JP6195110B2 - Oxide ceramics and ceramic electronic parts - Google Patents
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Description
本発明は、酸化物セラミックス、及びセラミック電子部品に関し、より詳しくは電気磁気効果を示す強磁性誘電体材料で形成された酸化物セラミックス、及びこの酸化物セラミックスを使用した可変インダクタ等のセラミック電子部品に関する。 The present invention relates to oxide ceramics and ceramic electronic components, and more particularly, oxide ceramics formed of a ferromagnetic dielectric material exhibiting an electromagnetic effect, and ceramic electronic components such as variable inductors using the oxide ceramics. About.
近年、強磁性と強誘電性とが共存して複合的な作用を奏する強磁性誘電体材料(マルチフェロイックス(Multiferroics))が注目され、盛んに研究・開発されている。 In recent years, ferromagnetic dielectric materials (multiferroics) in which ferromagnetism and ferroelectricity coexist and exhibit a combined action have attracted attention and are actively researched and developed.
この強磁性誘電体材料は、磁界を作用させると螺旋型の磁気秩序を誘起させて電気分極が生じたり、電気分極や誘電率が変化し、電界を作用させると磁化が生じたり、磁化が変化するいわゆる電気磁気効果を示すことが知られている。 This ferromagnetic dielectric material induces a helical magnetic order when a magnetic field is applied to cause electrical polarization, changes in electrical polarization and dielectric constant, and magnetization occurs or changes in magnetization when an electric field is applied. It is known to exhibit a so-called electromagnetic effect.
強磁性誘電体材料は、上述した電気磁気効果により、電界による磁化の変化や磁界による電気分極の変化を生じさせることができることから、磁化と電気分極の双方を利用した新規かつ有用なインダクタやアクチュエータ、発電素子等の各種セラミック電子部品の実現が期待されている。 Since the ferromagnetic dielectric material can cause a change in magnetization due to an electric field or a change in electric polarization due to a magnetic field due to the above-described electromagnetic effect, a novel and useful inductor or actuator that utilizes both magnetization and electric polarization. Realization of various ceramic electronic parts such as power generation elements is expected.
そして、特許文献1には、一般式(Sr1-αBaα)3(Co1-βBβ)2Fe24O41+δ(但し、式中、Bは、Ni、Zn、Mn、Mg及びCuからなる群から選ばれる一種以上の元素であり、α、β、δは、それぞれ、0≦α≦0.3、0≦β≦0.3、−1≦δ≦1である。)で示される酸化物セラミックスを主要成分として構成され、250〜350Kの温度範囲かつ0.05T(テスラ)以下の磁場範囲において、電気磁気効果を有する電気磁気効果材料が提案されている。
この特許文献1では、上記一般式で示される六方晶Z型結晶構造を有する強磁性誘電体材料を使用することにより、室温付近かつ0.05T以下の弱磁場でも絶縁性が良好で、所望の電気磁気効果を有する強磁性誘電体材料を得ようとしている。
In this
しかしながら、特許文献1に記載された強磁性誘電体材料は、室温(25℃)で比較的高い電気分極を得ることができることから良好な電気磁気効果を得ることができ、また、絶縁性能も比較的良好であるが、上記強磁性誘電体材料を可変インダクタ等のセラミック電子部品に使用した場合、透磁率の温度特性に劣り、雰囲気温度の変化によって透磁率が大きく変動するため、コイルのインダクタンスが雰囲気温度によって大きく変動するという問題があった。
However, since the ferromagnetic dielectric material described in
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、絶縁性能や電気分極等の強磁性誘電体特性を損なうことなく、透磁率の温度特性を向上させることができる酸化物セラミックス、及びこの酸化物セラミックスを使用したセラミック電子部品を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and oxide ceramics that can improve the temperature characteristics of magnetic permeability without impairing ferromagnetic dielectric properties such as insulation performance and electric polarization, and the An object of the present invention is to provide a ceramic electronic component using oxide ceramics.
本発明者らは、強磁性誘電体材料として有望視されているSr3Co2Fe24O41系化合物について、鋭意研究を行なったところ、酸化物セラミックス中に、Si及びMgを所定量含有させることにより、絶縁性能や電気分極等の強磁性誘電体特性を損なうことなく、透磁率の温度特性を向上させることができるという知見を得た。 As a result of intensive research on the Sr 3 Co 2 Fe 24 O 41- based compound that is considered promising as a ferromagnetic dielectric material, the present inventors include predetermined amounts of Si and Mg in the oxide ceramics. As a result, it has been found that the temperature characteristics of the magnetic permeability can be improved without impairing the ferromagnetic dielectric characteristics such as the insulation performance and the electric polarization.
また、Sr3Co2Fe24O41系化合物は、典型的には六方晶Z型結晶構造を有するが、六方晶系よりも対称性の低い晶系であっても、主成分中に少なくともSr、Co、及びFeを含有したフェライト化合物であれば、所定量のSi及びMgを含有させることにより、同様の効果が得られることが分かった。 In addition, the Sr 3 Co 2 Fe 24 O 41- based compound typically has a hexagonal Z-type crystal structure, but even if it is a crystal system having lower symmetry than the hexagonal system, at least Sr in the main component. It was found that the same effect can be obtained by adding a predetermined amount of Si and Mg in the case of a ferrite compound containing Co, Co, and Fe.
本発明はこれらの知見に基づきなされたものであって、本発明に係る酸化物セラミックスは、主成分が、少なくともSr、Co、及びFeを含有したフェライト化合物で形成され、Siが、前記主成分に対し、モル比xに換算して0.01〜0.2の範囲で含有されると共に、Mgが、前記Feの一部を置換した形態で含有され、かつ、前記主成分中の前記Mgの含有量は、モル比yに換算して0.03〜0.3であることを特徴としている。 The present invention has been made based on these findings, and the oxide ceramic according to the present invention has a main component formed of a ferrite compound containing at least Sr, Co, and Fe, and Si is the main component. In contrast, it is contained in a range of 0.01 to 0.2 in terms of a molar ratio x, and Mg is contained in a form in which a part of the Fe is substituted, and the Mg in the main component The content of is characterized by being 0.03 to 0.3 in terms of a molar ratio y.
また、本発明の酸化物セラミックスは、一般式[Sr3Co2Fe24-yMgyO41−xSiO2](ただし、0.01≦x≦0.2、0.03≦y≦0.3)で表されるのが好ましい。 Further, the oxide ceramic of the present invention has a general formula [Sr 3 Co 2 Fe 24-y Mg y O 41 —xSiO 2 ] (where 0.01 ≦ x ≦ 0.2, 0.03 ≦ y ≦ 0. It is preferable to be represented by 3).
また、本発明の酸化物セラミックスは、前記Srの一部がBaで置換されているのも好ましい。 In the oxide ceramic of the present invention, it is also preferable that a part of the Sr is substituted with Ba.
また、本発明に係るセラミック電子部品は、部品素体の表面に外部電極が形成されたセラミック電子部品であって、前記部品素体が、上記酸化物セラミックスで形成されていることを特徴としている。 The ceramic electronic component according to the present invention is a ceramic electronic component in which an external electrode is formed on a surface of a component element body, wherein the component element body is formed of the oxide ceramic. .
また、本発明のセラミック電子部品は、コイルが、前記部品素体の透磁率に応じたインダクタンスを有するように配されているのが好ましい。 In the ceramic electronic component of the present invention, it is preferable that the coil is arranged so as to have an inductance corresponding to the magnetic permeability of the component element body.
これにより強磁性誘電特性を活用した可変インダクタ等の各種セラミック電子部品を容易に得ることができる。 As a result, various ceramic electronic components such as variable inductors utilizing ferromagnetic dielectric properties can be easily obtained.
さらに、本発明のセラミック電子部品は、内部電極が、前記部品素体に埋設されているのも好ましい。 Furthermore, in the ceramic electronic component of the present invention, it is preferable that the internal electrode is embedded in the component element body.
本発明の酸化物セラミックスによれば、主成分が、少なくともSr、Co、及びFeを含有したフェライト化合物で形成され、Siが、前記主成分に対し、モル比xに換算して0.01〜0.2の範囲で含有されると共に、Mgが、前記Feの一部を置換した形態で含有され、かつ、前記主成分中の前記Mgの含有量は、モル比yに換算して0.03〜0.3であるので、絶縁性能や電気分極等の強磁性誘電体特性を損なうことなく、透磁率の温度特性を向上させることができる。 According to the oxide ceramics of the present invention, the main component is formed of a ferrite compound containing at least Sr, Co, and Fe, and Si is converted to a molar ratio x of 0.01 to 0.01 to the main component. It is contained in the range of 0.2, Mg is contained in a form in which a part of the Fe is substituted, and the content of Mg in the main component is 0.00 in terms of a molar ratio y. Since it is 03-0.3, the temperature characteristic of a magnetic permeability can be improved, without impairing ferromagnetic dielectric characteristics, such as insulation performance and an electric polarization.
