(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂａ、Ｃｏ、ＦｅおよびIrを含むフェライト組成物であって、当該フェライト組成物がＺ型のヘキサフェライト相の粒およびＹ型のヘキサフェライト相の粒とを含み、
ここで、Ｚ型のヘキサフェライト相が
Ｂａ３Ｃｏ（２＋ｘ）ＩｒｘＦｅ（２４−２ｘ）Ｏ４１
式中、ｘ＝０．１２〜０．１５で表されるか、または、
式中、ｘ＝０．０５〜０．２０で表され、かつ、Ｚ型のヘキサフェライト相が６５ｖｏｌ％〜９７．５ｖｏｌ％の範囲にあり、およびＹ型のヘキサフェライト相が２．５ｖｏｌ％〜３５ｖｏｌ％の範囲にある、
の少なくとも１つである、前記フェライト組成物。
【請求項２】
ｘ＝０．０５〜０．２０であり、かつ、Ｚ型のヘキサフェライト相が６５ｖｏｌ％〜９７．５ｖｏｌ％の範囲にあり、およびＹ型のヘキサフェライト相が２．５ｖｏｌ％〜３５ｖｏｌ％の範囲にある、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項３】
ｘ＝０．１２〜０．１５である、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項４】
ｘ＝０．１２〜０．１５であり、かつ、Ｚ型のヘキサフェライト相が６５ｖｏｌ％〜９７．５ｖｏｌ％の範囲にあり、およびＹ型のヘキサフェライト相が２．５ｖｏｌ％〜３５ｖｏｌ％の範囲にある、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項５】
Ｚ型のヘキサフェライト相が６５ｖｏｌ％〜９７．５ｖｏｌ％の範囲にあり、およびＹ型のヘキサフェライト相が残りを含む、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項６】
さらにＢｉ２Ｏ３を０．２〜５．０重量％の範囲で含む、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項７】
Ｂｉ２Ｏ３がＺ型のヘキサフェライト相とＹ型のヘキサフェライト相の粒界にある、請求項６に記載のフェライト組成物。
【請求項８】
フェライト組成物が７から８の範囲の実誘電率を有する、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項９】
フェライト組成物が７から８の範囲の実透磁率を有する、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項１０】
フェライト組成物の実誘電率とフェライト組成物の実透磁率が10％以内で等しい、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項１１】
フェライト組成物が３％以内で自由空間のインピーダンスに一致する特性インピーダンスを有する、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項１２】
フェライト組成物が、０．６５〜０．８５ＧＨｚの周波数域に対して、０．０５〜０．０７の範囲にある誘電損失正接ｔａｎδεを有する、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項１３】
フェライト組成物が、０．６５〜０．８５ＧＨｚの周波数域に対して、０．０７〜０．２９の範囲にある磁気損失正接ｔａｎδμを有する、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項１４】
フェライト組成物が、周波数０．８ＧＨｚにおける誘電損率ｔａｎδε／ε’＝０．００８±２０％を有する、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項１５】
フェライト組成物が、周波数０．８ＧＨｚにおける磁気損失率ｔａｎδμ／μ’＝０．０３７±１０％を有する、請求項１に記載のフェライト組成物。
【請求項１６】
請求項１に記載のフェライト組成物を含む部品。
【請求項１７】
部品がアンテナ、フィルタ、インダクタ、サーキュレータ、または位相シフタである、請求項１６に記載の部品。
