專利名稱：陶瓷粉末、含有該陶瓷粉末的介電性復合材料、以及電介質(zhì)天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由氧化鈦及鈦酸鹽形成的具有新穎特性的陶瓷粉末。另外，本發(fā)明涉及含有合成樹脂和陶瓷粉末、并且顯示出包括高的介電常數(shù)(、)和低的介質(zhì)消耗因數(shù) (tan δ )的介電特性的介電性復合材料。另外，本發(fā)明涉及具有這樣的結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)天線， 在該結(jié)構(gòu)中，在由該介電性復合材料形成的電介質(zhì)基板上設置有由導體電路形成的天線部。
背景技術：
對各種無線通信設備的小型化和輕量化的要求不斷提高，相應地，需要將搭載的天線小型化。
例如，手機為便攜式的信息通信設備，因此，手機領域是對于小型化和輕量化的市場要求特別強的技術領域。手機從開發(fā)最初一直在努力將所有的設備收納于較小的殼體 (筐體)內(nèi)，最近，由于除了電話用途以外還需要搭載頻率不同的GPS (Global Positioning System)及信息通信用天線，所以要求更加的小型化。即，手機中，處理信息的種類有增加的趨勢，例如，對應于電話用(0. 8GHz或2GHz頻帶)、GPS用(1. 5GHz頻帶)、信息通信用 (Bluetooth等，2. 4GHz頻帶)等處理信息的種類，所使用的頻帶分別不同。因此，需要與這些信息種類相對應的多個天線，但是要將這些多個天線收納于一個筐體內(nèi)，要求天線進一步小型化。
作為汽車用天線，有(例如)GPS用天線和自動收費系統(tǒng)用天線，但在設置于車內(nèi)的情況下，可能會遮擋視野或與乘客接觸，所以希望汽車用天線小型化。
汽車中搭載有TV、收音機、GPS、自動收費系統(tǒng)終端、手機、車間距離傳感器等多種無線通信設備。這些無線通信設備所使用的頻帶各不相同。因此，要裝備各通信信息設備的使用不同頻帶的多個天線時，需要各天線元件的小型化。
對于個人計算機(PC)，正在開發(fā)搭載有無線LAN及Wi-Fi、還有作為下一代通信的 WiMax等信息通信用天線，但是由于用于個人計算機的天線也收納于有限空間的筐體內(nèi)，所以需要小型化和輕量化。
作為這些手機、汽車、個人計算機等大量生產(chǎn)的用具用途的天線，多利用制造容易、可進行電路圖案的高精度尺寸管理、且可減小性能偏差的電介質(zhì)天線。電介質(zhì)天線具有 (例如)這樣的結(jié)構(gòu)，其中在由電介質(zhì)形成的基材上層壓銅箔等，并在該銅箔上形成電路圖案。
為了將電介質(zhì)天線小型化，需要提高該電介質(zhì)天線的介電常數(shù)。如果提高電介質(zhì)天線的介電常數(shù)，則傳輸?shù)男盘柕牟ㄩL變短，故而能夠小型化。但是，現(xiàn)有的電介質(zhì)材料顯示，當介電常數(shù)提高時，隨之介質(zhì)消耗因數(shù)也趨于提高。電介質(zhì)天線的介質(zhì)消耗因數(shù)越小， 能量損失越少，天線性能提高。電介質(zhì)天線中，如果將介電常數(shù)提高使其小型化，則介質(zhì)消耗因數(shù)變高，天線性能降低。
迄今，日本特許第3664094號公報(專利文獻1)中公開了將包含電介質(zhì)無機填料和有機高分子材料的復合電介質(zhì)材料成形而形成的復合電介質(zhì)成形物，并且提出了將該復合電介質(zhì)成形物用作透鏡天線。但是，專利文獻1的各實施例中具體示出的復合電介質(zhì)成形物的介電常數(shù)較低。
日本特許第3895175號公報(專利文獻幻中提出了這樣的介電性樹脂綜合天線， 該介電性樹脂綜合天線具備由介電性樹脂復合材料形成的電介質(zhì)，在該介電性樹脂復合材料中配合有介電常數(shù)(介電常數(shù))大于或等于20、且介質(zhì)消耗因數(shù)小于或等于0. 005的介質(zhì)陶瓷粉末。但是，專利文獻2的各實施例所示的包含該陶瓷粉的介電性樹脂復合材料的介電常數(shù)不太高，另一方面，介質(zhì)消耗因數(shù)的下限值較高。