また、本発明のセラミック電子部品によれば、部品素体の表面に外部電極が形成されたセラミック電子部品であって、前記部品素体が、上記いずれかに記載の酸化物セラミックスで形成されるので、絶縁性能や電気分極等の強磁性誘電体特性を損なうことなく、透磁率の温度特性を向上させることができる可変インダクタ等のセラミック電子部品を得ることができる。 Moreover, according to the ceramic electronic component of the present invention, a ceramic electronic component in which external electrodes are formed on the surface of the component element body, wherein the component element body is formed of any of the oxide ceramics described above. Therefore, it is possible to obtain a ceramic electronic component such as a variable inductor capable of improving the temperature characteristic of the magnetic permeability without impairing the ferromagnetic dielectric characteristics such as the insulation performance and the electric polarization.
次に、本発明の実施の形態を詳説する。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail.
本発明の一実施の形態としての酸化物セラミックスは、主成分が、Sr、Co、及びFeを含有したフェライト化合物で形成され、Siが、前記主成分に対し、モル比xに換算して0.01〜0.2の範囲で含有されると共に、Mgが、前記Feの一部を置換した形態で含有され、かつ、前記主成分中の前記Mgの含有量は、モル比yに換算して0.03〜0.3とされている。 The oxide ceramic according to one embodiment of the present invention is formed of a ferrite compound containing Sr, Co, and Fe as a main component, and Si is converted to a molar ratio x of 0 with respect to the main component. 0.01 to 0.2, Mg is contained in a form in which a part of the Fe is substituted, and the content of Mg in the main component is converted into a molar ratio y. 0.03-0.3.
具体的には、本発明の酸化物セラミックスは、六方晶Z型結晶構造を有するSr3Co2Fe24O41((SrO)3(CoO)2(Fe2O3)12)系化合物を主成分とし、下記一般式(A)で表すことができる。 Specifically, the oxide ceramic of the present invention is mainly composed of a Sr 3 Co 2 Fe 24 O 41 ((SrO) 3 (CoO) 2 (Fe 2 O 3 ) 12 ) -based compound having a hexagonal Z-type crystal structure. As a component, it can be represented by the following general formula (A).
Sr3Co2Fe24-yMgyO41−xSiO2…(A)
ここで、xは、Sr3Co2Fe24-yMgyO41に対するSiO2のモル比を示し、x及びyは、数式(1)、(2)を満足している。
Sr 3 Co 2 Fe 24-y Mg y O 41 -xSiO 2 ... (A)
Here, x represents the molar ratio of SiO 2 to Sr 3 Co 2 Fe 24-y Mg y O 41 , and x and y satisfy the formulas (1) and (2).
0.01≦x≦0.2…(1)
0.03≦y≦0.3…(2)
このように本酸化物セラミックスは、一般式(A)が数式(1)、(2)を満足することにより、絶縁性能や強磁性誘電特性を損なうことなく、透磁率の温度特性が良好な酸化物セラミックスを得ることが可能となる。
0.01 ≦ x ≦ 0.2 (1)
0.03 ≦ y ≦ 0.3 (2)
As described above, the present oxide ceramics is an oxide having a good temperature characteristic of magnetic permeability without impairing the insulating performance and the ferromagnetic dielectric characteristics when the general formula (A) satisfies the formulas (1) and (2). It becomes possible to obtain ceramics.
六方晶Z型結晶構造は、非特許文献1に詳細が記載されているように、Rブロック、Sブロック、Tブロックの3つの異なるブロックがR−S−T−S−R*−S*−T*−S*の順序で積層された複雑な結晶構造を有している。尚、*はc軸に対し180°回転したブロックを示す。例えば、Sr3Co2Fe24O41の場合、各ブロックを化学式で定義すると、Rブロックは[SrFe6O11]2-で構成され、SブロックはCo2 2+Fe4O8で構成され、TブロックはSr2Fe8O14で構成される。そして、Sr3Co2Fe24O41は、上記各ブロックがR−S−T−S・・・・・の順序で積層された積層周期を有する多層構造とされている。
As described in detail in
この六方晶Z型結晶構造を有するSr3Co2Fe24O41系化合物は、強磁性と強誘電性とが同時に得られる強磁性誘電体材料として有望視されており、電気磁気効果により、磁界の印加により電気分極を生じさせることができ、電界の印加により磁化の変化を生じさせることができる。 The Sr 3 Co 2 Fe 24 O 41- based compound having this hexagonal Z-type crystal structure is considered promising as a ferromagnetic dielectric material that can simultaneously obtain ferromagnetism and ferroelectricity. The electric polarization can be generated by applying the magnetic field, and the change of magnetization can be generated by applying the electric field.
そして、特許文献1記載のSr3Co2Fe24O41系化合物は、室温で高い電気分極と良好な絶縁性能を有することから、磁化と電気分極の双方を利用した可変インダクタやその他のコイル素子等、各種セラミック電子部品への応用が期待されている。
Since the Sr 3 Co 2 Fe 24 O 41- based compound described in
しかしながら、〔発明が解決しようとする課題〕でも述べたように、特許文献1記載のSr3Co2Fe24O41系化合物を可変インダクタ等のセラミック電子部品に使用しようとした場合、透磁率の温度特性に劣り、雰囲気温度によって透磁率が大きく変動し、コイルのインダクタンスが大きく変動することから、十分な信頼性を得るのが困難である。
However, as described in [Problems to be Solved by the Invention], when the Sr 3 Co 2 Fe 24 O 41- based compound described in
そこで、本実施の形態では、一般式(A)が数式(1)、(2)を満足するように、酸化物セラミックス中にSi及ぶMgを含有させ、これにより絶縁性能や強磁性誘電特性を損なうことなく、透磁率の温度特性が良好な酸化物セラミックスを得るようにしている。 Therefore, in the present embodiment, Si and Mg are contained in the oxide ceramic so that the general formula (A) satisfies the formulas (1) and (2), thereby improving the insulating performance and the ferromagnetic dielectric characteristics. An oxide ceramic having good magnetic permeability temperature characteristics is obtained without loss.
このように透磁率の温度特性が向上したのは、以下の理由によるものと考えられる。 The reason why the temperature characteristic of the magnetic permeability is improved is considered to be as follows.
一般にSiO2に代表される4価のSiを含有したSi化合物を酸化物セラミックス中に添加すると、Siが結晶粒界に存在して焼結助剤としての作用を奏することが知られている。 In general, it is known that when a Si compound containing tetravalent Si typified by SiO 2 is added to oxide ceramics, Si exists at the grain boundary and acts as a sintering aid.
しかるに、本発明者らの研究結果により、Si化合物をSr3Co2Fe24O41系化合物に添加すると、比抵抗ρが低下して絶縁性能が劣化することが分かった。これは、4価のSiの大部分は結晶粒界に存在するものの、前記Siの一部は結晶粒界近傍で3価のFeを主成分とするFeサイトに固溶し、電荷バランスが崩れるためと推測される。 However, according to the research results of the present inventors, it has been found that when the Si compound is added to the Sr 3 Co 2 Fe 24 O 41- based compound, the specific resistance ρ decreases and the insulating performance deteriorates. This is because most of the tetravalent Si is present at the crystal grain boundaries, but a part of the Si is dissolved in the Fe site containing trivalent Fe as a main component in the vicinity of the crystal grain boundaries, and the charge balance is lost. It is presumed that.
そこで、本発明者らは、更に鋭意研究を重ねたところ、所定量のSiに加え、2価のMgを含有したMg化合物を所定量添加することにより、電荷バランスを補償でき、これにより電気磁気特性を損なうことなく、透磁率の温度特性を向上させることができることが分かった。すなわち、酸化物セラミックス中にSi化合物を添加すると、Siの一部がFeサイトに固溶し、電荷バランスが崩れるが、前記Mg化合物を添加することにより、2価のMgがFeの一部を置換する形態でFeサイトに固溶し、これにより電荷バランスが補償されて透磁率の温度特性が向上すると考えられる。 Therefore, the present inventors have made further studies, and by adding a predetermined amount of a Mg compound containing divalent Mg in addition to a predetermined amount of Si, it is possible to compensate for the charge balance. It was found that the temperature characteristics of the magnetic permeability can be improved without impairing the characteristics. That is, when a Si compound is added to the oxide ceramic, a part of Si dissolves in the Fe site and the charge balance is lost. However, by adding the Mg compound, divalent Mg becomes a part of Fe. It is considered that the substitutional solution forms a solid solution at the Fe site, thereby compensating the charge balance and improving the temperature characteristic of the magnetic permeability.
