CN1084311C - 吸收电磁波的陶瓷组合物及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于吸收电磁波的陶瓷组合物，包括一原料粉体和一原料粉体的混合剂，该粉体包含按重量计约40%到约50%的Fe2O3、约1%到约5%的Al2O3、约0.5%到1.5%的Zn、约0.5%到约1.0%的Cr、约3%到约10%的Cu、约3%到约8%的Mn和约1%到约4%的Co；该混合剂包含按重量计约30%到40%的水、1.5%到2.0%的分散剂和1.5%到2%的增塑剂。还公开了利用该组合物制造衰减陶瓷的方法。

Description

吸收电磁波的陶瓷组合物及其制造方法
本发明涉及一种陶瓷组合物及以其制造陶瓷的方法，特别是涉及一种陶瓷组合物以及用以制造可吸收由如蜂窝式电话、寻呼机、计算机、无绳电话等电气装置所产生的电磁波的陶瓷的方法。
通常地，精细陶瓷或新型新陶瓷在它们的组成以及它们的成形和烧结等生产方法方面与传统的陶瓷不同，即，精细陶瓷是由这样一种成形方法和一种烧结方法而生产出来的，即通过采用一种人工原料粉体或一种高纯度的原料粉体来精确地控制配料组分。所以精细陶瓷比普通陶瓷有更多的用途。由于近来已发现精细陶瓷的多种用途，所以精细陶瓷被用于实现多种目的。
精细陶瓷一般被分类为氧化物型陶瓷和非氧化物型陶瓷。氧化物型陶瓷包括氧化铝(Al2O3)、铁氧体(Fe2O3)、二氧化锆(ZrO2)以及二氧化钛(TiO2)等。非氧化物型陶瓷包括碳化硅(SiC)和氮化硅(Si3N4)等。目前，精细陶瓷的新的应用，例如热应用、机械应用、生物化学应用、电气应用、电子应用和光学应用等正在发掘之中，并且有关精细陶瓷的这些应用的研究将会继续下去。
目前，许多电气电子装置，如蜂窝式电话、寻呼机、计算机、无绳电话和电视机等在日常生活中得到应用。在现代化的生活中，利用这些电子设备是很必要的，但是大多数的这些电气装置都发射电磁波。众所周知，这些电气装置发射出来的电磁波对使用这些电气电子装置的人来说是有害的。因此，有关屏蔽由这些电气装置发射出来的电磁波的研究会继续进行下去。在授予Izumi Kosuga等的美国专利第4,960,642号公开了一种用于制造电磁波屏蔽材料的切片(pellet)。通过将导电纤维插入一基体树脂中，这种切片可将电磁波屏蔽。另外，人们还提出了一种通过将一铁氧体磁心装在这些电气装置内，用以吸收由电气装置发射出来的电磁波的方法。
但是，上述的切片和铁氧体磁心屏蔽方法均不能充分地屏蔽由这些电气装置发射出的电磁波，并且由于切片和磁心被插装在电磁装置的电路板上，所以使这些装置的制造方法和装置的结构都很复杂。
考虑到上述问题，本发明的第一个目的就是提供一种陶瓷组合物，通过将此陶瓷组合物安装在电气装置的预定位置上，用以吸收电气装置发射出的电磁波。
本发明的第二个目的是提供一种制造用于吸收电磁波的陶瓷的方法，该方法特别适合于制造这种陶瓷。
为了达到上述的目的，根据本发明的用于吸收电磁波的陶瓷组合物包括：
按重量计算约40％到约50％之间的Fe2O3、约1％到约5％之间的Al2O3、约0.5％到约1.5％之间的Zn、约0.5％到约1％之间的Cr、约3％到约10％之间的Cu、约3％到约8％之间的Mn以及约1％至约4％之间的Co；
约30％到约45％之间的水、约1.5％到约2.0％之间的分散剂和约1.5％到约2.0％之间的增塑剂。
优选地，原料粉体包括按重量计约45％的Fe2O3。
当原料粉体包括按重量计约40％到约50％的Fe2O3时，其对电气装置所产生的电场和磁场的吸收率在36.6％至54.3％之间。尤其是在原料粉体包括按重量计约45％Fe2O3的情况下，当用Holaday HI 4000型射频测试系统测试吸收率时，电场的吸收率为最大，其值为41.2％，并且磁场的吸收率为最大，其值为52.8％。当原料粉体包含按重量计低于35％的Fe2O3时，由于原料粉体的成型密度降低，使得其对电场和磁场的吸收率变得低于约30％。另外，当原料粉体按重量计包含约65％的Fe2O3时，由于研磨原料粉体以及调整原料粉体的颗粒尺寸可能会困难的原因，所以在烧结原料粉体期间，原料粉体的颗粒的尺寸会过分地生长，使得电场和磁场的吸收率变得低于30％。
分散剂至少包括从由六甲醇(hexamethanol)、聚乙烯醇(polyvinylalcohol)，和聚乙烯(polyethylen)组成的组中选出的一种物质。
另外，增塑剂包括至少一种从由明胶(gelatin)，糊精(dextrin)和纤维素(cellulose)所构成的组中挑选出的物质。