【請求項１８】
部品がマイクロ波アンテナである、請求項１６に記載の部品。
【請求項１９】
部品が０．１ＧＨｚ以上の周波数で動作可能のアンテナである、請求項１８に記載の部品。
【請求項２０】
部品が０．３ＧＨｚ以上の周波数で動作可能のアンテナである、請求項１８に記載の部品。
【請求項２１】
部品が０．１〜１．５ＧＨｚで動作可能のアンテナである、請求項１８に記載の部品。
【請求項２２】
部品が０．３〜１．０ＧＨｚで動作可能のアンテナである、請求項１８に記載の部品。
【請求項２３】
（ａ）Ｆｅ、Ｂａ、Ｃｏ、およびＩｒを含むヘキサフェライト相前駆体化合物を提供する工程と、
（ｂ）ヘキサフェライト相前駆体化合物を空気中で焼成し、Ｚ型のヘキサフェライト相およびＹ型のヘキサフェライト相を含む材料を形成する工程と
を含む、フェライト組成物の製造方法であって、
ここで、フェライト組成物がＺ型のヘキサフェライト相の粒およびＹ型のヘキサフェライト相の粒とを含み、Ｚ型のヘキサフェライト相が
Ｂａ３Ｃｏ（２＋ｘ）ＩｒｘＦｅ（２４−２ｘ）Ｏ４１
式中、ｘ＝０．１２〜０．１５で表されるか、または、
式中、ｘ＝０．０５〜０．２０で表され、かつ、Ｚ型のヘキサフェライト相が６５ｖｏｌ％〜９７．５ｖｏｌ％の範囲にあり、およびＹ型のヘキサフェライト相が２．５ｖｏｌ％〜３５ｖｏｌ％の範囲にある、
の少なくとも１つである、前記方法。
【請求項２４】
ヘキサフェライト相前駆体化合物がＦｅ、Ｂａ、Ｃｏ、およびＩｒの酸化物を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ヘキサフェライト相前駆体化合物が、ＩｒＯ２、ＢａＣＯ３、Ｃｏ３Ｏ４、およびＦｅ２Ｏ３を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
ヘキサフェライト相前駆体化合物が、０．２〜２重量％のＩｒＯ２、２０〜２５重量％のＢａＣＯ３、５〜７重量％のＣｏ３Ｏ４、および６８〜７４重量％のＦｅ２Ｏ３を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
工程（ｂ）において、前駆体化合物が１０００〜１２００℃で、２〜１０時間焼成される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
工程（ｂ）の後で、Ｂｉ２Ｏ３を添加する工程をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
Ｂｉ２Ｏ３が０．２〜５．０重量％の範囲にある、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
（ｃ）工程（ｂ）において形成された材料を粉砕して粉体混合物を形成する工程と、
（ｄ）粉体混合物を焼結する工程と
をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
粉体混合物を１２５０〜１２８０℃で焼結する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
粉体混合物を２〜１０時間焼結する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
粉体混合物を酸素雰囲気で焼結する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
工程（ｄ）の前に、粉体混合物を成形体に形成する工程をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
粉体混合物にバインダーを添加する工程をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
バインダーがポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリエチレングリコール、およびポリ（アルキレンカーボナート）からなる群から選択される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