次に、主成分に対するSiのモル比x、及びMgのモル比yが、数式(1)、(2)を満足するようにした理由を説明する。 Next, the reason why the molar ratio x of Si to the main component and the molar ratio y of Mg satisfy Expressions (1) and (2) will be described.
(1)Siのモル比x
上述したようにMgと共にSiを含有させることにより、これらの相乗効果によって透磁率の温度特性を向上させることができるが、そのためには主成分に対するモル比xが、酸化物換算で少なくとも0.01以上は必要である。
(1) Si molar ratio x
As described above, by containing Si together with Mg, the temperature characteristic of the magnetic permeability can be improved by these synergistic effects. For this purpose, the molar ratio x to the main component is at least 0.01 in terms of oxide. The above is necessary.
しかしながら、前記モル比xが0.2を超えてSiを過剰に含有させると、Mgを含有させても比抵抗ρの低下が顕著となり、絶縁性能の劣化を招くおそれがある。 However, when the molar ratio x exceeds 0.2 and Si is excessively contained, even if Mg is contained, the specific resistance ρ is remarkably lowered, which may cause deterioration of the insulation performance.
すなわち、酸化物セラミックス中にMgを過剰に含有させると、電気磁気特性が劣化するおそれがあることから、Mgを含有させるとしても、上記(2)を満足するように所定範囲に制限する必要がある。 That is, if Mg is excessively contained in the oxide ceramics, there is a possibility that the electromagnetic characteristics may be deteriorated. Therefore, even if Mg is contained, it is necessary to limit it to a predetermined range so as to satisfy the above (2). is there.
しかるに、上記(2)を満足する範囲でMgを含有させた場合、前記モル比xが0.2を超えてSiを含有させると、Siの含有量が過剰となって電荷バランスを十分に補償することができず、このため比抵抗ρが低下し、絶縁性能の劣化を招くおそれがある。 However, when Mg is contained in a range that satisfies the above (2), if the molar ratio x exceeds 0.2 and Si is contained, the Si content becomes excessive and the charge balance is sufficiently compensated. For this reason, the specific resistance ρ is lowered, and there is a possibility that the insulation performance is deteriorated.
そこで、本実施の形態では、前記モル比xが酸化物換算で0.01〜0.2となるようにSiを含有させている。 Therefore, in the present embodiment, Si is contained so that the molar ratio x is 0.01 to 0.2 in terms of oxide.
(2)Mgのモル比y
上述したようにMgをFeの一部と置換させる形態で主成分中にMgを固溶させることにより、Siを含有させても電荷バランスを補償することができ、これにより透磁率の温度特性を向上させることができる。そしてそのためにはFeの一部と置換するMgのモル比yは、少なくとも0.03以上は必要である。
(2) Mg molar ratio y
As described above, Mg is solid-dissolved in the main component in a form in which Mg is replaced with a part of Fe, so that the charge balance can be compensated even if Si is contained. Can be improved. For this purpose, the molar ratio y of Mg replacing part of Fe is required to be at least 0.03 or more.
しかしながら、前記モル比yが0.3を超えると、電気分極Pが低下し、上述したように所望の電気磁気効果を得ることができなくなる。 However, when the molar ratio y exceeds 0.3, the electric polarization P decreases, and the desired electromagnetic effect cannot be obtained as described above.
そこで、本実施の形態では、前記モル比yが0.03〜0.3となるようにMgを含有させている。 Therefore, in the present embodiment, Mg is contained so that the molar ratio y is 0.03 to 0.3.
すなわち、上記一般式(A)において、Siのモル比x及びMgのモル比yが上記数式(1)、(2)を満足することにより、絶縁性能や電気磁気効果を損なうことなく、透磁率の温度特性を向上させることができる。 That is, in the above general formula (A), when the molar ratio x of Si and the molar ratio y of Mg satisfy the above mathematical expressions (1) and (2), the magnetic permeability can be obtained without impairing the insulating performance and the electromagnetic effect. The temperature characteristics can be improved.
具体的には、比抵抗ρが100MΩ・cm以上の良好な絶縁性能と電気分極Pが10μC/m2以上の良好な電気磁気効果を確保しつつ、+10〜+35℃の範囲内で温度変化が生じても、透磁率の変化率Δμを35%以下に抑制できる透磁率の温度特性が良好な酸化物セラミックスを得ることができる。 Specifically, the temperature change is within the range of +10 to + 35 ° C. while ensuring good insulation performance with a specific resistance ρ of 100 MΩ · cm or more and a good electromagnetic effect with an electric polarization P of 10 μC / m 2 or more. Even if it occurs, it is possible to obtain an oxide ceramic with good temperature characteristics of magnetic permeability that can suppress the change rate Δμ of magnetic permeability to 35% or less.
また、上記実施の形態では、Rブロック、Sブロック、Tブロックの積層周期を有する六方晶Z型構造のフェライト化合物について詳述したが、積層周期の周期構造が一部崩れ、結晶の対称性が六方晶系よりも低い晶系であってもよい。 In the above embodiment, the ferrite compound having a hexagonal Z-type structure having the lamination period of the R block, S block, and T block has been described in detail. However, the periodic structure of the lamination period is partially broken, and the crystal symmetry is reduced. A crystal system lower than the hexagonal system may be used.
また、結晶格子の所定原子位置に配位されたイオンが、前記所定原子位置から若干変位し、結晶の対称性が六方晶系よりも低い晶系であってもよい。例えば、六方晶Z型結晶構造では、結晶を構成するO2-、Co2+等のイオンは、結晶の対称性を記述する空間群がP63/mmcで定義される所定原子位置に配される。しかるに、本発明は、上記イオンが前記所定原子位置から移動して他の空間群で定義される原子位置に配され、結晶の対称性が六方晶系よりも低くなっているような結晶構造にも適用できる。 In addition, a crystal system in which ions coordinated at a predetermined atomic position of the crystal lattice are slightly displaced from the predetermined atomic position and the symmetry of the crystal is lower than that of the hexagonal system. For example, in a hexagonal Z-type crystal structure, ions such as O 2− and Co 2+ constituting the crystal are arranged at predetermined atomic positions where the space group describing the symmetry of the crystal is defined by P6 3 / mmc. The However, the present invention provides a crystal structure in which the ions move from the predetermined atomic position and are arranged at atomic positions defined by other space groups, and the symmetry of the crystal is lower than that of the hexagonal system. Is also applicable.
すなわち、本酸化物セラミックスは、少なくともSr、Co、Feを含有したフェライト化合物に上述した所定量のSi及びMgを含有させるのが重要であり、結晶の対称性が六方晶系よりも若干低い晶系であっても、本発明の所期の目的を達成することができる。 That is, in the present oxide ceramics, it is important that the ferrite compound containing at least Sr, Co, and Fe contains the above-mentioned predetermined amounts of Si and Mg, and the crystal symmetry is slightly lower than that of the hexagonal system. Even the system can achieve the intended purpose of the present invention.
次に、本酸化物セラミックスの製造方法について詳述する。 Next, the manufacturing method of this oxide ceramic is explained in full detail.
まず、セラミック素原料としてFe2O3等のFe化合物、SrCO3等のSr化合物、Co3O4等のCo化合物、MgCO3等のMg化合物、SiO2等のSi化合物を用意する。 First, as a ceramic raw material, an Fe compound such as Fe 2 O 3 , an Sr compound such as SrCO 3 , a Co compound such as Co 3 O 4 , an Mg compound such as MgCO 3 , and an Si compound such as SiO 2 are prepared.
そして、上記一般式(A)が数式(1)、(2)を満足するように、各セラミック素原料を秤量する。 And each ceramic raw material is weighed so that the said general formula (A) may satisfy | fill numerical formula (1), (2).
次に、これら秤量されたセラミック素原料を部分安定化ジルコニウム(以下、「PSZ」という。)ボール等の粉砕媒体、分散剤及び純水等の溶媒と共にポットミル等の粉砕機に投入し、十分に混合粉砕し、混合物を得る。 Next, these weighed ceramic raw materials are put into a pulverizer such as a pot mill together with a pulverizing medium such as partially stabilized zirconium (hereinafter referred to as “PSZ”) balls, a dispersant and a solvent such as pure water. Mix and grind to obtain a mixture.
次に、上記混合物を乾燥させ、整粒した後、1000〜1100℃の温度で大気雰囲気下、所定時間仮焼し、仮焼物を得る。 Next, after drying and sizing the mixture, the mixture is calcined at 1000 to 1100 ° C. in an air atmosphere for a predetermined time to obtain a calcined product.
