JPH0648823A - レドーム用誘電体磁器組成物 - Google Patents

レドーム用誘電体磁器組成物

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JPH0648823A
JPH0648823A JP2400093A JP40009390A JPH0648823A JP H0648823 A JPH0648823 A JP H0648823A JP 2400093 A JP2400093 A JP 2400093A JP 40009390 A JP40009390 A JP 40009390A JP H0648823 A JPH0648823 A JP H0648823A
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JP
Japan
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mol
dielectric
radome
ceramic composition
mno
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Pending
Application number
JP2400093A
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English (en)
Inventor
Osamu Furukawa
修 古川
Yohachi Yamashita
洋八 山下
Kiyoshi Matsunaga
潔 松永
Jun Monma
旬 門馬
Eikichi Ichimori
栄吉 市森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 ロケット等の飛翔体の先端に設置されるアン
テナを保護するキャップの役割を果すレドーム用誘電体
磁器組成物として Al2 3 82.0 〜 88.0 モル% Ca2 TiO3 6.0 〜 9.0 モル% MgO 0.5 〜 3.0 モル% SiO2 2.0 〜 5.0 モル% MnO2 0.5 〜 3.0 モル% もしくは Al2 3 76.0 〜 84.0 モル% SrTiO3 11.0 〜 16.0 モル% MgO 0.5 〜 4.0 モル% SiO2 1.5 〜 5.0 モル% MnO2 0.5 〜 3.0 モル% のものを用いる。 【効果】 高温での機械的強度に優れ、誘電率の温度係
数が小さく、tanδの小さいレドーム用誘電導磁器組
成物を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレドームの材料として用
いられる誘電体磁器組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】レドームはロケット等の飛翔体の先端に
設置されているアンテナを保護するキャップの役割をす
るものである。この誘電体材料に要求される特性として
は、先端が空気との摩擦熱により加熱され、約200 ℃の
高温になることから、機械的強度を有し、かつ、電気的
特性が良好である必要がある。
【0003】誘電体材料の特性として重要なものに、高
周波での誘電損失、誘電率、誘電率の温度係数がある。
誘電損失は一般にはtanδをパラメータとして示され
る。誘電体としては、上記誘電損失、誘電率の温度係数
のいずれも、できるだけ小さくすることが望まれてお
り、また、上記誘電率は、誘電体の用途によって種々の
ものが要求される。
【0004】これらの特性をレドーム用誘電体について
みると、誘電損失tanδは少なくとも3×10-4(0.3
%)以下、誘電率の温度係数は -60〜+60ppm/℃の範囲内
にあることが望まれる。また、誘電率は、小さすぎる
と、レドームのキャップの厚みを大きくしなければなら
ず、アンテナの収容スペースに支障をきたし、また、大
き過ぎるとキャップの厚みを薄くしなければならず、機
械的強度に問題が生ずるため、8〜14前後のものが要求
される。さらに、機械的強度としては少なくとも10kgf
/mm2 以上、好ましくは15〜20kgf /mm2 以上が望まれ
る。
【0005】比誘電率が10前後の材料としては、アルミ
ナが従来から知られている。しかしながら、アルミナで
誘電損失を小さくするためには、99.5%以上の高純度に
する必要があり、しかも、この場合には焼結に必要な温
度が1700℃以上となり、通常の電気炉では焼結困難であ
った。また、このような純度の高いアルミナは、たとえ
焼結できたとしても、誘電率の温度係数が+120〜+140pp
m /℃と大きくなる問題点があった。
【0006】また、従来、アルミナの焼結の困難さを取
り除くために、他の酸化物を添加する試みがなされてい
るが、焼結温度の低下はあっても、誘電損失の増大や誘
電率温度係数の増大などの問題点があった。特に、アル
ミナを主体とした磁器組成物でTiを構成元素として含
まないものは、誘電率の温度係数を±60ppm /℃以内と
することが困難であった。
【0007】誘電損失を小さくするために、アルミナを
主体としたAl2 3 −MgO−TiO2 −CaO系
(特開昭53-149696)や、Al2 3 −CaO−TiO2
系(特開昭60-176967)、Al2 3 −CaTiO3
