CN101412624A - 电波吸收体 - Google Patents

Abstract

本发明是一种包含MnZn铁氧体烧结体的电波吸收体，该电波吸收体具有以下主成分：氧化铁以Fe₂O₃换算计为45.0～49.0摩尔％、氧化锌以ZnO换算计为19.0～23.0摩尔％、以及氧化锰以MnO换算计为28.0～36.0摩尔％；相对于该主成分100重量份，作为副成分分别含有特定量的氧化钴、氧化硅、以及氧化钙，由于形成这样的结构，因而能够谋求更进一步降低成本，而且在居里温度、配合厚度、电波吸收特性的温度特性、频率特性上也能够发挥优异的效果。

Description

电波吸收体

技术领域

本发明涉及一种由主成分中不包含Ni的MnZn系铁氧体(ferrite)材料构成的电波吸收体，还涉及在电波暗室或电波吸收壁等中使用的电波吸收体。

背景技术

近年来，随着信息通信技术的发展、或者各种各样的电气设备的普及，出现了不需要的电磁噪声影响精密仪器相关装置的问题。

这样的电磁噪声的测定需要没有电磁波反射的电波暗室(电波无响应室)，在电波暗室的内壁上使用电波吸收体。

另外，为了防止电视电波被高层建筑等反射而产生的接收障碍，而在建筑物等的外壁使用电波吸收体。

这样的电波吸收体由于大量用于电波暗室的内部或外壁等，因而要求产品成本低。

作为已有的电波吸收体，例如作为在40MHz～450MHz频带的范围内具有反射衰减量在20dB以上的特性的电波吸收体，有镁-锌系铁氧体烧结的电波吸收体、镍-锌系铁氧体烧结的电波吸收体、锰-镍-铜-锌系铁氧体等。

这些铁氧体中，镁-锌系铁氧体材料是原料成本较低的材料，但是电波吸收体的配合(整合)厚度为8mm左右的较大值，因而使电波暗室的内壁或建筑物等的外壁使用的电波吸收体的总重量的降低受到限制。

另一方面，以含镍作为主要成分的铁氧体可以说是得到所需的电波吸收体特性的理想的材料，但是成本高，与以降低成本为目的的本申请发明的主旨不符。另外，测定精密仪器相关装置的电磁噪声的电波暗室中，评价电磁噪声的频带范围是标准化的，要求在30～1000MHz范围的反射衰减量在20dB以上。

作为与本申请发明相关的现有技术，有日本特开2005-179092号公报。该现有技术中，其用途不限于电波吸收体，但涉及与本申请发明的组成类似的Mn-Co-Zn系铁氧体。而且，在该现有技术中，作为与本申请发明的组成范围接近的实施例的组成，有段落〔0038〕的表1中记载的试样号1～9。现有技术的试样号1～9的组成为：Fe₂O₃＝45.5摩尔％、MnO＝31.5摩尔％、ZnO＝21.0摩尔％、CoO＝2.0摩尔％。

如果将该试样号1～9中的Fe₂O₃、MnO、以及ZnO作为主成分，将CoO作为副成分考虑，换算为与本申请发明相同的表示，则试样号1～9为主成分：Fe₂O₃＝46.43摩尔％、MnO＝32.14摩尔％、ZnO＝21.43摩尔％，副成分：CoO＝13380重量ppm。该现有技术的组成范围不能带来本发明所希望的目标效果。这种情况从下述本申请发明的实施例的实验结果可以看出。

本发明是基于这样的实际情况作出的，其目的是提供将要求的特性水平维持于高水平不变，同时谋求降低制造成本的电波吸收体。即，提供一种具有在30MHz的低频区域的室温(25℃)下的反射衰减量为20dB以上、在-20℃下的反射衰减量为15dB以上的特性，而且具有配合厚度为6mm以下的特性，具有居里温度为80℃以上的特性，并且能降低制造成本的Mn-Zn系电波吸收体。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明为包含MnZn铁氧体烧结体的电波吸收体，该电波吸收体的构成为，具有以下主成分：

氧化铁以Fe₂O₃换算计为45.0～49.0摩尔％、

氧化锌以ZnO换算计为19.0～23.0摩尔％、以及

氧化锰(

マンガン)以MnO换算计为28.0～36.0摩尔％；

相对于该主成分100重量份，作为副成分含有：

氧化钴以CoO换算计1000～7000重量ppm、氧化硅以SiO₂换算计10～200重量ppm、以及氧化钙以CaO换算计200～2500重量ppm。

另外，作为本发明的电波吸收体的优选方式，作为副成分进一步含有氧化铌以Nb₂O₅换算计为不足500重量ppm。

另外，作为本发明的电波吸收体的优选方式，包含氧化钴以CoO换算计为3500～6500重量ppm。

另外，作为本发明的电波吸收体的优选方式，其具有下述特性：在25℃下的反射衰减量为20dB以上；在-20℃下的反射衰减量为15dB以上；在25℃下反射衰减量满足20dB的下限频率为30MHz以下；在25℃下反射衰减量满足20dB的上限频率为300MHz以上；在-20℃下反射衰减量满足15dB的下限频率为30MHz以下；配合厚度为6mm以下；以及居里温度为80℃以上。