次いで、この仮焼物を整粒した後、粉砕媒体、分散剤、及びエタノールやトルエン等の有機溶媒と共に、再度粉砕機に投入し、十分に混合粉砕を行い、その後、バインダ溶液を添加し、十分に混合し、これによりセラミックスラリーを得る。 Next, after sizing this calcined product, it is again put into a pulverizer together with a pulverizing medium, a dispersant, and an organic solvent such as ethanol and toluene, sufficiently mixed and pulverized, and then a binder solution is added sufficiently. To obtain a ceramic slurry.
尚、バインダ溶液は、特に限定されるものではなく、例えばポリビニルブチラール樹脂等の有機バインダをエタノールやトルエン等の有機溶媒に溶解させ、必要に応じて可塑剤等の添加物を添加したものを使用することができる。 The binder solution is not particularly limited. For example, an organic binder such as polyvinyl butyral resin is dissolved in an organic solvent such as ethanol or toluene, and an additive such as a plasticizer is added as necessary. can do.
次いで、このように形成されたセラミックスラリーをドクターブレード法等の成形加工法を使用してシート状に成形し、所定寸法に切断し、セラミックグリーンシートを得る。そして、このセラミックグリーンシートを所定枚数積層して圧着した後、所定寸法に切断し、セラミック成形体を得る。 Next, the ceramic slurry thus formed is formed into a sheet shape using a forming method such as a doctor blade method, and cut into a predetermined size to obtain a ceramic green sheet. Then, a predetermined number of the ceramic green sheets are laminated and pressure-bonded, and then cut into predetermined dimensions to obtain a ceramic molded body.
次に、このセラミック成形体を、大気雰囲気下、300〜500℃で脱バインダ処理し、その後1150〜1250℃で大気雰囲気下、焼成処理を行ない、これにより酸化物セラミックスが作製される。 Next, the ceramic molded body is subjected to binder removal treatment at 300 to 500 ° C. in an air atmosphere, and then subjected to a firing treatment at 1150 to 1250 ° C. in an air atmosphere, thereby producing an oxide ceramic.
このように本酸化物セラミックスによれば、主成分が、少なくともSr、Co、及びFeを含有したフェライト化合物で形成され、Siが、前記主成分に対し、モル比xに換算して0.01〜0.2の範囲で含有されると共に、Mgが、前記Feの一部を置換した形態で含有され、かつ、前記主成分中の前記Mgの含有量は、モル比yに換算して0.03〜0.3であるので、絶縁性能や電気分極等の強磁性誘電体特性を損なうことなく、透磁率の温度特性を向上させることができる。 Thus, according to the present oxide ceramics, the main component is formed of a ferrite compound containing at least Sr, Co, and Fe, and Si is 0.01% in terms of the molar ratio x with respect to the main component. Mg is contained in a form in which part of the Fe is substituted, and the content of Mg in the main component is 0 in terms of a molar ratio y. Since it is 0.03 to 0.3, the temperature characteristic of the magnetic permeability can be improved without impairing the ferromagnetic dielectric characteristics such as insulation performance and electric polarization.
次に、本酸化物セラミックスを使用したセラミック電子部品を詳述する。 Next, a ceramic electronic component using the present oxide ceramic will be described in detail.
図1は、本発明に係るセラミック電子部品としての可変インダクタの一実施の形態を示す正面図であり、図2は、その断面図である。 FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a variable inductor as a ceramic electronic component according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof.
この可変インダクタは、上記酸化物セラミックスで形成された部品素体1と、該部品素体1の両端部に形成された外部電極2a、2bとを有している。
The variable inductor includes a
また、この可変インダクタは、高周波信号が流れた際に部品素体1内を磁束が通過するようにコイルが配されている。具体的には、この実施の形態では、Cu等の導電性材料で形成されたコイル4が、外部電極2aと外部電極2bとを懸架するように巻回されている。
The variable inductor is provided with a coil so that magnetic flux passes through the
さらに、部品素体1には、内部電極3a〜3cが並列状に埋設されている。そして、これら内部電極3a〜3cのうち、内部電極3a、3cは一方の外部電極2aに電気的に接続され、内部電極3bは他方の外部電極2bに接続されている。このセラミック電子部品は、内部電極3aと内部電極3b、及び内部電極3bと内部電極3cとの間で静電容量の取得が可能とされている。
Furthermore,
尚、外部電極2a、2b及び内部電極3a〜3cを形成する電極材料としては、良導電性を有するものであれば、特に限定されるものではなく、Pd、Pt、Ag、Ni、Cu等各種金属材料を使用することができる。
In addition, as an electrode material which forms
このように構成された可変インダクタでは、部品素体1が、上述した強磁性誘電体からなる酸化物セラミックスで形成され、かつコイル4が外部電極2aと外部電極2bとを懸架するように巻回されているので、コイル4に高周波信号が入力されると、矢印A方向に生じた磁束が部品素体1内を通過し、コイルの巻き数や素子形状、及び部品素体1の透磁率に応じたインダクタンスが得られる。また、外部電極2a、2bに電界(電圧)が印加されると、電気磁気効果により磁化の変化(透磁率の変化)が生じ、コイルのインダクタンスLを変化させることが可能となる。そして、電界(電圧)を変化させることにより、インダクタンスLの変化率ΔLを制御することが可能となる。
In the variable inductor thus configured, the
そして、部品素体1が、上述した本発明の酸化物セラミックスで形成されているので、雰囲気温度が変化しても透磁率の変動が抑制できることから、絶縁性能や電気磁気効果を損なうこともなく、透磁率の温度特性が良好で信頼性に優れた可変インダクタを得ることができる。
And since the
上記可変インダクタは、以下のようにして製造することができる。 The variable inductor can be manufactured as follows.
まず、上記酸化物セラミックスの製造方法と同様の方法・手順で、セラミックグリーンシートを作製する。 First, a ceramic green sheet is produced by the same method and procedure as the above oxide ceramic production method.
次いで、Pd等の導電性材料を主成分とする内部電極用導電性ペーストを用意する。そして、内部電極用導電性ペーストをセラミックグリーンシートに塗布し、該セラミックグリーンシートの表面に所定パターンの導電層を形成する。 Next, a conductive paste for internal electrodes whose main component is a conductive material such as Pd is prepared. Then, a conductive paste for internal electrodes is applied to the ceramic green sheet, and a conductive layer having a predetermined pattern is formed on the surface of the ceramic green sheet.
この後、導電層の形成されたセラミックグリーンシートと導電膜の形成されていないセラミックグリーンシートとを所定順序で積層し、その後、所定寸法に切断し、セラミック成形体を得る。 Thereafter, the ceramic green sheet on which the conductive layer is formed and the ceramic green sheet on which the conductive film is not formed are laminated in a predetermined order, and then cut into predetermined dimensions to obtain a ceramic molded body.
次に、このセラミック成形体を、大気雰囲気下、300〜500℃で脱バインダ処理し、その後1150〜1250℃で大気雰囲気下、焼成処理を行ない、さらにその後酸素雰囲気中で熱処理を行い、部品素体1を作製する。
Next, the ceramic molded body is subjected to a binder removal treatment at 300 to 500 ° C. in an air atmosphere, followed by firing treatment at 1150 to 1250 ° C. in an air atmosphere, and then heat treatment in an oxygen atmosphere to obtain component parts. The
次いで、この部品素体1の両端部にAg等を主成分とする外部電極用導電性ペーストを塗布し、焼付処理を行い、その後、分極処理を行い、これにより可変インダクタが作製される。
Next, a conductive paste for external electrodes containing Ag or the like as a main component is applied to both ends of the
上記分極処理は、より大きな電気磁気効果を得る観点からは、磁場中で行うのが好ましく、以下では分極処理を磁場中で行う場合について述べる。 The polarization treatment is preferably performed in a magnetic field from the viewpoint of obtaining a larger electromagnetic effect, and the case where the polarization treatment is performed in a magnetic field will be described below.
まず、1T以上の磁場を印加して磁場分極を行い、次いで、この磁場を印加した状態で磁界の方向と直交する方向に0.5〜2kV/mm程度の電界を印加し、さらにこの電界を印加した状態で磁場の大きさを0.1〜0.5Tまで徐々に下げ、これにより電気分極を行う。そして、このように磁場中で分極処理を行うことにより、より大きな電気磁気効果を得ることができる。 First, magnetic field polarization is performed by applying a magnetic field of 1T or more, and then an electric field of about 0.5 to 2 kV / mm is applied in a direction orthogonal to the direction of the magnetic field in a state where this magnetic field is applied. In the applied state, the magnitude of the magnetic field is gradually lowered to 0.1 to 0.5 T, thereby performing electric polarization. Then, by performing polarization treatment in a magnetic field in this way, a larger electromagnetic effect can be obtained.