日本特開2005-94068號公報(專利文獻3)中公開了在合成樹脂中含有介電性陶瓷粉末的復合材料。在IOOMHz以上的頻區(qū)中，該復合材料的介電常數(shù)大于或等于15、介質(zhì)消耗因數(shù)小于或等于0.01。但是，專利文獻3的各實施例中具體示出的復合材料，如段落 中所示，雖然介電常數(shù)高達17 52左右，但介質(zhì)消耗因數(shù)為0. 003 0. 005左右， 不是非常低。即，專利文獻3中記載的技術水平中，不能將復合材料的介質(zhì)消耗因數(shù)減小至不足0. 003。
國際公開第2008/081773號小冊子(專利文獻4)中公開了一種包含聚對苯二甲酸丁二醇酯、溴系阻燃劑、銻系阻燃助劑、及鈦酸無機化合物的阻燃性樹脂組成物。該阻燃性樹脂組成物被用作天線零件。但是，關于專利文獻4的各實施例所示的該阻燃性樹脂組成物的介電特性，介電常數(shù)較低，另一方面，介質(zhì)消耗因數(shù)的下限值為0. 008，較高。
如上所述，在現(xiàn)有技術中，無法提供使用了同時具有高介電常數(shù)和低介質(zhì)消耗因數(shù)的電介質(zhì)材料的電介質(zhì)天線(即，高性能、且非常小型化的電介質(zhì)天線)。因此，想要實現(xiàn)電介質(zhì)天線的小型化和高性能化，需要不僅介電常數(shù)高、而且介質(zhì)消耗因數(shù)非常低的天線基板。
現(xiàn)有技術文獻 專利文獻 專利文獻1 日本特許第3664094號公報 專利文獻2 日本特許第3895175號公報 專利文獻3 日本特開2005-94068號公報 專利文獻4 國際公開第2008/081773號小冊子 發(fā)明_既述 發(fā)明要解決的問題 本發(fā)明要解決的問題在于，提供一種陶瓷粉末，該陶瓷粉末由氧化鈦或鈦酸鹽形成，并且，在與合成樹脂形成復合物時，能夠提供顯示出非常高的介電常數(shù)和非常低的介質(zhì)消耗因數(shù)的介電性復合材料。
本發(fā)明要解決的另一問題在于，提供一種介電性復合材料，該介電性復合材料包含合成樹脂和陶瓷粉末，并且，該介電性復合材料的介電常數(shù)非常高且介質(zhì)消耗因數(shù)非常低。
本發(fā)明要解決的再一問題在于，提供一種電介質(zhì)天線，該電介質(zhì)天線具有這樣的結(jié)構(gòu)在由所述介電性復合材料形成的電介質(zhì)基板上設有由導體電路形成的天線部。
本發(fā)明人為了解決上述問題而進行了深入研究，結(jié)果想到了一種由氧化鈦或鈦酸鹽形成的陶瓷粉末，其中，通過N2吸附法而得到的BET比表面積在特定限定了的小范圍內(nèi)， 且平均粒徑在特定的范圍內(nèi)。該陶瓷粉末為新型陶瓷粉末，其作為介電性復合材料的陶瓷粉末而顯示出優(yōu)異的特性。
S卩，含有合成樹脂和該陶瓷粉末的介電性復合材料能夠具有超過17的高的介電常數(shù)(ε 、以及低于0. 0025的低的介質(zhì)消耗因數(shù)(tan δ )。
這樣，使用由顯示出高的介電常數(shù)和低的介質(zhì)消耗因數(shù)(tan δ )的介電性復合材料形成的天線基板所制作的電介質(zhì)天線，不僅可以實現(xiàn)小型化，而且可以顯示出放射效率高的優(yōu)異特性。本發(fā)明的介電性復合材料不僅可以獲得單獨的合成樹脂不能獲得的高介電常數(shù)，而且與單獨的陶瓷相比，成形加工性優(yōu)異，通過注射成形等熔融加工法可以成形為復雜的形狀或立體形狀的成形體。
基于這些見解而完成本發(fā)明。
解決問題的手段 根據(jù)本發(fā)明，提供一種由氧化鈦或鈦酸鹽形成的陶瓷粉末，其中，通過隊吸附法得到的BET比表面積在0. 1 2. 0m2/g的范圍內(nèi)，并且平均粒徑在0. 8 100 μ m的范圍內(nèi)。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種介電性復合材料，該介電性復合材料含有合成樹脂和陶瓷粉末，其特征在于，該陶瓷粉末為選自由氧化鈦及鈦酸鹽構(gòu)成的組中的至少一種陶瓷粉末，并且該陶瓷粉末的通過&吸附法得到的BET比表面積在0. 1 2. 0m2/g的范圍內(nèi)、并且平均粒徑在0. 8 100 μ m的范圍內(nèi)。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種電介質(zhì)天線，該電介質(zhì)天線具有這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，在由介電性復合材料形成的電介質(zhì)基板上設有由導體電路形成的天線部。