ポリビニルアルコールが８重量％〜１２重量％の粉体混合物を含む、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、「極超短波応用（０．３〜１ＧＨｚ）のための同一の誘電率及び透磁率を有する低損失率のＣｏ２Ｚフェライト複合材」と題する２０１４年７月３１日に出願された米国仮出願第６２／０３１，３６９号の３５§１１９（ｅ）に基づく優先権を主張し、参照によってその開示が本明細書に組み入れられる。
連邦援助研究または開発に関する陳述
適用なし
【０００２】
さまざまな商業および防衛関連産業において特に注目されている極超短波（ＵＨＦ）、Ｌバンド、およびＳバンド用途で使用されるデバイスの絶えず増加する要望を満たすために、改善された性能および小型化が必要とされており、レーダおよび近代的な無線通信システムにおける重要な構成要素として、小型のアンテナ素子が絶えず開発されている。しかしながら、このような極超短波応用に使用するフェライト材料を開発することは困難であった。既知のフェライト材料は、高周波数での比較的高い磁気損失を示し、実用的なアンテナの設計の要求を満たさない。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、極超短数（ＵＨＦ）範囲で動作する電気機器の磁性材料として有用なフェライト組成物に関する。フェライト組成物は、Ｂａ、ＣｏおよびＩｒを含み、Ｚ型ヘキサフェライト相およびＹ型ヘキサフェライト相を含有する。本発明はまた、フェライト組成物を製造する方法および該フェライト組成物を含む部品またはデバイスに関する。
【０００４】
本発明の他の側面には以下のものが含まれる：
１．Ｂａ、Ｃｏ、ＦｅおよびIrを含むフェライト組成物であって、当該フェライト組成物がＺ型のヘキサフェライト相およびＹ型のヘキサフェライト相を含む、前記フェライト組成物。
２．式
Ｂａ３Ｃｏ（２＋ｘ）ＩｒｘＦｅ（２４−２ｘ）Ｏ４１
式中、ｘ＝０．０５〜０．２０
で表される項目１に記載のフェライト組成物。
３．ｘ＝０．１２〜０．１５である、項目２に記載のフェライト組成物。
４．Ｚ型のヘキサフェライト相が６５ｖｏｌ％〜９７．５ｖｏｌ％の範囲にあり、およびＹ型のヘキサフェライト相が２．５ｖｏｌ％〜３５ｖｏｌ％の範囲にある、項目１〜３のいずれかに記載のフェライト組成物。
５．Ｚ型のヘキサフェライト相が６５ｖｏｌ％〜９７．５ｖｏｌ％の範囲にあり、およびＹ型のヘキサフェライト相が残りを含む、項目１〜３のいずれかに記載のフェライト組成物。
６．さらにＢｉ２Ｏ３を０．２〜５．０重量％の範囲で含む、項目１〜４のいずれかに記載のフェライト組成物。
７．Ｂｉ２Ｏ３がＺ型のヘキサフェライト相とＹ型のヘキサフェライト相の粒界にある、項目１〜４、６のいずれかに記載のフェライト組成物。
８．フェライト組成物が約７から約８の範囲の実誘電率を有する、項目１〜７のいずれかに記載のフェライト組成物。
９．フェライト組成物が約７から約８の範囲の実透磁率を有する、項目１〜８のいずれかに記載のフェライト組成物。
１０．フェライト組成物の実誘電率とフェライト組成物の実透磁率が１０％以内で等しい、項目１〜９のいずれかに記載のフェライト組成物。
【０００５】
１１．フェライト組成物が３％以内で自由空間のインピーダンスに一致する特性インピーダンスを有する、項目１〜１０のいずれかに記載のフェライト組成物。
１２．フェライト組成物が、０．６５〜０．８５ＧＨｚの周波数域に対して、０．０５〜０．０７の範囲にある誘電損失正接ｔａｎδεを有する、項目１〜１１のいずれかに記載のフェライト組成物。
１３．フェライト組成物が、０．６５〜０．８５ＧＨｚの周波数域に対して、０．０７〜０．２９の範囲にある磁気損失正接ｔａｎδμを有する、項目１〜１２のいずれかに記載のフェライト組成物。
１４．フェライト組成物が、周波数０．８ＧＨｚにおける誘電損率ｔａｎδε／ε’＝０．００８±２０％を有する、項目１〜１３のいずれかに記載のフェライト組成物。
１５．フェライト組成物が、周波数０．８ＧＨｚにおける磁気損失率ｔａｎδμ／μ’＝０．０３７±１０％を有する、項目１〜１４のいずれかに記載のフェライト組成物。
１６．項目１〜１５のいずれかに記載のフェライト組成物を含む部品。