尚、上記実施の形態では内部電極を有しているが、内部電極を有さない場合、部品素体1の両主面にPtやAg等からなる表面電極を形成し、分極処理を行う。
In the above embodiment, the internal electrodes are provided. However, when the internal electrodes are not provided, surface electrodes made of Pt, Ag, or the like are formed on both main surfaces of the
このように本実施の形態では、電界を印加することにより、磁化(透磁率)を変化させることができ、これによりコイルのインダクタンスLを変化させることが可能となる。しかも印加される電界を調整することにより、インダクタンスLの変化率を制御することができ、透磁率の温度特性が良好で信頼性の優れた可変インダクタを得ることが可能となる。 As described above, in this embodiment, by applying an electric field, the magnetization (permeability) can be changed, and thereby the inductance L of the coil can be changed. In addition, by adjusting the applied electric field, it is possible to control the rate of change of the inductance L, and it is possible to obtain a variable inductor with good magnetic temperature characteristics and excellent reliability.
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本酸化物セラミックスの一例として、一般式(A)を挙げたが、少なくともSr、Co、Fe、Si、Mgを含んでいればよく、例えばSrの一部をBaで置換してもよく、Zr等の添加物を含有していても良い。また、Sr、Co、Feのモル比についても、若干の組成ズレが生じても特性に影響を及ぼさない範囲で許容される。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, although the general formula (A) is given as an example of the present oxide ceramics, it is sufficient if it contains at least Sr, Co, Fe, Si, and Mg. For example, a part of Sr may be replaced with Ba. And additives such as Zr may be contained. Further, the molar ratio of Sr, Co, and Fe is allowed in a range that does not affect the characteristics even if a slight compositional deviation occurs.
また、本発明のセラミック電子部品は、上記した可変インダクタ以外にも発電素子としても使用可能である。 Moreover, the ceramic electronic component of the present invention can be used as a power generation element in addition to the variable inductor described above.
すなわち、本セラミック電子部品では、磁場印加により強誘電体化して強誘電相が出現し、磁場の非印加による磁界の消滅時には電気磁気電流の変位電流が流れる。したがって、強磁性相の出現、消滅を繰り返す交流磁場中では、本セラミック電子部品は電荷(電気磁気電流)を吐き出し続けることとなるため、電磁誘導素子と同様に発電素子として利用することが可能となる。しかも、電気分極Pが大きいほど大きなエネルギーが得られるため、本発明の組成範囲であれば、良好な発電特性を得ることが可能となる。 That is, in this ceramic electronic component, a ferroelectric phase appears by applying a magnetic field and a ferroelectric phase appears, and a displacement current of an electromagnetic current flows when the magnetic field disappears due to no application of the magnetic field. Therefore, in an alternating magnetic field in which the appearance and disappearance of the ferromagnetic phase are repeated, the ceramic electronic component continues to discharge electric charges (electromagnetic current), and thus can be used as a power generation element in the same manner as an electromagnetic induction element. Become. Moreover, since the larger the electric polarization P, the larger the energy that can be obtained, good power generation characteristics can be obtained within the composition range of the present invention.
また、例えば、可撓性を有するステンレス基板等の基板上に上記セラミック電子部品を貼着し、磁場中で上記基板を振動させ、セラミック電子部品に印加される磁界の大きさを変化させることにより、所望の発電作用を得られることから、圧電体を利用した発電素子と同様の使用が可能となる。 Also, for example, by sticking the ceramic electronic component on a flexible stainless steel substrate or the like, vibrating the substrate in a magnetic field, and changing the magnitude of the magnetic field applied to the ceramic electronic component Since a desired power generation action can be obtained, the same use as a power generation element using a piezoelectric body is possible.
すなわち、圧電体を利用した発電素子では、圧電体自体を振動させて歪ませているため、大きな力が負荷されると圧電体自体が破損するおそれがある。 That is, in a power generation element using a piezoelectric body, the piezoelectric body itself is vibrated and distorted, and therefore, when a large force is applied, the piezoelectric body itself may be damaged.
これに対し本セラミック電子部品では、部品素体自体を歪ませる必要がなく、耐久性に優れた発電素子の実現が可能となる。 On the other hand, in this ceramic electronic component, it is not necessary to distort the component body itself, and it is possible to realize a power generating element with excellent durability.
さらに、本セラミック電子部品は、磁場の大きさに応じて電流を出力する磁気センサ、コイルに流れた電流が形成する磁場の大きさに応じて電流を出力する電流センサにも使用可能である。 Further, the ceramic electronic component can be used for a magnetic sensor that outputs a current according to the magnitude of the magnetic field and a current sensor that outputs a current according to the magnitude of the magnetic field formed by the current flowing through the coil.
また、上記実施の形態では、磁場中で磁場方向と直交する方向に電気分極を行なっているが、結晶粒子が多結晶体の場合は、磁場の方向と電気分極の方向は同一方向であっても大きな電気磁気効果を得ることができる。 In the above embodiment, the electric polarization is performed in the direction perpendicular to the magnetic field direction in the magnetic field. However, when the crystal particles are polycrystalline, the magnetic field direction and the electric polarization direction are the same direction. Can also obtain a large electromagnetic effect.
また、磁場分極後に、磁場を非印加状態とし、電気分極を行なっても大きな電気磁気効果を得ることができ、使用形態や環境等に応じて適宜選択することができる。 In addition, a large electromagnetic effect can be obtained even when the magnetic field is not applied after the magnetic field polarization and the electric polarization is performed, and can be appropriately selected according to the use form, environment, and the like.
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。 Next, examples of the present invention will be specifically described.
〔試料の作製〕
セラミック素原料としてFe2O3、SrCO3、Co3O4、MgCO3、及びSiO2を用意した。
[Sample preparation]
Fe 2 O 3 , SrCO 3 , Co 3 O 4 , MgCO 3 , and SiO 2 were prepared as ceramic raw materials.
次いで、一般式[Sr3Co2Fe24-yMgyO41−xSiO2]において、x、yが、焼成後に表1に示すモル比となるように、セラミック素原料を秤量した。 Subsequently, in the general formula [Sr 3 Co 2 Fe 24-y Mg y O 41 —xSiO 2 ], the ceramic raw materials were weighed so that x and y had a molar ratio shown in Table 1 after firing.
次に、このようにして秤量されたセラミック素原料をPSZボール、水系高分子分散剤(花王社製、カオーセラ2210)及び純水と共にポリエチレン製のポットミルに投入し、16時間混合粉砕し、混合物を得た。 Next, the ceramic raw material weighed in this way is put into a polyethylene pot mill together with PSZ balls, a water-based polymer dispersant (manufactured by Kao Corporation, Kaosela 2210) and pure water, and mixed and ground for 16 hours. Obtained.
次に、上記混合物を乾燥させ、整粒した後、大気雰囲気下、1100℃の温度で4時間仮焼し、仮焼物を得た。 Next, the mixture was dried and sized, and then calcined at a temperature of 1100 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to obtain a calcined product.
一方、別途、ポリビニルブチラール系バインダ樹脂(積水化学工業社製、エスレックB「BM−2」)をエタノールとトルエンの混合溶媒に溶解させ、可塑剤を添加してバインダ溶液を作製した。 Separately, polyvinyl butyral binder resin (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., ESREC B “BM-2”) was dissolved in a mixed solvent of ethanol and toluene, and a plasticizer was added to prepare a binder solution.
そして、上記仮焼物を整粒した後、PSZボール、溶剤系分散剤(花王社製、カオーセラ8000)、及びエタノールとトルエンの混合溶媒をポットミルに投入し、24時間混合粉砕し、その後、上記バインダ溶液を添加し、再度12時間混合し、これによりセラミックスラリーを得た。 Then, after sizing the calcined product, PSZ balls, a solvent-based dispersant (manufactured by Kao Corporation, Kaosela 8000), and a mixed solvent of ethanol and toluene are put in a pot mill, mixed and ground for 24 hours, and then the binder The solution was added and mixed again for 12 hours, thereby obtaining a ceramic slurry.
次いで、このように作製されたセラミックスラリーをドクターブレード法を使用し、厚みが約50μmのシート状に成形し、金型を使用して所定寸法に切断し、セラミックグリーンシートを得た。そして、このセラミックグリーンシートを所定枚数積層し、196MPaの圧力で圧着し、厚みが0.6mm又は1.2mmの2種類のシート成形品を得た。 Next, the ceramic slurry thus prepared was formed into a sheet having a thickness of about 50 μm by using a doctor blade method, and cut into a predetermined size using a mold to obtain a ceramic green sheet. Then, a predetermined number of the ceramic green sheets were laminated and pressure-bonded at a pressure of 196 MPa to obtain two types of sheet molded products having a thickness of 0.6 mm or 1.2 mm.