發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明，提供一種陶瓷粉末，該陶瓷粉末為由氧化鈦或鈦酸鹽形成的陶瓷粉末，并且，在與合成樹脂形成復合物的情況下，能夠提供顯示出非常高的介電常數(shù)和非常低的介質(zhì)消耗因數(shù)的介電性復合材料。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種介電性復合材料，該介電性復合材料含有合成樹脂和陶瓷粉末，并且其介電常數(shù)非常高、且介質(zhì)消耗因數(shù)非常低。具有在由本發(fā)明的介電性復合材料形成的電介質(zhì)基板上設有由導體電路形成的天線部這樣結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)天線可以小型化，而且為高性能。
附圖簡要說明

圖1是示出鈦酸鈣粉末的BET比表面積與介電性復合材料的介質(zhì)消耗因數(shù)的關系的圖。
圖2是示出K-A的關系的圖。
圖3是示出接線天線的具體例子的說明圖。
圖4是示出介電常數(shù)及介質(zhì)消耗因數(shù)的評價手段的說明圖。
圖5是示出天線評價法的說明圖。
具體實施例方式本發(fā)明的陶瓷粉末為由氧化鈦或鈦酸鹽形成的粉末。作為鈦酸鹽，優(yōu)選(例如)鈦酸鈣、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鎂、鈦酸鉛、鈦酸鈣鎂、鈦酸釹等顯示高介電性的鈦酸鹽。在這些陶瓷粉末中，優(yōu)選氧化鈦粉末、鈦酸鈣粉末、及鈦酸鍶粉末，從容易得到易于合成、比重小、 且顯示高的介電常數(shù)和低的介質(zhì)消耗因數(shù)的介電性復合材料這一點看，特別優(yōu)選鈦酸鈣粉末。
本發(fā)明的陶瓷粉末的通過N2吸附法得到的BET比表面積在0. 1 2. 0m2/g的范圍內(nèi)、優(yōu)選在0. 1 1. 9m2/g的范圍內(nèi)、更優(yōu)選在0. 15 1. 8m2/g的范圍內(nèi)。該陶瓷粉末的 BET比表面積過小時，在高充填在合成樹脂中的情況下，難以進行混煉，并且也難以進行注射成形等熔融加工。該陶瓷粉末的BET比表面積超過2. 0m2/g時，介電性復合材料的介質(zhì)消耗因數(shù)顯示增大的趨勢。該陶瓷粉末的BET比表面積增大時，介電性復合材料的介質(zhì)消耗因數(shù)也出現(xiàn)偏差的趨勢。
通過使陶瓷粉末的BET比表面積在上述范圍內(nèi)，不僅可以使介電性復合材料的介電常數(shù)(、)增大至超過17，而且還可以使介質(zhì)消耗因數(shù)(tan δ)成為不足0. 0025這樣的現(xiàn)有水平所不能達到的小的值。
圖1示出鈦酸鈣粉末的BET比表面積與含有該鈦酸鈣粉末和聚丙烯的介電性復合材料的介質(zhì)消耗因數(shù)(tan δ )之間的關系。由圖1的圖可以看出，隨著鈦酸鈣等陶瓷粉末的 BET比表面積減小，介電性復合材料的介質(zhì)消耗因數(shù)顯示出顯著減小的趨勢。另一方面，隨著陶瓷粉末的BET比表面積增大，介電性復合材料的介質(zhì)消耗因數(shù)顯示出增大的趨勢。特別是，當BET比表面積超過2. 0m2/g時，介質(zhì)消耗因數(shù)的值相對于BET比表面積的值顯示出大幅偏差的趨勢。
如后述的表1所示，該介電性復合材料的介電常數(shù)(ε r)大幅超過17，且該介質(zhì)消耗因數(shù)(tan δ )低于0. 0025。該介電性復合材料的介電常數(shù)(ε r)更優(yōu)選超過18。該介電性復合材料的介電常數(shù)(ε r)的上限值通常為50，大多情況下為30。該介電性復合材料的介質(zhì)消耗因數(shù)(tan δ)更優(yōu)選為小于或等于0.0020。該介電性復合材料的介質(zhì)消耗因數(shù)(tanS)的下限值通常為0.0003，大多情況下為0.0005。這樣，通過使用本發(fā)明的陶瓷粉末，能夠得到具有兼具高的介電常數(shù)和低的介質(zhì)消耗因數(shù)的特殊的介電特性的介電性復合材料。介電性復合材料的介電常數(shù)及介質(zhì)消耗因數(shù)為通過使用々一二 A株式會社制造的攝動式空間共振裝置、在溫度25°C及頻率2. 5GHz的條件下測定介電常數(shù)和介質(zhì)消耗因數(shù)而得到的值。