(特開昭61-32306) 、Al2 3 −CaTiO3 −Mg
O系(特開昭61-77208) 、Al2 3 −CaO−TiO
2 −SiO2 系(特開昭61-179009)、Al2 3 −Sn
2 −TiO2系(特開昭62-119157)、等が知られてい
る。
【0008】しかしながら、これらの誘電体磁器組成物
には、レドーム用誘電体として必要な機械的強度が開示
されておらず、また、誘電率の温度係数も記載されてい
ないものもあって、レドーム用の誘電体磁器組成物とし
て使用可能かどうかは不明であった。さらに、元素とし
てTiを含む組成物は、出発原料をTiO2 として添加
・焼成した場合、高温(特に150 ℃以上)で誘電損失が
増大するという欠点がある。TiO2 のかわりに、Sr
TiO3 もしくはCaTiO3 の形で、Al2 3 に添
加した組成物については、G.S.Perry らにより、Al2
3 −SrTiO3 系もしくはAl2 3 −CaTiO
3 系について、誘電率、誘電損失(tanδ)およびそ
れらの温度係数が報告されている。(Proceedings of th
e Conference on Dielectric Materials,Measurements,
and Applications,pp.63- 66,1970 およびJ.Amer.Cera
m.Soc.vol.52,No.6,p.348,1969)しかしながら、機械的
強度について述べられておらず、また、焼成温度も1650
℃と高いため、問題であった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を考慮し、高温での機械的強度に優れ、誘電率の温度係
数が小さく、高周波での誘電損失(tanδ)の小さい
レドーム用に適した誘電体磁器組成物を提供することを
目的とする。 [発明の構成]
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らが鋭
意研究を進めた結果、Al2 3 −CaTiO3 −Mg
O−SiO2 −MnO2 系,Al2 3 −SrTiO3
−MgO−SiO2 −MnO2 系の特定組成範囲で上記
課題を解決できることが見出された。すなわち本発明
は、(1) Al2 3 ,CaTiO3 ,MgO,SiO
2 及びMnO2 を夫々A,B,C,D,及びEモル%と
したとき、 82.0 ≦ A ≦ 88.0 6.0 ≦ B ≦ 9.0 0.5 ≦ C ≦ 3.0 2.0 ≦ D ≦ 5.0 0.5 ≦ E ≦ 3.0 (ただしA+B+C+D+E=100) の条件を満たすことを特徴とするレドーム用誘電体磁器
組成物。及び(2) Al2 3 ,SrTiO3 ,Mg
O,SiO2 及びMnO2 を夫々A′,B′,C′,
D′及びE′モル%としたとき、 76.0 ≦ A′ ≦ 84.0 11.0 ≦ B′ ≦ 16.0 0.5 ≦ C′ ≦ 4.0 1.5 ≦ D′ ≦ 5.0 0.5 ≦ E′ ≦ 3.0 (ただしA+B+C+D+E=100) の条件を満たすことを特徴とするレドーム用誘電体磁器
組成物である。
【0011】第1の成分Al2 3 と第2の成分SrT
iO3 またはCaTiO3 は、誘電率の温度係数を±60
ppm /℃以内に押え、かつ、誘電率を8〜14の範囲に保
持する。AとBまたはA′とB′が上記の値をはずれて
しまうと、誘電率の温度係数が-60ppm/℃〜±60ppm /
℃の範囲外になってしまい、好ましくない。第3の成分
MgOと第5の成分MnO2 は誘電損失を低減し、機械
的強度を大きくする働きを持つ、ただし、少ないとこの
効果がなく、多過ぎると誘電率を大きくしてしまうの
で、上記の範囲内にとどめることが必要である。第4の
成分SiO2 は、焼成温度の低下に寄与する。上記の範
囲より少ないとこの効果がなく、また多すぎると機械的
強度が低下してしまうので好ましくない。第3の成分か
ら第5の成分、すなわち、MgO,SiO2 ,MnO2
は、本発明においては必須成分であり、いずれが欠けて
も本発明の目的を達成することはできない。また、第2
成分のSrTiO3 またはCaTiO3 は、SrOとT
iO2 もしくはCaOとTiO2 として添加することは
可能であるが、予め混合仮焼してSrTiO3 ,CaT
iO3 としてから他の成分と混合することが好ましい。
そうしないと、6Al2 3 ・SrOなる中間生成分が
でて、これが特性、特に高温での誘電損失の増大を招い
てしまう恐れがある。よって、A,B,C,D,E及び
A′,B′,C′,D′,E′上記範囲内に限定され
る。なお、本発明において、より好ましい組成範囲は、 83.0 ≦ A ≦ 87.0 6.5 ≦ B ≦ 8.5 0.9 ≦ C ≦ 3.0 2.1 ≦ D ≦ 4.4 1.0 ≦ E ≦ 2.9 及び 77.0 ≦ A′ ≦ 83.0 12.0 ≦ B′ ≦ 14.5 0.9 ≦ C′ ≦ 3.5 2.0 ≦ D′ ≦ 4.5 1.0 ≦ E′ ≦ 2.9 の範囲である。本発明に係るレドーム用誘電体磁器組成
物は、通常のセラミックの手法により製造することが可
能である。
【0012】出発原料は、酸化物、炭酸化物、水酸化物
等いずれを用いてもよい。その場合には、酸化物に換算
したモル比を用いるものとする。すなわち、MgOおよ
びMnO2 は、各々MgCO3 、MnCO3 を出発原料
として用いてもよい。また、出発原料の粉末の粒径は0.