そして、厚みが0.6mmのシート成形品については、長さ:12mm、幅:12mmに切断し、シート状成形体とした。 And about the sheet molded product whose thickness is 0.6 mm, it cut | disconnected in length: 12mm and width: 12mm, and was set as the sheet-like molded object.
また、厚さ1.2mmのシート成形品については、打ち抜き加工を行って外径20mm、内径10mmのリング状成形体とした。 The sheet molded product having a thickness of 1.2 mm was punched into a ring-shaped molded body having an outer diameter of 20 mm and an inner diameter of 10 mm.
次に、これらシート状成形体及びリング状成形体を、大気雰囲気下、500℃で脱バインダ処理し、その後1190℃で大気雰囲気下、18時間焼成処理を行ない、さらに、酸素雰囲気下、1150℃の温度で10時間熱処理を行ない、これによりシート状焼結体及びリング状焼結体を作製した、
焼成後の焼結体寸法は、シート状焼結体が、長さ:10mm、幅:10mm、厚み:0.5mmであり、リング状焼結体が、外径:16.4mm、内径:8.1mm、厚み:1.0mmであった。
Next, the sheet-like molded body and the ring-shaped molded body were subjected to a binder removal treatment at 500 ° C. in an air atmosphere, and then subjected to a firing treatment at 1190 ° C. in an air atmosphere for 18 hours. Further, in an oxygen atmosphere, 1150 ° C. Heat treatment was performed at a temperature of 10 hours, thereby producing a sheet-like sintered body and a ring-like sintered body.
The sintered body dimensions after firing are as follows: the sheet-like sintered body has a length of 10 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 0.5 mm, and the ring-shaped sintered body has an outer diameter of 16.4 mm and an inner diameter of 8 mm. 0.1 mm, thickness: 1.0 mm.
そして、リング状焼結体について、Cu線を肉厚部に40回巻回してコイルを形成し、これにより透磁率測定用の試料番号1〜21の各試料を得た。
And about a ring-shaped sintered compact, Cu wire was wound around the
また、シート状焼結体について、Ptをターゲット物質にしてDCスパッタリングを行い、厚みが約300nmの表面電極を前記シート状焼結体の両主面に作製し、電気磁気特性測定用の試料番号1〜21の各試料を得た。尚、DCスパッタリングは、5mmTに調整された真空容器中にArガスを供給し、150Wの電力を供給して行った。 Further, for the sheet-like sintered body, DC sputtering was performed using Pt as a target material, and surface electrodes having a thickness of about 300 nm were produced on both main surfaces of the sheet-like sintered body, and a sample number for measuring the electromagnetic characteristics Each sample of 1-21 was obtained. DC sputtering was performed by supplying Ar gas into a vacuum vessel adjusted to 5 mmT and supplying power of 150 W.
上記試料番号1〜21の各試料について、誘導結合プラズマ発光分光(ICP)法及び蛍光X線分析(XRF)法を使用して組成分析したところ、各試料は表1のような組成を有することが確認され、また、各試料について、X線回折(XRD)法で結晶構造を調べたところ、主成分が六方晶Z型結晶構造を有していることが確認された。 The samples Nos. 1 to 21 were subjected to composition analysis using inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP) and fluorescent X-ray analysis (XRF), and each sample had the composition shown in Table 1. Further, when the crystal structure of each sample was examined by the X-ray diffraction (XRD) method, it was confirmed that the main component had a hexagonal Z-type crystal structure.
次に、電気磁気特性測定用の各試料に分極処理を施した。 Next, each sample for measuring the electromagnetic characteristics was subjected to polarization treatment.
図3は、分極処理装置を模式的に示した斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view schematically showing the polarization processing apparatus.
この分極処理装置は、部品素体21の両主面に表面電極22a、22bが形成された試料23に信号線24a、24bが接続され、該信号線24aと信号線24bとの間には直流電源25が介装されている。
In this polarization processing apparatus,
尚、試料23は、上述したよう内部電極を有しており、該試料23に印加される磁界の方向(矢印Bで示す。)と電気分極が行われる電界の方向(矢印Cで示す。)とが直交するように配されている。
The
そして、まず、電磁石(図示せず。)を使用し、室温で1.5Tの直流磁場を1分間印加し、矢印B方向に磁場分極を行った。次いで、表面電極22a、22b間に800V/mmの電界を印加しつつ、磁場の大きさを1.5Tから0.5Tまで徐々に低下させ、0.5Tの磁場中で3分間、矢印C方向に電気分極を行った。このように磁場中で分極処理を行うことにより、より大きな電気磁気効果を得ることが可能となる。
First, using an electromagnet (not shown), a 1.5 T DC magnetic field was applied for 1 minute at room temperature, and magnetic field polarization was performed in the direction of arrow B. Next, while applying an electric field of 800 V / mm between the
次に、電界及び磁界を非印加状態とし、評価試料を1時間程度放置した。このように分極処理を行った後、所定時間放置することにより、更に大きな電気磁気効果を得ることが可能となる。 Next, the electric field and the magnetic field were not applied, and the evaluation sample was left for about 1 hour. In this way, after performing the polarization treatment, it is possible to obtain a larger electromagnetism effect by leaving it for a predetermined time.
〔試料の評価〕
(電気分極P及び比抵抗ρの測定)
電気磁気特性測定用の各試料について、電気磁気電流を測定し、該電気磁気電流から電気分極Pを求めた。
(Sample evaluation)
(Measurement of electric polarization P and specific resistance ρ)
For each sample for measuring the electromagnetic characteristics, the electromagnetic current was measured, and the electric polarization P was obtained from the electromagnetic current.
図4は、試料23の電気磁気電流測定装置を模式的に示した斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing an electromagnetic current measuring apparatus for the
この特性評価装置は、図3の直流電源25に代えてピアコンメータ(米国ケースレー・インスツルメント社製、6487)26が設けられており、評価試料は、図3と同様、印加する磁界の方向と電気分極時の電界の方向とが直交するように配されている。
This characteristic evaluation apparatus is provided with a pier-conmeter (made by Keithley Instruments, Inc., 6487) 26 in place of the
そして、低温クライオスタット(東陽テクニカ製社製、LN−Z型)で25℃の温度に制御しながら、電磁石を使用し、0〜0.21Tの磁場範囲で、1.7T/分の速度で複数回往復掃引し、その時に試料から吐き出される電荷、すなわち電気磁気電流をピアコンメータ26で計測した。
And while controlling to a temperature of 25 ° C. with a low-temperature cryostat (manufactured by Toyo Technica Co., Ltd., LN-Z type), using an electromagnet, a plurality of magnetic fields in the range of 0 to 0.21 T at a rate of 1.7 T / min The electric charge discharged from the sample at that time, that is, the electromagnetic current, was measured with the pier-
次いで、この電気磁気電流の電流密度Jを時間で積分し、強誘電体の指標となる電気分極Pを求めた。 Next, the current density J of this electromagnetic current was integrated over time, and the electric polarization P serving as a ferroelectric index was obtained.
すなわち、電気磁気電流の電流密度Jは、数式(3)で表わすことができる。 That is, the current density J of the electromagnetic current can be expressed by Equation (3).
J=dP/dt …(3)
したがって、電気磁気電流の電流密度Jを時間tで積分することにより、電気分極Pを求めることができる。
J = dP / dt (3)
Therefore, the electric polarization P can be obtained by integrating the current density J of the electromagnetic current with time t.
ここで、電気分極Pが強磁性誘電体特性の指標となる理由を説明する。 Here, the reason why the electric polarization P becomes an index of the ferromagnetic dielectric property will be described.
強磁性誘電特性の指標として数式(4)で定義される電気磁気結合係数αが知られている。 As an index of the ferromagnetic dielectric property, an electromagnetic coupling coefficient α defined by the equation (4) is known.
α=μ0(dP/dB)…(4)
ここで、μ0は真空の透磁率(=4π×10-7H/m)である。
α = μ 0 (dP / dB) (4)
Here, μ 0 is the vacuum permeability (= 4π × 10 −7 H / m).
したがって、磁場B(T)の変化に対する電気分極Pの変化は、数式(5)で表わされる。 Therefore, the change of the electric polarization P with respect to the change of the magnetic field B (T) is expressed by Equation (5).
dP/dB=(dP/dt)/(dB/dt)=J/(dB/dt)…(5)
ここで、dB/dtは磁場の掃引速度を示している。
dP / dB = (dP / dt) / (dB / dt) = J / (dB / dt) (5)
Here, dB / dt indicates the magnetic field sweep rate.