基于本發(fā)明的陶瓷粉末的BET比表面積(m2/g)與平均粒徑(μ m)的關系，由K值來表示BET比表面積/平均粒徑(K = BET比表面積/平均粒徑)。另一方面，本發(fā)明的介電性復合材料中，由于介質(zhì)消耗因數(shù)(tan δ )因介電常數(shù)(ε r)而發(fā)生變化，所以在性能評價方面，通過式A= (tan δ/(er-l)) XlOOOO將介電常數(shù)標準化為恒定的，從而期望規(guī)定 A與上述K值的關系。當基于表1及圖1所示的數(shù)據(jù)研究K-A的相關關系時，得到圖2所示的圖。從圖2所示的圖可知，K值優(yōu)選為小于或等于2. 5，更優(yōu)選為小于或等于2. 3，特別優(yōu)選為小于或等于2. 0。K值的下限值為0. 001，大多情況下為0. 01。
本發(fā)明的陶瓷粉末的平均粒徑在0. 8 100 μ m的范圍內(nèi)、優(yōu)選在0. 9 50 μ m的范圍內(nèi)、更優(yōu)選在1 30 μ m的范圍內(nèi)、特別優(yōu)選在1 15 μ m的范圍內(nèi)。該陶瓷粉末的平均粒徑過小時，不僅難以處理，而且難以使BET比表面積足夠小。另外，該陶瓷粉末的平均粒徑過小時，在高充填于合成樹脂中的情況下，熔融混煉及熔融加工容易變得困難。該陶瓷粉末的平均粒徑過大時，由含有該陶瓷粉末的介電性復合材料形成的天線基板的介電特性容易產(chǎn)生偏差，且表面性也容易受到損害。另外，該陶瓷粉末的平均粒徑過大時，容易引起注射成形機的損耗等問題。陶瓷粉末的平均粒徑為通過空氣透過法(菲舍爾法)測定的值。
本發(fā)明的陶瓷粉末的結(jié)晶度優(yōu)選為大于或等于80%、更優(yōu)選為大于或等于90%、 特別優(yōu)選為大于或等于95%。由于陶瓷粉末的結(jié)晶度高，從而可以獲得顯示高的介電常數(shù)和低的介質(zhì)消耗因數(shù)等優(yōu)點。該陶瓷粉末的結(jié)晶度為由X射線衍射得到的鈣鈦礦結(jié)晶結(jié)構(gòu)的主峰與其他結(jié)晶結(jié)構(gòu)的峰的強度比而測定的值。本發(fā)明的陶瓷粉末特別優(yōu)選充分進行燒結(jié)而使結(jié)晶度為大于或等于95%的粉末。結(jié)晶度的上限值為99%或100%。
本發(fā)明的陶瓷粉末的根據(jù)日本工業(yè)標準JIS K 5101所測定的表觀密度優(yōu)選在 0. 8 lOg/cm3的范圍內(nèi)、更優(yōu)選在0. 9 5g/cm3的范圍內(nèi)。大多情況下，該表觀密度可以設在1. O 2. Og/cm3的范圍內(nèi)。陶瓷粉末的表觀密度過小時，在高充填于合成樹脂中的情況下，熔融混煉及熔融加工容易變得困難。其表觀密度過大時難以進行合成。
本發(fā)明的陶瓷粉末期望為這樣的粉末，其含有5 50容量％、優(yōu)選10 40容量％的一次顆粒粒徑為小于或等于ι. ο μ m的小顆粒，以及50 95容量％、優(yōu)選60 90 容量％的一次顆粒粒徑為大于1. O μ m的大顆粒。小顆粒的比率過高時，在高充填于合成樹脂中的情況下，熔融混煉及熔融加工容易變得困難。另外，小顆粒的比率過高時，在高充填于合成樹脂中的情況下，陶瓷粉末的BET比表面積增大，覆蓋該陶瓷粉末表面的合成樹脂量減少，其結(jié)果是陶瓷粉末凝集，或者陶瓷粉末不能彼此粘合，從而強度降低。大顆粒的比率過高時，基板的表面粗糙度容易增大。另外，大顆粒的比率過高時，雙軸擠出機等熔融混煉機及注射成形機的內(nèi)面容易磨損。
通過以適當?shù)谋嚷蕘聿⒂眯☆w粒和大顆粒，能夠克服如上的缺點。即，當并用兩者時，熔融混煉和熔融加工變得容易，另外，合成樹脂的粘合變得牢固，不僅基板的強度增強， 而且可進行高充填且容易獲得高介電常數(shù)。陶瓷顆粒的形狀可以通過電子顯微鏡照片來觀察。一次顆粒的平均粒徑超過ι. ο μ m的大顆粒不是由小顆粒作為二次顆粒凝集而成的。
本發(fā)明的陶瓷粉末可通過控制原料的組成、造粒條件、燒結(jié)溫度等燒結(jié)條件、粉碎條件等，來合成具有所希望的BET比表面積和平均粒徑的粉末。