１７．部品がアンテナ、フィルタ、インダクタ、サーキュレータ、または位相シフタである、項目１〜１６のいずれかに記載の部品。
１８．部品がマイクロ波アンテナである、項目１〜１７のいずれかに記載の部品。
１９．部品が０．１ＧＨｚ以上の周波数で動作可能のアンテナである、項目１〜１８のいずれかに記載の部品。
２０．部品が０．３ＧＨｚ以上の周波数で動作可能のアンテナである、項目１〜１９のいずれかに記載の部品。
【０００６】
２１．部品が０．１〜１．５ＧＨｚで動作可能のアンテナである、項目１〜１８のいずれかに記載の部品。
２２．部品が０．３〜１．０ＧＨｚで動作可能のアンテナである、項目１〜１８および２２のいずれかに記載の部品。
２３．（ａ）Ｆｅ、Ｂａ、Ｃｏ、およびＩｒを含むヘキサフェライト相前駆体化合物を提供する工程と、
（ｂ）ヘキサフェライト相前駆体化合物を空気中で焼成し、Ｚ型のヘキサフェライト相およびＹ型のヘキサフェライト相を含む材料を形成する工程と
を含む、フェライト組成物の製造方法。
２４．ヘキサフェライト相前駆体化合物がＦｅ、Ｂａ、Ｃｏ、およびＩｒの酸化物を含む、項目２３に記載の方法。
２５．ヘキサフェライト相前駆体化合物が、ＩｒＯ２、ＢａＣＯ３、Ｃｏ３Ｏ４、およびＦｅ２Ｏ３を含む、請求項２３または２４に記載の方法。
２６．ヘキサフェライト相前駆体化合物が、０．２〜２重量％のＩｒＯ２、２０〜２５重量％のＢａＣＯ３、５〜７重量％のＣｏ３Ｏ４、および６８〜７４重量％のＦｅ２Ｏ３を含む、項目２３〜２５のいずれかに記載の方法。
２７．工程（ｂ）において、前駆体化合物が１０００〜１２００℃で、２〜１０時間焼成される、項目２３〜２６のいずれかに記載の方法。
２８．工程（ｂ）の後で、Ｂｉ２Ｏ３を添加する工程をさらに含む、項目２３〜２７のいずれかに記載の方法。
２９．Ｂｉ２Ｏ３が０．２〜５．０重量％の範囲である、項目２３〜２８のいずれかに記載の方法。
【０００７】
３０．（ｃ）工程（ｂ）において形成された材料を粉砕して粉体混合物を形成する工程と、
（ｄ）粉体混合物を焼結する工程と
をさらに含む、項目２３〜２９のいずれかに記載の方法。
３１．粉体混合物を１２５０〜１２８０℃で焼結する、項目２３〜３０のいずれかに記載の方法。
３２．粉体混合物を２〜１０時間焼結する、項目２３〜３１のいずれかに記載の方法。
３３．粉体混合物を酸素雰囲気で焼結する、項目２３〜３２のいずれかに記載の方法。
３４．工程（ｄ）の前に、粉体混合物を成形体に形成する工程をさらに含む、項目２３〜３３のいずれかに記載の方法。
３５．粉体混合物にバインダーを添加する工程をさらに含む、項目２３〜３４のいずれかに記載の方法。
３６．バインダーがポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリエチレングリコール、およびポリ（アルキレンカーボナート）からなる群から選択される、項目２３〜３５のいずれかに記載の方法。
３７．ポリビニルアルコールが８重量％〜１２重量％の粉体混合物を含む、項目２３〜３６のいずれかに記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明からより十分に理解されるであろう：
【図１Ａ】図１Ａは、Ｍ型相のヘキサフェライトの結晶構造模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、Ｚ型相のヘキサフェライトの結晶構造模式図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、Ｙ型相のヘキサフェライトの略結晶模式構造図である。
【図２】図２は、本発明によるフェライト組成物の走査電子顕微鏡写真である。
【図３】図３は、種々のイリジウ濃度（ｘ）における複合フェライト試料のＸ線回折パターンを説明するグラフである。
【図４】図４は、種々のイリジウム濃度（ｘ）におけるＺ型相、Ｙ型相の相％を説明するグラフである。