そして、数式(5)に上記数式(4)を代入すると電気磁気結合係数αは数式(6)で表わすことができる。 When the above equation (4) is substituted into the equation (5), the electromagnetic coupling coefficient α can be expressed by the equation (6).
α=(μ0・J)/(dB/dt)…(6)
したがって、電気磁気結合係数αは、真空の透磁率μ0と電流密度Jとの積を磁場の掃引速度(dB/dt)で除算することにより求めることができる。
α = (μ 0 · J) / (dB / dt) (6)
Therefore, the electromagnetic coupling coefficient α can be obtained by dividing the product of the vacuum permeability μ 0 and the current density J by the magnetic field sweep rate (dB / dt).
そして、数式(6)から明らかなように、電気磁気結合係数αは、電気磁気電流の電流密度Jが大きい試料ほど大きくなり、したがって数式(3)より電気分極Pが大きいほど大きな電機磁気効果を得ることができ、所望の強磁性誘電体を得ることができる。 As is clear from Equation (6), the electromagnetic coupling coefficient α increases as the current density J of the electromagnetic current increases. Therefore, the larger the electric polarization P from Equation (3), the greater the electromagnetism effect. And a desired ferromagnetic dielectric can be obtained.
図5は、試料番号16の電流密度及び電気分極の特性を示した図である。 FIG. 5 is a graph showing the current density and electric polarization characteristics of Sample No. 16.
横軸が時間t(sec)、右縦軸が電気分極P(μC/m2)、左縦軸が電流密度J(μA/m2)である。 The horizontal axis is time t (sec), the right vertical axis is the electric polarization P (μC / m 2 ), and the left vertical axis is the current density J (μA / m 2 ).
この図5から明らかなように、この試料番号16では、電流密度Jが3.5μA/m2と大きく、電気分極Pは12.3μC/m2と10μC/m2以上の大きな値が得られており、強磁性誘電体としての特性を発現していることが分かる。 As apparent from FIG. 5, in the sample No. 16, the current density J is as large as 3.5μA / m 2, electric polarization P is obtained a large value 12.3μC / m 2 and 10 [mu] C / m 2 or more It can be seen that the characteristics as a ferromagnetic dielectric are expressed.
尚、試料番号1〜15、17〜21についても、上述と同様、電気磁気電流を測定し、電気分極Pを求めたが、この電気分極Pは、セラミック組成のみならず、磁場分極、電界分極の条件によって若干異なることから、全ての試料について同一条件で分極処理を行った。
For
次に、試料番号1〜21の各試料について、エレクトロメータ(ADCMT社製、8252)を使用し、2端子法で比抵抗ρを求めた。
Next, with respect to each sample of
(透磁率の測定)
B−Hアナライザ(岩通計測社製、SY−8232、SY−301)を使用し、10℃、20℃、25℃、30℃及び35℃でのB−H曲線(磁気ヒステリシス曲線)を求めた。
(Measurement of permeability)
BH curves (magnetic hysteresis curves) at 10 ° C., 20 ° C., 25 ° C., 30 ° C. and 35 ° C. are obtained using a BH analyzer (SYW-232, SY-301, manufactured by Iwatatsu Keiki Co., Ltd.). It was.
図6は、磁場の大きさを0〜4000A/mの範囲で異ならせた場合の試料番号16のB−H曲線を示している。図中、横軸が磁場H(A/m)、縦軸が磁束密度B(mT)である。 FIG. 6 shows a BH curve of sample number 16 when the magnitude of the magnetic field is varied in the range of 0 to 4000 A / m. In the figure, the horizontal axis represents the magnetic field H (A / m), and the vertical axis represents the magnetic flux density B (mT).
そして、B−H曲線から各磁場おける透磁率(=B/H)を求め、数式(7)に基づき、温度25℃を基準にした+10〜+35℃おける透磁率変化率Δμを求めた。
And the magnetic permeability (= B / H) in each magnetic field was calculated | required from the BH curve, and the magnetic permeability change rate (DELTA) micromicrometer in + 10 + 35 degreeC on the basis of
Δμ={(μ2−μ3)/μ1}×100 …(7)
ここで、μ1は、温度25℃のときの透磁率、μ2は、温度35℃における透磁率、μ3は、温度10℃における透磁率である。
Δμ = {(μ2−μ3) / μ1} × 100 (7)
Here, μ1 is a magnetic permeability at a temperature of 25 ° C., μ2 is a magnetic permeability at a temperature of 35 ° C., and μ3 is a magnetic permeability at a temperature of 10 ° C.
表1は、試料番号1〜21の各試料の成分組成、比抵抗ρ、電気分極P、及1000A/mの磁場での透磁率変化率Δμを示している。
Table 1 shows the component composition, specific resistance ρ, electric polarization P, and permeability change rate Δμ in a magnetic field of 1000 A / m for each of
尚、電気分極Pが10μC/m2以上、比抵抗ρが100MΩ・cm以上で、透磁率変化率Δμが35%以下を良品と判断し、それ以外を不良品と判断した。 The electrical polarization P was 10 μC / m 2 or more, the specific resistance ρ was 100 MΩ · cm or more, and the permeability change rate Δμ was determined to be 35% or less, and the others were determined to be defective.
試料番号1は、比抵抗ρ及び電気分極Pは良好であるが、酸化物セラミックス中にSiもMgも含有されていないため、透磁率変化率Δμは56.5%と大きく、透磁率μの温度特性に劣ることが分かった。 Sample No. 1 has good resistivity ρ and electric polarization P, but the oxide ceramic contains neither Si nor Mg. Therefore, the permeability change rate Δμ is as large as 56.5%, and the permeability μ It was found that the temperature characteristics were inferior.
試料番号2は、SiO2を含有しているものの、モル比xが0.01と少ないため、透磁率変化率Δμが55.1%と大きく、試料番号1と同様、透磁率μの温度特性に劣ることが分かった。 Sample No. 2 contains SiO 2 but has a small molar ratio x of 0.01, so that the permeability change rate Δμ is as large as 55.1%, and the temperature characteristic of the permeability μ is the same as Sample No. 1. It turned out to be inferior.
また、試料番号3〜5は、SiO2のモル比xを0.04〜0.237の範囲で異ならせているが、Mgが含有されておらず、このためSiO2の含有量が増加するに伴い、比抵抗ρが低下し、絶縁性能に劣ることが分かった。これは結晶粒界に存在する4価のSiがFeサイトに若干固溶し、伝導電子を生成しているものと考えられる。したがって、これら試料番号3〜5では比抵抗ρが100MΩ・cm以下となり磁場分極、電界分極を行うことができなかったため、電気分極Pは測定できなかった。 Sample Nos. 3 to 5 differ in the SiO 2 molar ratio x in the range of 0.04 to 0.237, but do not contain Mg, and therefore the content of SiO 2 increases. As a result, it was found that the specific resistance ρ decreased and the insulation performance was inferior. This is considered that tetravalent Si existing in the crystal grain boundary is slightly dissolved in the Fe site to generate conduction electrons. Therefore, in these sample numbers 3 to 5, the specific resistance ρ was 100 MΩ · cm or less, and the magnetic polarization and the electric field polarization could not be performed. Therefore, the electric polarization P could not be measured.
また、試料番号9、13は、SiO2のモル比xが0.237と過剰に含有されており、しかもMgのモル比yも0.03又は0.1と少ないため、比抵抗ρが100MΩ・cm以下に低下し、このため、試料番号3〜5と同様、磁場分極、電界分極を行うことができず、電気分極Pは測定できなかった。 Sample Nos. 9 and 13 contain SiO 2 molar ratio x in excess of 0.237, and Mg molar ratio y is as small as 0.03 or 0.1. Therefore, specific resistance ρ is 100 MΩ. -It fell to below cm, therefore, like sample numbers 3-5, magnetic field polarization and electric field polarization could not be performed, and electric polarization P could not be measured.
