일반기술

고주파 유전체 자기 조성물 및 그 제조 방법

본 발명은 위치변위시스템(global positioning systsm) 및 유전체 공진기등의 재료로 사용되는 ZrO2 - TiO2 - SnO2계 고주파용 유전체 자기성물 및 제조방법에 관한 것이다.일반적으로 고주파용 유전체 자기조성물은 고주파 집직회로 또는 유전체 공진기의 재료로 많이 사용되고 있는데 이와같이고주파용으로 사용되는 유전체 재료에서는 더욱 더 향상된 품질계수(Q)와 유전율(K) 및 안전된 공진주파수의 온도의존계수(Tf)가 요구되고 있다.종래의 고주파용 유전체 자기조성물중에서 미국특허 제4665041호는 우수한 유전특성을 나타내는 것으로 알려지고 있는데,이는 기존에 발표된 산화티탄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화주석(SnO2), 산화니켈(NiO)로 이루어진 기본조성에 산화아연(ZnO), 산화안티몬(Sb2O5), 산화나이오븀(Nb2O3), 산화탄탈륨(Ta2O5) 및 산화텅스텐(WO3)등이 첨가되어 이루어진 조성이다.그러나, 상기 유전체용 자기조성물은 품질계수(Q)는 상당히 증가되었으나 유전상수(k)가 40이하의 낮은 값을 나타내며 또한 여러 종류의 원료분말이 사용됨에 따라 제조비용이 많이 들고 정밀한 공정제어에 어려움이 따르는 문제점을 지니고 있다.따라서, 본 발명은 상기 종래의 고주파용 유전체 자기조성물이 지니고 있는 제반 문제점을 해결하기 위하여 조성물 및 제조공정을 개선하여 40이상의 높은 유전율(k)과 높은 품질계수(Q) 및 안정된 공진주파수의 온도의존계수(Tf)를 갖는 고주파 유전체 자기 조성물 및 그 제조방법을 제공함에 발명의 목적이 있다.본 발명의 고주파 유전체 자기조성물은 산화지르코늄(Zro2), 산화티탄(TiO2) 및 산화주석(SnO2)으로 구성된 기본조성물 Zr1-xSnxTi1 +YO4 (이때, 몰비로 0.1〈X〈0.3, -0.1〈Y〈0.1)에 기본조성물의 무게를 100으로 하여 산화만간(MnO2)이 0 내지 3중량%, 소결조제로 산화니켈(NiO) 및 산화안티몬(Sb2O3)의 합이 0 내지 2중량% 첨가된 조성이다.상기 기본조성물 r1-xSnXTi1+YO4에서 만일 X〈0.1로 되는 경우에는 소결이 충분하게 이루어지지 않아서 유전율(k) 및 품질계수(Q)값이 급격히 감소하며, 반대로 X 〉0.3인 때에는 유전율은 증가하게 되나 품질계수(Q) 및 공진주파수의 온도의존성(Tf)이 저하되므로 X는 0.1 〈X〈0.3의 범위가 바람직하다.한편, 순수한 티탄산 지르코늄은 소결상태가 불량하다.그리고, Y〉0.1에서는 공진주파수의 온도의존성과 품질계수 값이 감소하고 Y〈-0.1에서는 소결상태가 불량하므로 바람직한 Y의 범위는 -0.1〈Y〈0.1이다.본 발명의 첨가제와 관련하여, 산화망간의 함량이 3중량%이상일 때에는 품질계수가 저하되며, 산화니켈과 산화안티몬의양이 2중량%이상일 때에는 소결상태가 불량하므로 이를 첨가제의 조성은 상기 본 발명의 범위내로 한정하는 것이 바람직하다.본 발명의 고주파 유전체 자기조성물의 제조과정은, 먼저 주조성과 첨가제 조성의 원료분말을 상기 본 발명 자기조성물의범위내로 평량하여 혼합한 후에 1000 ∼ 1200℃에서 하소하고 이를 분쇄하여 성형한 다음 1300 ∼ 1500℃의 산소분위기에서 소성하는 공정으로 이루어진다.이와같은 제조과정을 통해 얻어진 본 발명의 고주파 유전체 자기조성물은 9㎓, 25℃에서 유전율 35이상, 품질계수 4000이상, Q×f값 40000이상의 우수한 유전특성을 나타내는 바, 일예로 Zro.8Sno. 2TiO4 - 0.8중량% MnO2 - 0.5중량% NiO - 1,1중량%Sb2O3조성물을 1350℃에서 2시간 소성하게 되면 9㎓에서 유전율(k)이 41.2, 품질계수(Q)가 6800을 나타내며 품질계수(Q)와주파수의 곱이 61000을 나타낸다.따라서 본 발명의 고주파 유전체 자기조성물은 특히 위치변위시스템이나 유전체 공진기의 재료로 유용하게 사용될 수 있다.본 발명 고주파 유전체 자기조성물의 구체적인 제조공정과 제반특성은 다음의 실시예에 의해서 보다 명확하게 이해될 것이다.실시예99%이상의 순도를 갖는 주조성과 첨가제 조성의 원료분말을 아래의 표 1과 같은 비율로 평량한 후, 평량된 분말을 나일론자(jar)와 산화지르코늄 볼을 이용하여 플래너터리 밑(planetrry mill)로 약 2시간 혼합 하였다.이때 분산메로 증류수를 사용하였으며 잘 혼합된 슬러리는 건조 후 조성에 따라 1000 ∼ 1200℃에서 하소후 이를 적절한크기로 분쇄하였다.분쇄된 혼합분말을 1ton/㎤의 압력으로 건식프레스로 성형하여 직경 10.0㎜, 두께 4.0㎜, 4.5㎜, 5.0㎜의 시편을 성형하였다.다음, 성형시편을 1300 ∼ 1500℃ 정도의 산소분위기 중에서 소성하여 시편을 얻고 시편의 양면을 평탄하게 연마하였다.이와같은 제조공정에 의해 얻어진 시편에 대해 Hakki Coleman법에 의하여 8.5 ∼ 9.5㎓ 범위에서 유전율(k),품질계수(Q)및 공진주파수의 온도의존성(Tf)을 측정하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.표 1. 유전체 자기조성물 시편의 조1.산화지르코늄 38~58중량%, 산화티탄 22~43중량% 및 산화주석 9~26중량%로 이루어진 기본조성물의 무게를기준으로 산화아연 7중량% 미만, 산화니켈 10중량% 미만, 산화나이오븀 7중량% 미만 및 수화질화망간이 산화망간의 무게비로 환산하여 4중량% 미만 첨가되어 이루어짐을 특징으로 하는 고주파 유전체 자기조성물.2.주성분과 소결조제의 성분이 제1항의 범위가 되도록 원료분말을 혼합하여 하수한 후 1300~1500℃의 산소분위기에서 소성함을 특징으로 하는 고주파 유전체 자기조성물의 제조방법