【図５】図５は、概算および実験データを示すさまざまなＣｏ２Ｚ容積分率における実誘電率と透磁率のグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、０．８ＧＨｚでのさまざまなイリジウム濃度における複合フェライトの実誘電率と透磁率を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、０．８ＧＨｚでのさまざまなイリジウム濃度における誘電率、透磁率、誘電損失正接ｔａｎδε、および磁気損失正接ｔａｎδμのパーセント変化を示すグラフである。
【図７】図７は、０．３〜１．０ＧＨｚの間の試料Ａ，Ｂ，Ｃの３試料の実誘電率、実透磁率、誘電および磁気損失正接のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この出願は、２０１４年７月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／０３１，３６９号「極超短波応用（０．３〜１ＧＨｚ）のための同一の誘電率および透磁率を有する低損失率Ｃｏ２Ｚフェライト複合材」の全開示を参照して組み入れる。
【００１０】
六方晶フェライトまたはヘキサフェライトは、六方晶構造を有し、磁気特性を発揮する酸化鉄系セラミック化合物の一種である。Ｚ型フェライト、Ｂａ３Ｍｅ２Ｆｅ２４Ｏ４１、Ｙ型フェライト、Ｂａ２Ｍｅ２Ｆｅ１２Ｏ２２、ここで、Ｍｅは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎなどの小さな２＋カチオンであり得る、を含むいくつかのタイプまたはファミリーのヘキサフェライトが知られている。Ｂａの代わりにＳｒを用いることができる。他のヘキサフェライト型としては、Ｍ型フェライト（（Ｂａ、Ｓｒ）Ｆｅ１２Ｏ１９）、Ｗ型フェライト（（Ｂａ、Ｓｒ）Ｍｅ２Ｆｅ１６Ｏ２７）、Ｘ型フェライト（（Ｂａ、Ｓｒ）２Ｍｅ２Ｆｅ２８Ｏ４６）、Ｕ型フェライト（（Ｂａ、Ｓｒ）４Ｍｅ２Ｆｅ３６Ｏ６０）が挙げられる。
【００１１】
高い透磁率および低い遮断周波数を有するスピネルフェライトと比較して、コバルト置換バリウムＹ型（Ｃｏ２Ｙ）およびＺ型（Ｃｏ２Ｚ）ヘキサフェライトなどのいくつかのヘキサフェライトは、はるかに高い強磁性共鳴周波数および透磁率を有する。これらの磁気特性は、これらの六角形フェライトを、アンテナ、フィルタ、インダクタ、およびサーキュレータなどの高周波応用およびデバイスにおいて魅力的にする。極超短波（ＵＨＦ）の範囲は０．３ＧＨｚ〜３ＧＨｚである。マイクロ波の周波数範囲は、０．３ＧＨｚ〜３００ＧＨｚである。しかし、比透磁率μおよび比誘電率εが等しいまたは実質的に等しい値、ならびに低磁気および誘電損失正接（ｔａｎδμ、ｔａｎδε）および損失率（ｔａｎδμ／μ、ｔａｎδε／ε）を有する高周波およびマイクロ波デバイスを設計することは困難であった。（本明細書では、透磁率および誘電率の値は、それぞれ、比透磁率および比誘電率である）。
【００１２】
本発明は、極超短波（ＵＨＦ）およびマイクロ波用途における動作に適したフェライト組成物に関する。特に、Ｂａ、ＣｏおよびＩｒを含み、Ｚ型ヘキサフェライト相およびＹ型ヘキサフェライト相を有するフェライト組成物が提供される。Ｙ型相は、イリジウムのドーピングを伴う二次相として現れ、誘電および磁気損失を減少させるのに役立つ。フェライト組成物は、式：
Ｂａ３Ｃｏ（２＋ｘ）ＩｒｘＦｅ（２４−２ｘ）Ｏ４１
を有する。いくつかの態様において、ｘ＝０．０５〜０．２である。他の態様において、ｘ＝０．１２〜０．１５である。
【００１３】
表１にＹ型およびＺ型のヘキサフェライトのいくつかの特性を示す。
【表１】
0006637959.tif 000002
【００１４】
Ｍ型相、Ｙ型相、およびＺ型相ヘキサフェライトの模式的な結晶構造図を図１Ａ〜図１Ｃに示す。フェライト化合物は、Ｒ層、Ｓ層、およびＴ層またはこれらの層のわずかな改質から作られる。
【００１５】
本発明のフェライト組成物のいくつかの態様において、Ｘ型相は６５重量％〜９７．５重量％の範囲であり、残りはＹ型相である。いくつかの態様において、粒径は１００〜２００μｍの範囲であり得る。フェライト組成物の顕微鏡写真を図２に示す。
【００１６】
フェライト組成物は、ＵＨＦ範囲内に低い誘電損失係数および磁気損失係数を有する。いくつかの態様において、フェライト組成物は、０．８ＧＨｚの周波数において誘電損率ｔａｎδε／ε’＝０．００８±２０％および磁気損失率ｔａｎδμ／μ' = ０．０３７±１０％を有する。
