JPS61107609A - 高周波用誘電体磁器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高周波用誘電体磁器の製法に関し、特に無負
荷Ｑが高い低損失の高周波用誘電体磁器の製法に関する
。

〔従来技術〕

一般に、マイクロ波やミリ波などの高周波領域の信号回
路に使用される誘電体共振器や誘電体基板には、高い無
負荷Ｑを有する誘電体磁器を用いることが望まれる。と
ころで、近年、通信に使用される周波数の高周波化がと
みに進み、ＳＨＦ帯を用いた衛星放送も実用化の段階に
入りつつあるため、一層高い無負荷Ｑを有する低損失誘
電体磁器の開発が強く求められている。

従来、高周波用の低損失誘電体磁器として用し１られて
いるものの無負荷Ｑは、３，０００〜７，０００程度で
あり、ようやく近年になって１０，０００以上のものが
製造されるようになった。

ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系誘電体磁器においては、
従来知られている、特に他の添加物を含まないＢａＱ−
ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系磁器は無負荷Ｑが４，０００程度
と低い（特開昭５３−６０５４４号公報）。さらに別の
添加元素を配合したＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系磁器
でも、無負荷Ｑは、例えば特開昭５４−７７０００号公
報に開示の３ＢａＯ・ｘＭｇＯ・（１−ｘ）Ｚｎ０４ａ
２Ｏ５の組成の磁器が４３６０、特開昭５４−７１４０
０号公報に開示の３ＢａＯ・ｘＭｇＯ（１−ｙ）Ｎｂ２
Ｏ５・ｙＴａ２Ｏ５の組成の磁器が４０９０と低くて、
これらの磁器はＳＨＦ帯通信用材料としては適当でない
。

ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系磁器の無負荷Ｑを高める
ために、Ｂａ（Ｍｇ１／ｚＴａ２／＋）Ｏｉを主成分と
するペロブスカイト構造酸化物に少量のＭｎを添加して
焼結する方法が提案されている（特開昭５８−２Ｏ６０
０３号公報）。

この方法によれば確かに無負荷Ｑが１０，０００以上の
誘電体磁器が得られるが、　Ｍｎのような異種元素を添
加することは、製造工程の複雑化を招く上に、添加工程
において不要なさらには磁器特性に悪影響を及ぼす不純
物が混入する恐れを伴なう。さらに、製品の品質管理上
、添加量の制御や添加物の均一分布などに特別の注意が
必要となる不利があり、量産に適しない方法である。

さて、上述のＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系誘電体磁器
の製造はいずれも通常の焼成方法、すなわち所定の組成
を有する加圧成形物をおよそ１　、０００〜１　、５０
０℃の温度で焼成する方法により行われ、その場合焼成
温度までの昇温過程は特に重要とはされず、急速な加熱
により磁晶損するのを恐れて、炉内に加圧成形体を入れ
炉の温度を室温から所望温度まで徐々に上げるため、大
体２〜２Ｏ″Ｃ／分の昇温速度で加熱が行われるのが普
通であった。この従来の焼成方法自体、昇温過程に数時
間という長い時間を必要とし、生産能率向上の妨げとな
るという欠点を有するものであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、従来の製法によるとＭｎのような添加元
素を配合しない限り高い無負荷Ｑを有するＢａＯ−Ｍｇ
Ｏ−Ｔａ２Ｏ５系誘電体磁器を得ることは困鑑であり、
一方Ｍｎのような添加元素を使用する方法には製造工程
の複雑化を初めとする種々の欠点が伴なった。また、従
来の焼成法には、昇温過程が長時間要し不能率で生産性
を低下させているという問題が存在した。

そこで、本発明の目的は、他のいずれの添加元素を配合
することなく、高い無負荷Ｑを有する高周波用低損失の
ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系誘電体磁器の製法であっ
て、生産能率が高くかつ品質管理の容易な製法を提供す
ることにある。

本発明者らは、焼成過程の研究の結果１次に示す方法に
より上記目的を達成し得ることを見出した。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、一般式：ｘＢａＯ−ｙＭｇＯ・ｚＴａ２Ｏ．
で表わされ、ただし、Ｑ　、　！ｉ　Ｓ　ｘ≦０．７．
０．１５≦ｙ≦０．２５．０．１５≦ｚ≦０．２５で、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝＝１である組成をする加圧成形物を、ｉ　
、　ｓｏｏ〜１　、７００℃の温度まで１００〜１　、
６００℃／分の昇温速度で加熱し、次いで該温度に３０
分以上保持することからなる高周波用誘電体磁器の製造
方法を提供する。