另外，作为本发明的电波吸收体的优选方式，其具有下述特性：烧结密度超过4.7g/cm³；在频率30MHz的复数介电常数的实数部ε’的值满足10<ε’<30的条件；在频率30MHz的复数导磁率的实数部μ’的值满足μ’<80的条件；以及在频率30MHz的复数导磁率的虚数部μ”的值满足μ”>260的条件。

另外，作为本发明的优选方式，电波吸收体形成板状的瓦片(タイル，tile)形状。

本发明的包含MnZn铁氧体烧结体的电波吸收体，具有以下主成分：氧化铁以Fe₂O₃换算计为45.0～49.0摩尔％、氧化锌以ZnO换算计为19.0～23.0摩尔％、以及氧化锰以MnO换算计为28.0～36.0摩尔％；相对于该主成分100重量份，作为副成分分别含有特定量的氧化钴、氧化硅以及氧化钙，因此能够谋求制造成本的显著降低，而且在居里温度、配合厚度、电波吸收特性的温度特性、频率特性上也能够发挥优异的效果。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式进行说明。

(构成本发明的电波吸收体的主成分的说明)

本发明的电波吸收体包含由氧化铁、氧化锌以及氧化锰构成的主成分。其含量分别为：氧化铁以Fe₂O₃换算计为45.0～49.0摩尔％(优选为46.0～48.0摩尔％)、氧化锌以ZnO换算计为19.0～23.0摩尔％(优选为20.5～22.5摩尔％)、以及氧化锰以MnO换算计为28.0～36.0摩尔％。

在上述范围以外的组成区域，电波吸收特性所需要的复数导磁率的频率特性、复数介电常数的频率特性不能够得到满足，或电波吸收体的配合厚度超过6.0mm，或不能够得到作为电波吸收体合适的居里点。

在这里，电波吸收特性为用下式(1)表示，使复数导磁率的实数部μ’减小的频率一旦升高，就不能够得到来自低频带域的良好的电波吸收特性。另外，复数导磁率的虚数部μ”低的情况下，导致配合厚度增大。

另外，复数导磁率的实数部ε’如果不是合适的数值，则导致反射衰减量降低。

式(1)

反射量(dB) $\mathrm{Ref}=20\mathrm{Log}\left|\mathrm{\&Gamma;}\right|=20\mathrm{Log}\left|\frac{Z_{\mathrm{in}}-1}{Z_{\mathrm{in}}+1}\right|$

$Z_{\mathrm{in}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\&mu;}}_r}{{\mathrm{\&epsiv;}}_r}}\tanh \left(j\frac{2\mathrm{\&pi;d}}{{\mathrm{\&lambda;}}_0}\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r{\mathrm{\&mu;}}_r}\right)$

μ_r＝μ＇_r-jμ″_r ε_r＝ε＇_r-jε″_r  ${\mathrm{\&lambda;}}_0=\frac{C}{f}$

d＝配合厚度

另外，在居里点显著低下的情况下，由变换的热导致电波吸收体本身的温度容易超过居里点，作为丧失磁性的电波吸收体而产生不能起作用的不良情况。

如果上述氧化铁的含量不足45.0摩尔％，则由于复数导磁率的虚数部μ”的降低而导致以下不良状况：配合厚度变为6mm以上，而且居里温度变为80℃以下。另外，上述氧化铁的含量如果超过49.0摩尔％，则使复数导磁率的实数部μ’降低的频率升高，产生在30MHz的低频区域处室温(25℃)下的反射衰减量变为20dB以下的不良情况。

另外，上述氧化锌的含量如果不足19.0摩尔％，则使复数导磁率的实数部μ’降低的频率升高，产生在30MHz的低频区域处室温(25℃)下的反射衰减量变为20dB以下的不良情况。此外，上述氧化锌的含量如果超过23.0摩尔％，则产生以下不良状况：配合厚度变为6mm以上，而且居里温度变为80℃以下。

(在主成分中添加的副成分的说明)

(1)添加氧化钴作为副成分

相对于上述MnZn铁氧体主成分100重量份，作为副成分的氧化钴的含量，以CoO换算计为1000～7000重量ppm，优选为3500～6500重量ppm。

适当添加钴能够带来使复数导磁率的实数部μ’的衰减向低频侧移动的效果，上述氧化钴的含量如果低于1000重量ppm，则使复数导磁率的实数部μ’下降的频率变高。其结果是产生以下不理想情况：在30MHz的低频区域，室温(25℃)下的反射衰减量为20dB以下，而且在-20℃下的反射衰减量为15dB以下。