【００１７】
いくつかの態様において、Ｂｉ２Ｏ３をフェライト組成物に添加することができる。Ｚ型ヘキサフェライト相およびＹ型ヘキサフェライト相の粒界に存在するＢｉ２Ｏ３の添加は、低い磁気および誘電損失係数を維持しながら、等しいまたは実質的に等しい透磁率および誘電率を有する組成物を達成するのに役立つ。いくつかの態様において、Ｂｉ２Ｏ３は０．２〜５．０重量％の範囲であり得る。
【００１８】
いくつかの態様において、フェライト組成物は、約７〜約８の範囲の実誘電率、および約７〜約８の実透磁率を有する。一態様において、実誘電率は、フェライト組成物の１０％以内で実透磁率に等しい。他の態様において、実誘電率および実透磁率は、１５％以内、５％以内、２％以内または１％以内で等しくあり得る。フェライト組成物は、３％以内で自由空間のインピーダンスに適合する特性インピーダンスを有し得る。他の態様において、特性インピーダンスは、５％以内、２％以内または１％以内で自由空間のインピーダンスと一致し得る。
【００１９】
フェライト組成物は、任意の適切な方法で製造することができる。一態様において、フェライト組成物は、Ｉｒ、ＢａおよびＣｏを含有するヘキサフェライト相前駆体化合物を提供することによって製造することができる。前駆体化合物を空気中で焼成して、Ｚ型ヘキサフェライト相およびＹ型ヘキサフェライト相を含む材料を形成する。得られた材料を粉砕して、成形および焼結して固体を形成することができる粉末混合物を形成し得る。
【００２０】
例示的な一態様において、ＩｒＯ２、ＢａＣＯ３、Ｃｏ３Ｏ４およびＦｅ２Ｏ３の混合物が提供される。適切な量は、０．２〜２重量％のＩｒＯ２、２０〜２５重量％のＢａＣＯ３、５〜７重量％のＣｏ３Ｏ４、および６８〜７４重量％のＦｅ２Ｏ３である。混合物を空気中で焼成して、Ｚ型およびＹ型ヘキサフェライト相を形成する。得られた材料を粉砕し、ボールミル粉砕して粉末混合物を形成する。焼成工程の後、粉末混合物に０．２〜５．０重量％の範囲のＢｉ２Ｏ３を添加することができる。粉末混合物は、成形体に成形され、バインダーの添加により成形体形状を維持するのを助ける。適切なバインダーとしては、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリエチレングリコール、またはポリ（アルキレンカーボナート）が挙げられる。バインダーは、粉末混合物の８〜１２重量％の範囲であり得る。バインダーは、後の焼結中に焼結する。
【００２１】
成形体は適当な温度で適当な時間焼結される。いくつかの態様において、成形体は１２５０〜１２８０℃で焼結することができる。いくつかの態様において、成形体を２〜１０時間焼結することができる。誘電損失を減少させるために、酸素雰囲気中で焼結することができる。例えば、Ｏ２ガスは０．５〜２ｌ／mの流量で流入することができる。
【００２２】
焼結部品は、用途に応じて、切削および研磨などの任意の所望の仕方で仕上げることができる。
他の態様において、粉末混合物は、焼結前のテープキャスティングまたは付加製造などの機構によって形成することができる。
フェライト組成物は、高周波またはマイクロ波アンテナ、フィルタ、インダクタ、サーキュレータまたは位相シフタのようなＵＨＦ範囲内で動作可能なさまざまなデバイスに使用することができる。いくつかの態様において、デバイスは、０．１ＧＨｚを超える周波数で動作可能であり、他の態様では、０．３ＧＨｚを超える周波数で動作可能である。このデバイスは、０．１〜１．５ＧＨｚの周波数範囲にわたって動作可能である。他の態様において、デバイスは、０．３〜１．０ＧＨｚの周波数範囲にわたって動作可能である。かかるデバイスは、商業および軍事応用、気象レーダ、科学通信、移動および無線通信、自律走行車、航空機通信、宇宙通信、衛星通信、および監視に使用することができる。
【００２３】
実施例１