本発明の方法に用いられる加圧成形物は、常法にしたが
って、所要組成のＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５磁器が得
られるような割合で、例えば、炭酸バリウム、酸化マグ
ネシウムおよび五酸化二タンタルを配合し、仮焼により
すべて酸化物に転化したものを加圧成形したものである
。加圧成形方法には特に制限はないが、等方圧加圧によ
る方法が好ましい６また、加圧成形の圧力は特に限定は
しないが１．０００ｋｇ／ｃｎｆ以上が好ましい。

前記加圧成形物の組成は前記一般式で表わされ、ｘ、ｙ
および２は前記に定義のとおりでなければならず、ｘ−
ｙおよび２のいずれか１つでも前記の範囲内にない場合
には、得られる磁器は、緻密でなく、機械的強度が低く
かつ無負荷Ｑも低い。

ｘ、ｙおよび２は、好ましくは、それぞれ０．５６≦ｘ
≦０．６４．０．１８≦ｙ≦０．２２および０．１８≦
ｚ≦０．２２の範囲である。

本発明の方法における昇温速度は、１００°〜１　、６
００℃、好ましくは２Ｏ七〜１　、６００℃、であるこ
とが必要である。昇温速度が１００℃未満では、焼結が
不十分であるために得られる磁器の無負荷Ｑが低く、ま
た１　、　６００℃を越えると磁器が割れてしまう。

また、本発明における焼成温度は１　、５００〜１　、
７００℃、好ましくは１　、５５０〜ｌ　、　６５０℃
の間でなければならない、この温度が１　、５００℃未
満であると焼結が不十分であるため、得られる磁器の機
械的強度が低く、無負荷Ｑも低い。焼成温度が１　、７
００℃を超えると、処理される磁器が、高温安定性が高
いために焼成工程に磁器の保持容器としてよく使用され
る白金製容器と反応して得られる磁器の特性が低下する
。

本発明の方法では被処理体を上記の焼成温度に３０分以
上保持する必要がある。焼成時間が３０分未満では、得
られる磁器は焼結が不十分で、櫓゛械的強度も無負荷Ｑ
も低くなることが多い。

本発明の方法は、窒素ガス、アルゴン等の不活性雰囲気
または空気、酸素ガス等の酸化性雰囲気において行うこ
とが好ましい。

本発明の特徴のひとつは前述のとおり、１００〜１　、
６００℃／分という大きな速度で急速昇温子ることであ
るが、これは種々の方法により実施することができる。

例えば、縦型炉の加熱された炉芯管内へ耐熱衝撃性を有
する白金製支持体（例、カゴ）を用いて上方から加圧成
形物を吊り下げ降ろす方法。

同じく炉芯管内へ白金製支持台に載せて下方から押し上
げ入れる方法、赤外線もしくはキセノンランプもしくは
太陽光線などを用いたイメージ炉により急速加熱する方
法等を挙げることができる。

最初に挙げた、加熱された炉心管内へ吊り下げ降す方法
が簡単で好適な方法である。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明の範囲をこれらに限定するものではない。

以下の実施例および比較例では、加圧成形体の加熱、焼
成を第１図に概略的に示す装置を用いて行った。第１図
において、炉芯管１は円筒状の抵抗加熱炉２の中央部に
配置されている。炉芯管１の蓋３は耐熱衝撃性のある白
金線４により吊るされ、該白金線４はケーブル５に接続
され、ケーブル５は駆動部６に導びかれ、ケーブル５の
他端にはバランサー７が取付けられている。蓋３の底部
には白金製カゴ８を吊す白金線９が取付けられている。

駆動部６には、速度可変のインジェクションモータ１ｏ
が備わっていて、ケーブル５．および白金線４，９を介
して白線製カゴ８の昇降速度を変えることができるよう
になっている。また、蓋３が下降して炉芯管１を閉じた
段階で白金製カゴ８は炉芯管の灼熱部で停止するように
なっている。なお、駆動部６の下方には遮熱アルミ板１
１が設けられ、炉の高温から保護されるようになってい
る。

この装置を用いて本発明の方法を実施する際には、炉芯
管１の灼熱部の温度を予め所望の焼成皿物 度に設定しておき、処理すべき加圧成献懺物入れた白金
製カゴ８を炉芯管上端からその灼熱部へと降下、挿入し
てゆく。加圧成形物の昇温速度は、白金製カゴ８の降下
速度をモータ１０により変えることにより制御すること
ができる。