本發(fā)明的陶瓷粉末優(yōu)選在高溫下將原料充分燒結(jié)而成。燒結(jié)溫度優(yōu)選在1150 1500°C的范圍內(nèi)、更優(yōu)選在1180 1300°C的范圍內(nèi)。燒結(jié)時間也取決于燒結(jié)溫度，通常為 0.5 10小時、優(yōu)選為1 5小時左右。通過充分燒結(jié)，可得到結(jié)晶度高的陶瓷粉末。另外，通過充分燒結(jié)，在與合成樹脂共混時，可以得到能夠提供介電性復合材料(其顯示出小的介質(zhì)消耗因數(shù))的陶瓷粉末。燒結(jié)后，將燒結(jié)物粉碎為規(guī)定的平均粒徑，根據(jù)需要進行分級，通過上述方法能夠得到陶瓷粉末。
例如，合成鈦酸鈣粉末時，可通過下述方法合成得到將碳酸鈣和氧化鈦以 Ca Ti的摩爾比為45 55 55 45的范圍內(nèi)的比率進行混合，在優(yōu)選1150 1500°C、 更優(yōu)選1180 1300°C的溫度進行燒結(jié)，將燒結(jié)物粉碎為規(guī)定的平均粒徑，并根據(jù)需要進行分級。
鈦酸鈣等陶瓷粉末的結(jié)晶結(jié)構(gòu)優(yōu)選為鈣鈦礦結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的介電性復合材料為含有合成樹脂和陶瓷粉末的介電性復合材料。該陶瓷粉末為選自由氧化鈦及鈦酸鹽構(gòu)成的組中的至少一種陶瓷粉末，并且該陶瓷粉末的通過N2吸附法得到的BET比表面積在0. 1 2. 0m2/g的范圍內(nèi)、且平均粒徑在0. 8 100 μ m的范圍內(nèi)。作為該陶瓷粉末，可以使用具有上述特性的粉末。
作為合成樹脂，可以使用環(huán)氧樹脂、熱固化性聚酰亞胺樹脂等熱固化性樹脂，但從可進行注射成形等熔融成形加工的觀點考慮，優(yōu)選使用熱塑性樹脂。
作為熱塑性樹脂，優(yōu)選(例如)聚乙烯(低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、線狀低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯)、聚丙烯等聚烯烴樹脂；聚苯乙烯、間規(guī)聚苯乙烯、改性聚苯乙烯等聚苯乙烯樹脂；聚苯醚樹脂；聚苯硫醚樹脂等。除此之外，作為熱塑性樹脂，可以列舉液晶聚合物、ABS樹脂、熱塑性聚酯樹脂、聚縮醛樹脂、聚酰胺樹脂、甲基戊烯樹脂、環(huán)狀烯烴樹脂、聚碳酸酯樹脂、熱熔融性氟樹脂、熱塑性聚酰亞胺樹脂、聚醚酰亞胺樹脂等。這些合成樹脂可以分別單獨使用或組合兩種以上使用。
這些合成樹脂中，優(yōu)選聚烯烴樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚苯醚樹脂、聚苯硫醚樹脂等在高頻帶下的介質(zhì)消耗因數(shù)低的樹脂。這些合成樹脂中，從介電特性、熔融加工性等觀點看，優(yōu)選聚烯烴樹脂，從耐熱性和陶瓷充填性的觀點看，特別優(yōu)選聚丙烯。
作為聚丙烯，可使用均聚物、無規(guī)共聚物、嵌段共聚物等。共聚物為丙烯與乙烯或 α烯烴(1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-辛烯等)的共聚物。根據(jù)ASTM D 1238測定的聚丙烯的熔融指數(shù)(MFR)通常在1 55g/10分鐘的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1. 4 50g/10 分鐘的范圍內(nèi)。從高充填陶瓷粉末時的注射成形等熔融加工性的觀點考慮，特別優(yōu)選聚丙烯的MFR在10 40g/10分鐘的范圍內(nèi)，但不限于該范圍。
介電性復合材料中陶瓷粉末的含量優(yōu)選為30 80容量％。為了得到非常高的介電常數(shù)，更優(yōu)選為42 75容量％、特別優(yōu)選為45 70容量％。例如，為了得到18左右的介電常數(shù)，可含有75重量％ (42容量％)的陶瓷粉末。陶瓷粉末的含量過小時，難以得到具有所希望的高介電常數(shù)的介電性復合材料。另外，當陶瓷粉末的含量過小時，在合成樹脂基質(zhì)中該陶瓷粉末容易取向。陶瓷粉末的含量過大時，介電性復合材料的熔融加工性降低。 陶瓷粉末的容量％可基于陶瓷粉末的比重、合成樹脂的比重、及陶瓷粉末與合成樹脂的混合比來計算。
陶瓷粉末中可以將氧化鈦或各種鈦酸鹽分別單獨使用或組合兩種以上使用。在不損害本發(fā)明目的的范圍內(nèi)，也可以并用少量(以陶瓷粉末總量為基準，為小于或等于30容量％、大多情況下為小于或等于20容量％或10容量％)的其他陶瓷粉末。陶瓷粉末優(yōu)選鈦酸鈣。