Ｂａ３Ｃｏ２＋ｘＩｒｘＦｅ２４−２ｘＯ４１（ここで、ｘ＝０、０．０５、０．１０、０．１５および０．２０）の組成を有する多結晶性のＣｏ２Ｚフェライトを、セラミックプロセスによって調製した。ＢａＣＯ３、ＩｒＯ２、Ｃｏ３Ｏ４およびＦｅ２Ｏ３の原料を大気中１０００℃で６時間焼成してフェライト相を形成させた後、粗粉砕し、ボールミル粉砕をした。９０容積％のフェライト微粉末と１０容積％のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）バインダーを含む混合物を調製し、外径７ｍｍ、内径３ｍｍ、幅約２ｍｍのトロイドにプレスした。この試料サイズは、マイクロ波測定に適している。フェライト試料を酸素雰囲気中で１２５０〜１２８０℃で４時間焼結した。
【００２４】
得られたフェライト組成物の結晶構造のＸ線回折（ＸＲＤ）によるキャラクタリゼーションにより、イリジウム量が増加するにつれて、Ｙ型相の量が増加するＺ型相が明らかになった。Ｙ型相は、イリジウムのドーピングによって二次相として現れ、誘電および磁気損失を減少させるのに役立った。測定されたマイクロ波誘電特性および磁気特性は、ｘ＝０．１２〜０．１５のイリジウムの添加により、０．８ＧＨｚにおいて誘電損失ｔａｎδεおよび磁気損失ｔａｎδμがそれぞれ８０％および９０％減少したことを示した。
【００２５】
結晶構造は、Philips X'pert PRO回折計を用いて、ＣｕＫα線を用いたθ−２θ幾何学的形状の室温で、Ｘ線回折測定によって決定した。複素誘電率および透磁率スペクトルは、Agilent E864A 45MHz-50GHz PNAシリーズネットワークアナライザと７ｍｍ  ＨＰ  ８５０５０Ｃ精密エアラインを使用して、０．３−１ＧＨｚの周波数範囲にわたって測定した。
【００２６】
図３に示すように、全ての回折線は、Ｚ型またはＹ型のヘキサフェライト結晶相のいずれかに索引付けされた。図３では、Ｚ型相が実線で示され、Ｙ型相がピークにおいて点で示されている。Ｚ型相は、１２００℃以上の温度で熱処理すると支配的な相である。イリジウムの量は、ｘ＝０、０．０５、０．１、０．１５、０．２で示される。図３に示すように、イリジウムが存在しない、ｘ＝０である場合、結果は、少量のＹ型相を有する概ね純粋なＺ型相を示す。イリジウムが増加すると、Ｙ型ピークの量が増加するだけでなく、ピーク強度も増加することがわかる。Ｚ型およびＹ型相の量をＸＲＤデータに基づいて計算し、その割合を図４に示す。イリジウムの量xが０．２に増加すると、Ｚ型相の重量パーセントは９７．５％から６５．１％に減少した。イリジウムによるドーピングは、結晶構造を準単一相から二相系に変化させることが分かる。
【００２７】
複合フェライトのマイクロ波特性への影響を調べるために実効的な媒体近似を使用した。最も一般的な理論はＭａｘｗｅｌｌ−Ｇａｒｎｅｔ（ＭＧ）とＢｒｕｇｇｅｍａｎ方程式である。ＭＧモデルは、一般に、小さいまたは高い充填係数に対して有効であると予想され、Ｂｒｕｇｇｅｍａｎモデルでは、２つの相が等しく寄与する。したがって、Ｂｒｕｇｇｅｍａｎモデルは中程度の充填係数によく使用される。この場合、Ｚ型位相が支配的であるため、ＭＧ近似が適用される。複合フェライトがランダム分布を有する球形介在物からなると仮定すると、フェライト組成物の実効誘電率εeおよび実効透磁率μeは、以下の式によって与えられる：
【数１】
0006637959.tif 000003
ここでεZ、εY、μY、μZはそれぞれＺ型相とＹ型相の比誘電率と比透磁率、pはＺ型相の体積分率である。 
【００２８】
体積分率の変化を伴うフェライト組成物の実効誘電率および実効透磁率の実数部を図５に示す。ドットおよび四角の記号は実験データを表し、点線は式（１）および（２）を適用することによる最良適合の結果である。Ｙ型およびＺ型フェライトはほぼ同じかさ密度  〜５．３ｇ／ｃｍ３を有するので、計算された相の重量比は容易に体積分率に変換することができ、これは図３のｘ軸に沿って示される。実験と理論との関係は、ＭＧ近似を用いてよく一致している。
【００２９】
