JP2003238243A - 誘電体磁器組成物及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉛(Ｐｂ)を含有せずに、高周波帯域で優れた
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。 【解決手段】 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
したものである。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
ることが好ましい。これにより、比誘電率εｒ＝８０〜
１３０，Ｑ＝１００〜３００(周波数＝４.５〜５.８Ｇ
Ｈｚ)の特性を有する緻密な誘電体磁器組成物を８９０
〜９２０℃の範囲で加熱焼成できる。本誘電体磁器組成
物は、有害な鉛(Ｐｂ)を含んでいない。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、１３
００〜１４００℃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 ＣａＴｉ
Ｏ_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-ｂＢ
ａＯ-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＝１
００〜３００（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８９０〜９２
０℃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０.９
５（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ＣａＴｉ
Ｏ_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Ｇｅ
Ｏ_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１０００
kgf／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（ε
ｒ＝１３０．１）を有し、試料３が最低値（εｒ＝８
０.６）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＝４.５３
ＧＨｚ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_２
Ｏ_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≧１
８００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（Ａ
ｇ）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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G031 AA04 AA06 AA11 AA27 AA28 AA35 BA09 CA01 GA06 GA09 GA11 5G303 AB06 AB08 AB10 AB15 AB20 BA12 CA03 CB02 CB03 CB05 CB06 CB35 CB42 CD01 DA04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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_２
   Ｏ_３ をｙ重量部（１,０≦ｙ≦１５.０）を混合して加
   熱焼成することを特徴とする誘電体磁器組成物。
2. 【請求項２】 前記ガラスは、組成式＝ａＧｅＯ_２-ｂ
   ＢａＯ-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する請求項１記載の誘電体
   磁器組成物。
3. 【請求項３】 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請求項１記載の誘電体磁
   器組成物。
4. 【請求項４】 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粉末に対してガラス粉末とＢ_２Ｏ_３粉末を
   秤量して、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。
5. 【請求項５】 前記ＣａＴｉＯ_３粉末は、出発原料にＣ
   ａＣＯ_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４に
   記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
6. 【請求項６】 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適当な粒径の粉末として得ら
   れることを特徴とする請求項４に記載の誘電体磁器組成
   物の製造方法。