另外，如果氧化钴的含量超过7000重量ppm，则反而使复数导磁率的实数部μ’下降的频率变高，产生以下不理想情况：在30MHz的低频区域，室温(25℃)下的反射衰减量为20dB以下，而且在-20℃下的反射衰减量为15dB以下。

(2)添加氧化硅(SiO₂)作为副成分

相对于上述MnZn铁氧体主成分100重量份，作为副成分的氧化硅的含量，以SiO₂换算计为10～200重量ppm，优选为30～150重量ppm。如果氧化硅的含量不足10重量ppm，则烧结密度显著低下，很不理想。而如果氧化硅含量超过200重量ppm，在出现异常的晶粒生长，情况不理想。

(3)添加氧化钙(CaO)作为副成分

相对于上述MnZn铁氧体主成分100重量份，作为副成分的氧化钙的含量，以CaO换算计为200～3000重量ppm，优选为500～1500重量ppm。如果氧化钙的含量不足200重量ppm，则在频率30MHz处的复数导磁率的实数部μ’变大(复数导磁率的实数部μ’的衰减向高频侧移动)，不能够得到20dB以上的反射衰减量，情况很不理想。

另外，如果氧化钙的含量超过3000重量ppm，则在频率30MHz处的复数导磁率的虚数部μ”变小，配合厚度变厚，情况不理想。

(4)添加氧化铌(Nb₂O₅)作为副成分

在本发明中，氧化铌(Nb₂O₅)不是必需的副成分。

可以看出，通过添加氧化铌(Nb₂O₅)，烧结性能得到提高，而且可以看出下述特性有改善的倾向：使复数导磁率的实数部μ’的衰减向低频侧移动，在30MHz处的反射衰减量提高。

但是，如果氧化铌的含量超过500重量ppm，则在频率30MHz的复数导磁率的实数部μ’变大(复数导磁率的实数部μ’的衰减向高频侧移动)，不能够得到20dB以上的反射衰减量，情况倾向于不理想。

(5)添加其他副成分

作为其他副成分，可以在不脱离本申请发明的作用效果的范围内含有以下各种副成分：SnO₂、TiO₂、NiO、Ta₂O₅、ZrO₂、HfO₂、GeO₂、MoO₃、WO₃、Bi₂O₃、V₂O₅、In₂O₃、Cr₂O₃、Al₂O₃等。

如上所述的本发明的电波吸收体，是将烧结后的组成能够在上述范围内的MnZn铁氧体材料成形为例如板状的瓦片状，然后在1100℃～1350℃左右的温度下进行烧结而制成的。更具体的制作方法参考下述实施例中的实验例。另外，作为瓦片形状的大小，可示例：纵向尺寸为50～200mm左右、横向尺寸为50～200mm左右、厚度尺寸为3～10mm左右的板状体。

实施例

下面举出具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

称量各原料成分，以使烧结后的组成为下述表1所示的组成，用钢铁制的球磨机进行16小时的湿式混合。

接着在大气中、900℃下对该混合粉末进行2小时的煅烧。在得到的烧结物中添加副成分，以使烧结后的组成为下述表1所示的组成，然后在钢铁制的球磨机中进行16小时的湿式粉碎。

在这样得到的MnZn铁氧体粉末中添加10重量％的聚乙烯醇水溶液进行造粒，在1ton/cm²的压力下使其成形为能够进行下述电波吸收体的特性试验的特定的形状。

将这样成形的成形物烧结。烧结的条件是，烧结温度1300℃(在空气中加热到1300℃)，在其后的冷却区域，控制氧分压至1000℃，在1000℃以下在氮气(N₂)气氛中进行烧结。

对这样得到的电波吸收体的样品，按照下述要点，分别测定(1)居里点、(2)电波吸收体的配合厚度、(3)电波吸收特性的频率特性和温度特性、(4)复数导磁率的实数部μ’、复数导磁率的虚数部μ”、复数介电常数的实数部ε’的值、(5)烧结密度ρ(g/cm³)。

(1)居里点(Tc)的测定方法

将试样放入高温层中，在各温度下保持到充分稳定后，用LCR测量仪测定初导磁率μi的温度特性。在超过初导磁率最大值的下降部中连接最大值的80％的点与20％的点，求算连接上述两点的延长线与μi＝1的线的交点，作为居里温度Tc。另外，测定频率采用1kHz。

另外，居里温度Tc的目标值为80℃以上。

(2)电波吸收体的配合厚度(d)