実施例 原料として、それぞれ純度９９．９％である炭酸バリウ
ム、酸化バリウムおよび五−−タンタルの粉末を使用し
、まずこれら３種の物質を所定の割合で混合した。すな
わち、実施例１・〜１３の各実施例においては、得られ
る磁器の組成を表わす一般式ｘＢａＯ・ｙＭｇＯ−２Ｔ
ａ２Ｏ５におけるｘ、ｙおよび２がそれぞれ第１表に示
す数値となるように秤取しくＸ、ｙ、　ｚは、それぞれ
０．５≦ｘ≦０．７．０．１５≦ｙ≦０．２５゜０．１
５≦ｚ≦０．２５の範囲である）、表面を樹脂コートし
たボールを用いて、純水とともにポリエチレン製ポット
に入れ、１６時時間式混合した。この混合物をポットよ
り取出し、１２Ｏ℃で１２時間乾燥した後、７００ｋｇ
／ａ＃の圧力で加圧成形して塊とし、混合物中の炭酸塩
を酸化物とするた−めに、白金板上で空気中９００℃〜
１　、３００℃で２時間仮焼した。仮焼後、アルミナ乳
鉢で塊番粉砕し、４２メツシユの篩を通して粒度を整え
た。得られた粉末を圧力５００ｋｇ／　ｃｉで直径１０
＋ｉｍ、厚さ約５■の円板状に一次成形した後、圧力２
，０００Ｋｇ／ｃｎの等方圧で圧縮し成形体とした。こ
れを白金線で吊るされた白金層のカゴに入れ、前述の第
１図に示す装置の炉芯管の灼熱部へ上方から挿入した。

各実施例において、炉芯管の灼熱部は予め第１表に示す
ように１　、５００〜１，７００℃の範囲内の焼成温度
に保持されており、白金製カゴの降下速度を制御するこ
とにより成形体の昇温速度が各実施例について第１表に
示した１００〜１．６００℃／分の範囲内の値となるよ
うにした。成形体の温度が焼成温度に達した後３０分〜
４時間その温度で焼成を行った。なお、焼成中の雰囲気
は炉芯管の下部から酸素ガス、窒素ガスまたは空気を４
００ｃｃ（ＳＴＰ）／分の流量で送入して調製した。各
実施例における雰囲気は、実施例１〜１１が空気、実施
例１２が酸素、そして実施域１３が窒素であった・ 得られた磁器の比誘電率（ｆ）および無負荷Ｑ（Ｑｕ　
）を誘電体共振器法により１１ＧＨｚ付近の周波数にお
いて測定した。得られた結果を第１表に示す。

比較例 第１表に示すように、磁器の組成または焼成条件が本発
明の範囲からはずれる以外は実施例と同様にして比較例
１〜７の磁器を製造した。比較例１．２は磁器の組成が
、比較例３，４は昇温速度が、比較例５，６は焼成温度
が、そして比較例７は焼成温度における保持時間がそれ
ぞれ本発明の範囲外にある場合である。なお、焼成雰囲
気はすべて空気であった。

得られた磁器の比誘電率および無負荷Ｑを実施例と同様
に測定した結果を第１表に示す、なお、比較例３では磁
器に割れが生じ、比較例５では焼成物が白金製カゴと反
応したため測定は行わなかった６ 〔効　果〕 実施例の結果から明らかなように、本発明により得られ
るＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ２Ｏ５系誘電体磁器は、　Ｍｎ
のような元素の添加を行わずに、高い無負荷Ｑを有し、
特に衛星通信等に好適な周波数１１ＧＨｚ附近において
比誘電率が約２３以上、無負荷Ｑが８　、０００以上と
高く高周波用低損失誘電体磁器として優れている。また
、本発明の製造方法は製造工程が簡単であり、しかも急
速昇温焼成に依っているため、昇温時間が従来数時間を
要していたところを数分間に短縮でき、焼成工程を極め
て簡便なものとし、かつ迅速化できる効果がある。この
ために本発明の製造方法は、添加物を要する方法と比し
て、工程の簡略、品質管理、能率向上等に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施するのに使用する焼成装
置例である。 １　・・・炉芯管　　　　　２・・・抵抗加熱炉４．９
・・・白金線　　　　　５・・・ケーブル６　・・・駆
動部　　　　　８・・・白金製カゴ第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、一般式：ｘＢａＯ・ｙＭｇＯ・ｚＴａ＿２Ｏ＿５で
   表わされ、ただし、０．５≦ｘ≦０．７、０．１５≦ｙ
   ≦０．２５、０．１５≦ｚ≦０．２５で、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
   １である組成をする加圧成形物を、１５００〜１７００
   ℃の温度まで１００〜１６００℃／分の昇温速度で加熱
   し、次いで該温度に３０分以上保持することからなる高
   周波用誘電体磁器の製造方法。