた。
【0041】
【表1】
【0042】
【表2】
【0043】
【表3】
【0044】
【発明の効果】本発明は上記のように、高い誘電率をも
ち、温度特性が良好で、且つ無負荷Qが高い誘電体磁器
組成物を提供し得るものであり、マイクロ波用誘電体共
振器としての使用において、小型化、高性能化を進める
事ができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式、x{(BaO)1-w(Sr
    O)w}・ySm23・zTiO2で表せる組成におい
    て、x、y、z、wが、それぞれ0.10≦x≦0.2
    0、0.10≦y≦0.20、0.60≦z≦0.7
    5、0.02≦w≦0.30(ただしx+y+z=1)
    の範囲にある酸化物を主成分とし、これに対して3〜2
    0重量%の範囲のBi23を含有させてなる誘電体磁器
    組成物。
  2. 【請求項2】 一般式、x{(BaO)1-w(Sr
    O)w}・y{(Sm231-v(Ln23v}・zT
    iO2(式中、LnはNd、Prのうち少なくとも一方
    を示す)で表せる組成において、x、y、z、w、v
    が、それぞれ0.10≦x≦0.20、0.10≦y≦
    0.20、0.60≦z≦0.75、0.02≦w≦
    0.30、0<v≦0.80(ただしx+y+z=1)
    の範囲にある酸化物を主成分とし、これに対して3〜2
    0重量%の範囲のBi23を含有させてなる誘電体磁器
    組成物。
JP4035838A 1992-01-28 1992-01-28 誘電体磁器組成物 Withdrawn JPH05205520A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1043288A3 (en) * 1999-04-09 2001-03-21 Murata Manufacturing Co., Ltd. High-frequency dielectric ceramic composition, dielectric resonator, dielectric filter, dielectric duplexer, and communication apparatus
CN114988867A (zh) * 2022-06-13 2022-09-02 南京新智电子材料科技有限公司 一种高介电常数微波陶瓷材料及介质谐振器

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Effective date: 19990408