作為本發(fā)明的介電性復合材料的制造方法，優(yōu)選下述方法將合成樹脂和陶瓷粉末按照規(guī)定的比率供給至單軸或雙軸擠出機，在大于或等于該合成樹脂的熔融溫度且小于熱分解溫度的溫度下熔融混煉，從安裝在該擠出機前端的?？跀D出股束，對該股束邊冷卻邊切割，從而進行顆?；?。通過使用介電性復合材料的顆粒以進行注射成形等熔融加工，可以得到具有均一組成的成形物。作為本發(fā)明的介電性復合材料的其他制造方法，也可以采用使用捏合機、密閉式混煉機等批量式混合機將各成分混合的方法。
本發(fā)明的陶瓷粉末可以不含稀有金屬，而提供顯示出極小的介質(zhì)消耗因數(shù)的介電性復合材料。為了得到介電性復合材料，需要在燒結(jié)后將燒結(jié)物粉碎，陶瓷的特性會由于該粉碎而發(fā)生變動。本發(fā)明的陶瓷粉末中，盡管將通過燒結(jié)而融合形成的固體(燒結(jié)物)粉碎，但通過與合成樹脂混煉，能夠提供顯示高的介電常數(shù)和顯著小的介質(zhì)消耗因數(shù)的介電性復合材料。由具備如上所述的物理性質(zhì)及特性的氧化鈦或鈦酸鹽形成的陶瓷粉末為新型粉末，且具有這些物理性質(zhì)和特性，因此，通過與合成樹脂混煉，可以得到發(fā)揮優(yōu)異特性的介電性復合材料。
本發(fā)明的介電性復合材料在高介電常數(shù)下顯示低介質(zhì)消耗因數(shù)，易于進行注射成形等熔融加工，因此，可以廣泛用于要求這些介電特性的技術領域中。作為要求這些介電特性的技術領域的代表性例子，可以列舉電介質(zhì)天線的天線基板。
作為電介質(zhì)天線，可以列舉(例如)微帶天線(接線天線)、狹縫天線、螺線天線、 偶極天線等。另外，作為電介質(zhì)天線，可以列舉下述天線將具有不同的多個頻帶的接線天線統(tǒng)一成一體的統(tǒng)一天線；在電路基板上配置有多種天線的復合天線；包含將介電性復合材料成形而成的透鏡主體的透鏡天線；等。
作為將本發(fā)明的介電性復合材料成形為天線基板的方法，可以列舉注射成形、壓縮成形、擠出成形、壓延成形等，其中，從成形加工性優(yōu)異、且可以容易地成形為復雜形狀的成形物的角度考慮，優(yōu)選注射成形。天線基板的形狀為具有平板、正方體、其他復雜的立體結(jié)構(gòu)的成形體等任意形狀。具備由本發(fā)明的介電性復合材料形成的天線基板的電介質(zhì)天線不僅可小型化，而且能夠提供復雜的形狀，因此可以容易地收納在各種形狀的筐體內(nèi)。
電介質(zhì)天線具有這樣的結(jié)構(gòu)在具有平板或正方體等各種形狀的天線基板上形成導體電路。參照圖3對電介質(zhì)天線的具體例進行說明。
使用介電性復合材料來形成平板，制作長40mmX寬40mmX厚2mm的天線基板 31。在該基板的背面整體粘貼用于接地的銅箔帶〔夕力+電機工業(yè)株式會社制⑶L025T或 ⑶L-50T〕32〔圖3(a)及(c)〕。在該基板的表面(天線面)，在中心附近粘貼比必要尺寸大的銅箔帶，用切割機切斷為預期的大小，形成由銅箔形成的補片33〔圖3(b)〕。在該基板的四角開設直徑3mm的安裝孔34。開設貫通銅箔帶32和33的直徑1. 4mm的供電點孔35。 在該基板的背面安裝SMA連接器36〔圖3(a)及(c)〕。將供電點的銷37焊接38。之后，一邊確認SMA連接器36處的反射特性(SWR) —邊進行補片33的微調(diào)。
作為在天線基板上形成導體電路的方法，除了粘貼銅箔帶的方法以外，還有通過無電解鍍敷法來鍍敷銅和/或鎳等金屬、并通過光刻法進行蝕刻使得鍍敷層成為所希望的圖案的方法。
實施例 下面列舉實施例及比較例對本發(fā)明進行更具體的說明。各種物理性質(zhì)及特性的測定法和評價法如下。
(1)平均粒徑 平均粒徑通過空氣透過法(菲舍爾法)測定。
O) BET比表面積 BET比表面積通過N2吸附的BET法測定。
(3)表觀密度 表觀密度根據(jù)JIS K 5101記載的方法測定。
(4)結(jié)晶度 結(jié)晶度基于X射線衍射的鈣鈦礦結(jié)晶結(jié)構(gòu)的主峰與其他結(jié)晶結(jié)構(gòu)的峰的強度比來求出。
(5)顆粒形狀 一次顆粒徑和顆粒形狀通過掃描型電子顯微鏡照片來判定。