また、試料番号17は、SiO2のモル比xが0.237と過剰に含有されており、Mgのモル比yも0.3と本発明範囲内であるものの比較的多いことから、電気分極Pが3.5μC/m2と低くなった。すなわち、SiO2のモル比xが0.237と過剰に含有されていることから、SiO2の結晶粒界への偏析量が増加する上に、Mgも比較的多く含有されているため、該MgもFeサイトへの固溶限界を超えて結晶粒界に偏析すると考えられる。したがって、MgとSiとの間で化合物が形成されて偏析相が生じ、このため比抵抗は大きいものの、電気分極を行う際に、印加された電界が結晶粒界の偏析相に集中して結晶粒子に印加されず、電気分極Pが低くなったものと思われる。 Sample No. 17 contains SiO 2 molar ratio x in excess of 0.237, and Mg molar ratio y is 0.3, which is within the scope of the present invention. P was as low as 3.5 μC / m 2 . That is, since the molar ratio x of SiO 2 is excessively contained at 0.237, the amount of segregation to the crystal grain boundary of SiO 2 is increased and Mg is also relatively contained. It is considered that Mg also segregates at the grain boundary beyond the solid solution limit at the Fe site. Therefore, a compound is formed between Mg and Si and a segregation phase is generated. Therefore, although the specific resistance is large, the applied electric field is concentrated on the segregation phase at the grain boundary when electric polarization is performed. It is considered that the electric polarization P was lowered without being applied to the particles.
試料番号18〜21は、Mgのモル比yが0.4と過剰に含有されているため、電気分極Pが低くなり、十分な電気磁気効果を得ることができなかった。 In Sample Nos. 18 to 21, since the molar ratio y of Mg was excessively contained at 0.4, the electric polarization P was low, and a sufficient electromagnetism effect could not be obtained.
これに対し、試料番号6〜8、10〜12、及び14〜16は、モル比xが0.01〜0.2、モル比yが0.03〜0.3といずれも本発明範囲内であるので、比抵抗ρは100MΩ・cm以上となって良好な絶縁性能を確保でき、また、電気分極Pも10μC/m2以上となって良好な電気磁気効果を得ることができ、かつ透磁率変化率Δμも35%以下に抑制でき、したがって温度変化が生じても透磁率の変動が小さく、温度特性の良好な酸化物セラミックスが得られることが分かった。 On the other hand, sample numbers 6-8, 10-12, and 14-16 have a molar ratio x of 0.01-0.2 and a molar ratio y of 0.03-0.3, all within the scope of the present invention. Therefore, the specific resistance ρ can be 100 MΩ · cm or more to ensure good insulation performance, and the electric polarization P can be 10 μC / m 2 or more to obtain a good electromagnetism effect. It has been found that the magnetic permeability change Δμ can be suppressed to 35% or less, and therefore, even if the temperature changes, the fluctuation of the magnetic permeability is small, and an oxide ceramic having good temperature characteristics can be obtained.
図7は、本発明試料である試料番号16の磁場Hと透磁率変化率Δμとの関係を示す図であり、図8は本発明範囲外試料である試料番号1の磁場Hと透磁率変化率Δμとの関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the magnetic field H and permeability change rate Δμ of sample number 16 which is a sample of the present invention, and FIG. 8 is the magnetic field H and permeability change of
図7及び図8において、横軸は磁場H(A/m)、縦軸は透磁率変化率Δμである。 7 and 8, the horizontal axis represents the magnetic field H (A / m), and the vertical axis represents the permeability change rate Δμ.
図8から明らかなように、本発明範囲外の試料番号1は、磁場Hが1000A/mの場合で変動幅が最大となっている。そしてこの場合、透磁率は、25℃を基準にすると35℃の場合で30%増加し、10℃で26.5%減少し、+10℃〜+35℃の範囲で56.5%変動することが分かる。 As can be seen from FIG. 8, Sample No. 1 outside the scope of the present invention has the largest fluctuation width when the magnetic field H is 1000 A / m. In this case, the magnetic permeability increases by 30% at 35 ° C., decreases by 26.5% at 10 ° C., and varies by 56.5% in the range of + 10 ° C. to + 35 ° C. I understand.
これに対し図7に示すように、本発明範囲の試料番号16では、磁場Hが1000A/mの場合で、透磁率は、25℃を基準にすると35℃の場合で+15%の増加に留まり、10℃で14.1%の減少に留まり、+10℃〜+35℃の範囲で29.1%に抑制できることが分かった。また、この試料番号16では、磁場Hが約1200A/mで透磁率変化率Δμは変動幅が最大となっているが、その場合であっても、透磁率は、25℃を基準にすると35℃の場合で+14%の増加に留まり、10℃で21%の減少に留まり、+10℃〜+35℃の範囲で35%に抑制できることが分かった。 On the other hand, as shown in FIG. 7, sample No. 16 within the scope of the present invention has a magnetic permeability H of 1000 A / m, and the magnetic permeability is only + 15% increase at 35 ° C. with respect to 25 ° C. It was found that the decrease was only 14.1% at 10 ° C and could be suppressed to 29.1% in the range of + 10 ° C to + 35 ° C. In Sample No. 16, the magnetic field H is about 1200 A / m and the magnetic permeability change rate Δμ has the largest fluctuation range. Even in this case, the magnetic permeability is 35 on the basis of 25 ° C. It was found that it was only + 14% increase at 10 ° C, 21% decrease at 10 ° C, and 35% in the range of + 10 ° C to + 35 ° C.
セラミック素原料としてFe2O3、SrCO3、Co3O4、MgCO3、SiO2、及びBaCO3を用意した。 Fe 2 O 3 , SrCO 3 , Co 3 O 4 , MgCO 3 , SiO 2 , and BaCO 3 were prepared as ceramic raw materials.
そして、焼成後の組成が、表2となるようにセラミック素原料を秤量した以外は、実施例1と同様の方法・手順で、試料番号31〜33の試料を作製した。 And the sample of sample numbers 31-33 was produced with the method and procedure similar to Example 1 except having weighed the ceramic raw material so that the composition after baking might become Table 2. FIG.
尚、試料番号31〜33の各試料の組成分析は、実施例1と同様、ICP法及びXRF法を使用して行い、結晶構造はXRD法で確認した。 In addition, the composition analysis of each sample of the sample numbers 31-33 was performed using ICP method and XRF method like Example 1, and the crystal structure was confirmed by XRD method.
次いで、これら試料番号31〜33の各試料について、実施例1と同様の方法・手順で電気分極P、比抵抗ρ、及び透磁率変化率Δμを測定した。 Next, the electric polarization P, the specific resistance ρ, and the permeability change rate Δμ were measured for each of the samples Nos. 31 to 33 in the same manner and procedure as in Example 1.
表2は、各試料の組成成分とその測定結果を示している。 Table 2 shows the composition components of each sample and the measurement results.
この試料番号31〜33から明らかなように、Srの一部をBaで置換したり、SrやFeの含有モル量が理論化学量論比から若干ズレが生じても、SiO2のモル比xが0.01≦x≦0.2、Mgのモル比yが0.03≦y≦0.3と本発明範囲内であれば、比抵抗ρが100MΩ・cm以上で、電気分極Pは10μC/m2以上であり、かつ磁場の大きさが1000A/mで透磁率変化率Δμを35%以下に抑制できることが確認された。 As apparent from the sample numbers 31 to 33, even if a part of Sr is replaced with Ba, or even if the molar content of Sr or Fe slightly deviates from the stoichiometric ratio, the molar ratio of SiO 2 x Is 0.01 ≦ x ≦ 0.2 and the molar ratio y of Mg is 0.03 ≦ y ≦ 0.3 and within the range of the present invention, the specific resistance ρ is 100 MΩ · cm or more and the electric polarization P is 10 μC. / m 2 or more, and the size of the magnetic field can be suppressed the permeability rate of change Δμ below 35% 1000A / m was confirmed.
絶縁性能及び強磁性誘電特性を損なうことなく、透磁率の温度特性が向上した酸化物セラミックス、及びこの酸化物セラミックスを使用した可変インダクタ等のセラミック電子部品の実現が可能となる。 Without impairing the insulation performance and the ferromagnetic dielectric properties, it is possible to realize oxide ceramics with improved permeability temperature characteristics and ceramic electronic components such as variable inductors using the oxide ceramics.
1 部品素体
2a、2b 外部電極
3a〜3c 内部電極
1
Claims (6)
Siが、前記主成分に対し、モル比xに換算して0.01〜0.2の範囲で含有されると共に、
Mgが、前記Feの一部を置換した形態で含有され、かつ、前記主成分中の前記Mgの含有量は、モル比yに換算して0.03〜0.3であることを特徴とする酸化物セラミックス。 The main component is formed of a ferrite compound containing at least Sr, Co, and Fe,
Si is contained in the range of 0.01 to 0.2 in terms of molar ratio x with respect to the main component,
Mg is contained in a form in which a part of Fe is substituted, and the content of Mg in the main component is 0.03 to 0.3 in terms of molar ratio y, Oxide ceramics.
前記部品素体が、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の酸化物セラミックスで形成されていることを特徴とするセラミック電子部品。 A ceramic electronic component in which external electrodes are formed on the surface of a component body,
A ceramic electronic component, wherein the component element body is formed of the oxide ceramic according to any one of claims 1 to 3.
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