2 μmから3μmの範囲内に入っていることが好まし
い。あまり細かすぎると成形時の作業性が悪くなり、均
一な焼結体が得られない場合がある。また、あまり粗過
ぎると、焼結性が低下し、機械的強度が低下する。仮焼
は、十分混合した後、1000〜1100℃で行なうことが望ま
しい。また、本発明の磁器組成物の焼成は1450〜1550℃
と比較的低温で行なうことができる。本発明の磁器組成
物には、特性を低下させない範囲内での添加物、不純物
の含有は許容される。しかしながら、その量は多くても
0.1wt %程度である。
【0013】
【実施例】純度99.99 %の高純度アルミナ(住友化学工
業AKP−20C)、試薬級のCaTiO3 ,MgCO
3 ,SiO2 ,MnCO3 を秤量し、脱イオン水を加え
てボールミル混合し、乾燥の後、1000℃で仮焼した。そ
の後、再びボールミルにて粉粋し、乾燥して、ポリビニ
ルアルコールを結合剤として加え、造粒し形成した。こ
の後、成形体を1450〜1550℃で焼成し、所定の形状に加
工した。誘電率および誘電損失、誘電率の温度係数を測
定するために、直径30mm,厚さ0.2mm の円板を加工し、
両主面に銀蒸着にて電極を付け、ディジタルLCRメー
ターを用い、100kHz,1Vrmsにて容量と誘電損失(ta
nδ)を、温度を変えて測定した。誘電率は容量と試料
の形状から求めた。また、4×3×15mmの棒状試料を用
いて熱膨張係数を測定した。誘電率の温度係数は、容量
の温度係数から熱膨張係数をひいて計算で求めた。機械
的強度はJIS-R1601-1981に従って、4×3×40mmの試料
を作成し、200 ℃の気中で測定した。この結果を第1表
に示す。また、比較例として、第1成分と第2成分が上
記範囲をはずれた場合の例を比較例1−1,および1−
2に示す。さらに、第2成分のCaTiO3 の代わり
に、CaO,TiO2 を等モルで用いた場合を比較例1
−3に示す。さらに、第3成分〜第5成分が上記範囲を
はずれた場合の例を比較例1−4〜1−6に示す。同様
にSrTiO3 の場合の第2表に示す。比較例2−3は
SiO,TiO2で添加した場合である。第1表及び第
2表から本発明実施例の方が優れていることがわかる。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の誘電体磁
器組成物は、高温でも機械的強度が高く、誘電損失(t
agδ)が小さく、さらに、誘電率の温度係数も小さい
ため、レドーム用として好適である。
フロントページの続き (72)発明者 門馬 旬 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 市森 栄吉 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al2 3 ,CaTiO3 ,MgO,S
    iO2 及びMnO2 を夫々A,B,C,D及びEモル%
    としたとき、 82.0 ≦ A ≦ 88.0 6.0 ≦ B ≦ 9.0 0.5 ≦ C ≦ 3.0 2.0 ≦ D ≦ 5.0 0.5 ≦ E ≦ 3.0 (ただしA+B+C+D+E=100) の条件を満たすことを特徴とするレドーム用誘電体磁器
    組成物。
  2. 【請求項2】 Al2 3 ,SrTiO3 ,MgO,S
    iO2 及びMnO2 を夫々A′,B′,C′,D′及び
    E′モル%としたとき、 76.0 ≦ A′ ≦ 84.0 11.0 ≦ B′ ≦ 16.0 0.5 ≦ C′ ≦ 4.0 1.5 ≦ D′ ≦ 5.0 0.5 ≦ E′ ≦ 3.0 (ただしA+B+C+D+E=100) の条件を満たすことを特徴とするレドーム用誘電体磁器
    組成物。
JP2400093A 1990-12-01 1990-12-01 レドーム用誘電体磁器組成物 Pending JPH0648823A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10246375B2 (en) * 2016-03-30 2019-04-02 Skyworks Solutions, Inc. Multi-phase high thermal conductivity composite dielectric materials
CN116621565A (zh) * 2023-04-13 2023-08-22 广东省先进陶瓷材料科技有限公司 一种陶瓷组合物、陶瓷基板及其制备方法和应用
US12512232B2 (en) 2020-12-29 2025-12-30 Skyworks Solutions, Inc. Low loss tangent dielectric based on spinel-structured oxide

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