(6)介電常數(shù)及介質(zhì)消耗因數(shù) 使用* 一二 Λ株式會社制造的攝動式空間共振裝置，測定在溫度25°C及頻率 2. 5GHz條件下的介電常數(shù)(ε r)及介質(zhì)消耗因數(shù)(tan δ )。具體而言，由將介電性復合材料成形而得到的平板切下三個長2mmX寬30mmX厚1. 5mm的試樣。如圖4所示，將共振器 41和矢量網(wǎng)絡分析儀42以及個人計算機43連接，在測定頻率2. 5GHz、測定環(huán)境溫度25°C 下進行測定。由共振器中插入有試樣的結(jié)構(gòu)以及未插入有試樣的結(jié)構(gòu)的共振頻率和Q值之差，求出介電常數(shù)和介質(zhì)消耗因數(shù)的測定值。求出三個試樣的測定值的平均值(n = 3)。
(7)天線評價法 使用圖5所示的裝置評價天線。將信號發(fā)生器(7 > ^ 7 MG3694A)51與安裝夾具(丙烯酸系樹脂板)52上安裝的反射板(鋁制IOOmmXlOOmm) 53相連接，在該反射板53 的一面安裝天線(接線天線)54。與之對向配置雙脊天線(7 K > r ^卜株式會社制造， 型號名TR17206，頻率1 18GHz，平均電力增益10. 7dB) 55，將該雙脊天線55與頻譜分析器 (7 7株式會社制造的MS^68C)56連接。測定結(jié)果示于個人計算機57。從信號發(fā)生器51到雙脊天線55，設置在20 30°C的電波暗室中。
[實施例1] 將碳酸鈣和氧化鈦稱量并混合以達到所希望的組成(Ca Ti = 50摩爾50摩爾)，在電爐中在1200°C下燒結(jié)2小時。將燒結(jié)物粉碎，得到平均粒徑1. 6 μ m、BET比表面積1. 2m2/g、表觀密度1. 2g/cm3、結(jié)晶度98%、且含有30容量％的一次顆粒粒徑小于或等于 l.Oym的小顆粒和70容量％的一次顆粒粒徑超過l.Oym的大顆粒的鈦酸鈣粉末(顆粒)。
[比較例1] 采用與實施例1相同的條件制作燒結(jié)物，不同之處在于，將燒結(jié)溫度變更為 IlOO0C。將該燒結(jié)物粉碎，得到平均粒徑0. 6 μ m、BET比表面積3. 4m2/g、表觀密度0. 6g/cm3、 結(jié)晶度94%、且含有70容量％的一次顆粒粒徑小于或等于1. 0 μ m的小顆粒和30容量％的一次顆粒粒徑超過1. 0 μ m的大顆粒的鈦酸鈣粉末(顆粒)。
[實施例2] 采用與實施例1相同的方法制作燒結(jié)物，但改變該燒結(jié)物的粉碎條件，以得到具有表1所示的平均粒徑和BET比表面積的鈦酸鈣粉末。將該鈦酸鈣粉末和聚丙烯(住友化學制造的AZ564 ；根據(jù)ASTM D 1238測定的MRF = 30g/10分鐘)以重量比85 15的比率 (容量比57 4 供給至雙軸擠出機，并在230°C下熔融混煉，從?？跀D出股束，邊進行急冷邊切割，從而制作顆粒。將該顆粒供給到注射成形機，在220°C下制作長40mmX寬40mmX 厚2mm的平板(天線評價試樣)、以及長40mmX寬40mmX厚1. 5mm的平板(切斷后成為介電常數(shù)和介質(zhì)消耗因數(shù)測定試樣)。結(jié)果示于表1。
[實施例3 9] 采用與實施例1相同的方法制作燒結(jié)物，但改變該燒結(jié)物的粉碎條件，以得到具有表1所示的平均粒徑和BET比表面積的7種鈦酸鈣粉末。除了使用這些鈦酸鈣以外，與實施例2 —樣，分別制作測定用的2種平板。結(jié)果示于表1。
[比較例2 4] 采用與比較例1相同的方法制作燒結(jié)物，改變該燒結(jié)物的粉碎條件，以得到具有表1所示的平均粒徑和BET比表面積的3種鈦酸鈣粉末。除了使用這些鈦酸鈣以外，與實施例2 —樣，分別制作測定用的2種平板。結(jié)果示于表1。
[表 1]
權利要求
1.一種由氧化鈦或鈦酸鹽形成的陶瓷粉末，其通過隊吸附法得到的BET比表面積在 0. 1 2. 0m2/g的范圍內(nèi)、且通過空氣透過法測得的平均粒徑在0. 8 100 μ m的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷粉末，其中，基于X射線衍射得到的鈣鈦礦結(jié)晶結(jié)構(gòu)的主峰與其他結(jié)晶結(jié)構(gòu)的峰的強度比而計算出的結(jié)晶度為大于或等于95%。