电波吸收体的电波吸收特性采用加工成外径19.8mm、内径8.6mm的环状样品，在插入同轴管内的状态下以网络分析器测定反射系数。根据得到的测定结果计算出反射衰减量和电波吸收体前表面的标准化阻抗。

标准化阻抗Z与反射系数S的关系如下。

Z＝(1+S)/(1-S)

S＝(Z-1)/(Z+1)

S＝(S_样品/S_金属)

-20log|S|＝dB

将各厚度的标准化阻抗做成史密斯圆图，通过计算求出通过史密斯圆图的中心的厚度，以该厚度作为配合厚度d。

还有，配合厚度d的目标值为6mm以下。

(3)电波吸收特性的频率特性和温度特性

实际制作上述计算出的配合厚度的环，利用上述同轴管法测定下述项目。

·25℃下满足反射衰减量20dB以上的下限频率：LF₂₅(MHz)

·25℃下满足反射衰减量20dB以上的上限频率：UF₂₅(MHz)

·-20℃下满足反射衰减量15dB以上的下限频率：LF_-20(MHz)

·频率30MHz、25℃下的反射衰减量：RD₂₅(dB)

·频率30MHz、-20℃下的反射衰减量：RD_-20(dB)

另外，LF₂₅的目标值为30MHz以下。

另外，UF₂₅的目标值为300MHz以上。

另外，LF_-20的目标值为30MHz以下。

另外，RD₂₅的目标值为20dB以上。

另外，RD_-20的目标值为15dB以上。

(4)复数导磁率的实数部μ’、复数导磁率的虚数部μ”、复数介电常数的实数部ε’的值

根据上述(2)的方法，采用加工成外径19.8mm、内径8.6mm的环状样品，在插入同轴管内的状态下以网络分析器测定反射系数，根据得到的测定结果导出μ’、μ”、以及ε’。

还有，ε’的目标值在10<ε’<30的范围内。

另外，μ’的目标值是μ’<80。

另外，μ”的目标值是μ”>260。

(5)烧结密度ρ(g/cm³)

利用阿基米德法进行测定。

还有，烧结密度ρ的目标值是超过4.7(g/cm³)。

这些项目的测定结果示于下述表1。

表1(之一)

表1(之二，续前表)

据上述实验结果，本发明的效果已经很清楚。也就是说，本发明是包含MnZn铁氧体烧结体的电波吸收体，该电波吸收体具有以下主成分：氧化铁以Fe₂O₃换算计为45.0～49.0摩尔％、氧化锌以ZnO换算计为19.0～23.0摩尔％、以及氧化锰以MnO换算计为28.0～36.0摩尔％，相对于该主成分100重量份，作为副成分分别含有特定量的氧化钴、氧化硅、以及氧化钙，因此能够谋求进一步降低制造成本，而且在居里温度、配合厚度、电波吸收特性的温度特性、频率特性上也能够得到优异效果。

工业适用性

本发明的MnZn系铁氧体的制造方法可以广泛用于各种电气部件工业。

Claims (6)

1.一种包含MnZn铁氧体烧结体的电波吸收体，其特征在于，

该电波吸收体具有以下主成分：

氧化铁以Fe₂O₃换算计为45.0～49.0摩尔％、

氧化锌以ZnO换算计为19.0～23.0摩尔％、以及

氧化锰以MnO换算计为28.0～36.0摩尔％，

相对于该主成分100重量份，作为副成分含有：氧化钴以CoO换算计为1000～7000重量ppm、氧化硅以SiO₂换算计为10～200重量ppm、以及氧化钙以CaO换算计为200～2500重量ppm。

2.权利要求1所述的电波吸收体，其中，作为副成分进一步含有氧化铌以Nb₂O₅换算计为不足500重量ppm。

3.权利要求1所述的电波吸收体，其中，上述氧化钴以CoO换算计为3500～6500重量ppm。

4.权利要求1所述的电波吸收体，其具有以下特性：

25℃下的反射衰减量为20dB以上；

-20℃下的反射衰减量为15dB以上；

25℃下反射衰减量满足20dB的下限频率为30MHz以下；

25℃下反射衰减量满足20dB的上限频率为300MHz以上；

-20℃下反射衰减量满足15dB的下限频率为30MHz以下；

配合厚度为6mm以下；以及

居里温度为80℃以上。

5.权利要求4所述的电波吸收体，其具有以下特性：

烧结密度超过4.7g/cm³；

在频率30MHz的复数介电常数的实数部ε’的值，满足10<ε’<30的条件；

在频率30MHz的复数导磁率的实数部μ’的值，满足μ’<80的条件；以及

在频率30MHz的复数导磁率的虚数部μ”的值，满足μ”>260的条件。

6.权利要求1所述的电波吸收体，其形成板状的瓦片形状。