０．８ＧＨｚでのイリジウムによるドーピングによって影響を受ける複合フェライトの実誘電率および実透磁率の値を図６Ａに示す。図６Ａの４つの曲線は、実誘電率、実透磁率、誘電損失および磁気損失を示す。軽くドープされた試料の場合、４つのパラメータは大きく減少した。イリジウム含有量がさらに増加すると、これらのパラメータはより緩やかに減少する。損失ｔａｎδεおよび損失ｔａｎδμの値は、ｘ＝０．１２で最小値を満たし、次に増加し、それは図６Ｂに見られる。種々のイリジウム量を用いたパラメータの変化率を図６Ｂに示す。実誘電率と実透磁率がそれぞれ３０％と５０％減少したのに対し、イリジウム量ｘ＝０．１２と０．１５では、損失ｔａｎδεと損失ｔａｎδμの値はそれぞれ８０％と９０％減少した。誘電損失と磁気損失の減少は、実誘電率と実透磁率の減少の約２倍である。
【００３０】
実施例２
複合フェライトの実および複素の誘電率および透磁率に及ぼす添加剤Ｂｉ２Ｏ３の影響も調べた。マイクロ波測定のために、さまざまな量のＢｉ２Ｏ３（０．２〜５．０重量％の範囲）およびイリジウム量（ｘ＝０．１２〜０．１５）でＡ、ＢおよびＣとラベル付けされた試料を調製した。Ｂｉ２Ｏ３およびＩｒの量を表2に示す。
【表２】
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【００３１】
図５は、０．３ＧＨｚから１ＧＨｚの周波数範囲における３つの試料の相対実誘電率ε'および実透磁率μ'スペクトルならびに誘電損失および磁気損失を示す。実誘電率ε'の値は、３つの試料すべてについて実透磁率μ'の値に非常に近い。試料Ｃは、実誘電率ε'と実透磁率μ'のほぼ等しい値で自由空間に対するインピーダンス一致における最高性能を示している。誘電体損失と磁気損失は、バリウムＺ型フェライトの報告データ（例えば、０．８ＧＨｚで０．５〜１．０の磁気損失tanδμ）と比較して、０．５ＧＨｚ〜０．９ＧＨｚの周波数において、３つの試料の誘電損失tanδεおよび磁気損失tanδμが比較的低い。サンプルＡは、０．６〜１．０ＧＨｚの高周波範囲でサンプルＢおよびＣよりも低い磁気損失を示す。
【００３２】
５つの異なる周波数における実誘電率ε'、実透磁率μ’、損失ｔａｎδεおよび損失ｔａｎδμ、および損失係数ｔａｎδε／ε’およびｔａｎδμ／μ’の詳細な結果を表３に要約する。μ’／ε’の値は、試料Ｃでは０．６５ＧＨｚから０．８５ＧＨｚの周波数範囲にわたって１．０にほぼ等しく、特性インピーダンスは自由空間インピーダンスと同じであることが認められる。周波数範囲全体にわたる全サンプルの損失ｔａｎδεは、０．６５〜０．８５ＧＨｚの周波数範囲にわたって０．０５〜０．０９の範囲内で低く、０．０７付近にとどまっている。損失ｔａｎδμは０．６５ＧＨｚから０．８５ＧＨｚまでの周波数で０．０７から０．２９に増加する。これは、サンプルのＦＭＲ周波数の結果に近づく周波数の結果である。さらに、損失係数（ｔａｎδε／ε’およびｔａｎδμ／μ'）は、フェライト材料の総合性能評価を行うために、０．８ＧＨｚでそれぞれ０．００８および０．０３７と計算されている。上記のように、本フェライト組成物の０．８ＧＨｚにおける磁気損失０．２７、および０．８ＧＨｚでの損失係数０．０３７は、ＵＨＦで報告されたフェライトの中で最も低い値を示す。
【００３３】
表３：５つの異なる周波数におけるサンプルＡ，Ｂ，Ｃのε’、μ’、ｔａｎδε、ｔａｎδμ、損失ｔａｎδε、損失ｔａｎδμ
【表３】
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【００３４】
本明細書に記載の態様のさまざまな特徴は、さまざまな方法で組み合わせることができることが理解されよう。例えば、一態様に関連して説明された特徴は、その態様と関連して明示的に記載されていなくても、別の態様に含まれていればよい。
本発明を特定の好ましい態様と共に記載した。本発明は、示され記載された構造、動作、正確な材料または態様の正確な詳細に限定されず、本明細書に開示された態様に対するさまざまな変更、等価物の置換、組成物の変更、およびその他の変更があることは当業者には明らかであろうことを理解されたい。
【図１Ａ−Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ−Ｂ】
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【図７】
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