3.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷粉末，其中，根據(jù)日本工業(yè)標準JISK 5101測定的表觀密度在0. 8 10g/cm3的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷粉末，其含有5 50容量％的一次顆粒粒徑小于或等于 l.Oym的小顆粒以及50 95容量％的一次顆粒粒徑大于1. 0 μ m的大顆粒。
5.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷粉末，其中，由下式表示的K值為小于或等于2.5 K = BET比表面積(m2/g) /平均粒徑(μ m)。
6.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷粉末，其中，所述的由鈦酸鹽形成的陶瓷粉末為這樣的鈦酸鈣粉末其是通過將碳酸鈣和氧化鈦混合使得鈣和鈦的摩爾比在45 55 55 45 的范圍內(nèi)，將混合物在1150 1500°C的范圍內(nèi)的燒結(jié)溫度下燒結(jié)，接著將燒結(jié)物粉碎而獲得的，并且基于X射線衍射得到的鈣鈦礦結(jié)晶結(jié)構(gòu)的主峰與其他結(jié)晶結(jié)構(gòu)的峰的強度比而計算出的結(jié)晶度為大于或等于95%。
7.一種介電性復合材料，其含有合成樹脂和陶瓷粉末，其中，該陶瓷粉末為選自由氧化鈦及鈦酸鹽構(gòu)成的組中的至少一種陶瓷粉末，并且該陶瓷粉末的通過N2吸附法得到的BET 比表面積在0. 1 2. 0m2/g的范圍內(nèi)、且通過空氣透過法測得的平均粒徑在0. 8 100 μ m 的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權利要求7所述的介電性復合材料，其中，該陶瓷粉末的基于X射線衍射得到的鈣鈦礦結(jié)晶結(jié)構(gòu)的主峰與其他結(jié)晶結(jié)構(gòu)的峰的強度比而計算出的結(jié)晶度為大于或等于 95%。
9.根據(jù)權利要求7所述的介電性復合材料，其中，該陶瓷粉末的根據(jù)日本工業(yè)標準JIS K 5101測定的表觀密度在0. 8 lOg/cm3的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權利要求7所述的介電性復合材料，其中，該陶瓷粉末含有5 50容量％的一次顆粒粒徑小于或等于ι. ο μ m的小顆粒、以及50 95容量％的一次顆粒粒徑大于1. 0 μ m 的大顆粒。
11.根據(jù)權利要求7所述的介電性復合材料，其中，該陶瓷粉末的由下述式表示的K值為小于或等于2. 5:K = BET比表面積(m2/g) /平均粒徑(μ m)。
12.根據(jù)權利要求7所述的介電性復合材料，其中，所述介電性復合材料中該陶瓷粉末的含量在30 80容量％的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權利要求7所述的介電性復合材料，其中，所述合成樹脂為選自由聚烯烴樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚苯醚樹脂、及聚苯硫醚樹脂構(gòu)成的組中的至少一種熱塑性樹脂。
14.根據(jù)權利要求7所述的介電性復合材料，其中，使用攝動式空間共振裝置在溫度 25°C及頻率2. 5GHz的條件下測定的介電常數(shù)超過17且介質(zhì)消耗因數(shù)不足0. 0025。
15.一種電介質(zhì)天線，具有這樣的結(jié)構(gòu)在由權利要求7所述的介電性復合材料形成的電介質(zhì)基板上設有由導體電路形成的天線部。
全文摘要
本發(fā)明涉及由氧化鈦或鈦酸鹽形成的陶瓷粉末，該陶瓷粉末的通過N2吸附法得到的BET比表面積在0.1～2.0m2/g的范圍內(nèi)、且平均粒徑在0.8～100μm的范圍內(nèi)；含有合成樹脂以及所述陶瓷粉末的介電性復合材料；以及電介質(zhì)天線，在該電介質(zhì)天線中，在由所述介電性復合材料形成的電介質(zhì)基板上設有由導體電路形成的天線部。
文檔編號C01G23/00GK102186776SQ20098014090
公開日2011年9月14日 申請日期2009年9月7日 優(yōu)先權日2008年9月5日
發(fā)明者黑田昌利, 山下隆久, 真田和俊, 丸山伸介 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社, 戶田工業(yè)株式會社