另外，为了达到上述的目的，根据本发明，用于制造吸收电磁波的陶瓷的方法，包括的步骤有：
i)将一原料粉体与一原料粉体的混合剂均匀地混合，其中该原料粉体包含按重量计约40％至约50％之间的Fe2O3、约1％至约5％之间的Al2O3、约0.5％至约1.5％之间的Zn、约0.5％至约1.0％之间的Cr、约3％至约10％之间的Cu、约3％至约8％之间的Mn和约1％至约4％之间的Co；而该混合剂包含按重量计约30％至约45％之间的水、约1.5％至约2.0％之间的分散剂和约1.5％至约2.0％之间的增塑剂；
ii)研磨经混合的粉体；
iii)将经研磨的粉体造粒而成造粒颗粒；
iv)将造粒颗粒形成为一成形体；
v)焙烧该成形体，并烧结该成形体以形成一烧结体；
vi)将该烧结体渐渐冷却。
步骤ii)是一种湿研磨方法，该方法使用一球磨机研磨45小时到50小时，使得经混合的粉体具有约1微米到约3微米之间的粒度分布。步骤iii)是一种喷雾干燥法。
最好步骤iv)是通过利用一压强在800kg/cm2与1200kg/cm2之间的金属压制装置使造粒颗粒成形，从而形成一个具有一贯穿孔的圆柱形成形体。当形成圆柱形成形体时，在压强低于800kg/cm2的条件下，不能形成成形体；在压强大于1200kg/cm2的条件下，造粒颗粒被过分压实，所以在烧结成形体的过程中，造粒颗粒的晶粒过分地长大。
优选地，步骤v)在充氮气氛的炉子中焙烧成形体十个小时到十二个小时，然后在温度为1300℃至1500℃之间的炉子中烧结焙烧体1.5小时到2.5小时。当烧结时间在1.5小时到2.5小时之间，并且烧结温度为1400℃，可得到具有最佳形状和晶粒尺寸的烧结体。
因此，根据本发明的陶瓷，通过将其安装在蜂窝式电话、寻呼机、计算机、无绳电话、电视等电气装置的预置位置上，就能吸收这些电气装置发射出来的电磁波。
本发明的上述目的以及其它一些优点，将通过对优选实施例的详细描述更明确地显现出来。
实施例1
将一种包含按重量计约60％的Fe2O3、约5％的Al2O3、约1％Zn、约8％的Cu、约3％的Mn和约2％的Co的原料粉体以及一种包含按重量计约40％的水、约1.5％的由六甲醇(hexamethanol)和聚乙烯醇(polyvinylalcohol)构成的分散剂和约2.0％的作为增塑剂的明胶(gelation)的原料粉体混合剂均匀地混合。Fe2O3是由Kyocera Co.生产的一种粉体，Al2O3是由Sumitomo Co.生产的一种粉体，六甲醇、聚乙烯醇和明胶是由Sannop Co.生产的。
接下来，利用湿研磨法，在一球磨机中将经混合的粉体研磨45小时至50小时，最好是48小时，以使颗粒大小分布在1微米至3微米之间。然后，利用喷雾干燥法，经过一个具有120目/英寸的粉筛，将粉体造粒而成造粒的颗粒。
利用一金属压制装置在室温和压强为1000kg/cm2的条件下压制造粒的颗粒，以形成具有一穿通孔的圆柱形的成形体。在这种情况下，成形体的密度是2.8g/cm3。接下来，成形体在充氮气的炉子中焙烧12个小时，在1400℃的炉子中烧结2个小时。而后将炉子渐渐冷却，这样就制成了有圆柱形成形体的陶瓷。
对LG电子公司生产的蜂窝式电话产生的电场和磁场的吸收率见表1所示。表1中所示的产生的电场和磁场以及吸收率是利用Holaday HI-400型射频测量系统，在距蜂窝式电话5厘米的间隔处测量得到。
表1
           未安装陶瓷  安装陶瓷  吸收率(％)
电场(V/m)     29.2       18.5      36.6
磁场(mG)      4.69       2.74      41.6
参看表1，陶瓷被安装在蜂窝式电话上之后，电场是18.5V/m，磁场是2.74mG。当蜂窝式电话上未安装陶瓷时，电场是29.2V/m，磁场是4.69mG。因此陶瓷组合物对电场和磁场的吸收率分别为36.6％和41.6％。
表2显示了对三星电子公司生产的蜂窝式电话产生的电场的吸收率。表2中所示的电场和吸收率是利用美国Narda生产的8700型测量系统在距蜂窝式电话2厘米的间隔处测得的。
                      表2
           未安装陶瓷  安装陶瓷  吸收率(％)
电场(V/m)    22.4         11.1      50.4
参看表2，在蜂窝式电话上安装了陶瓷之后，电场是11.1V/m。当蜂窝式电话上未安装陶瓷时，电场是29.2V/m。因此，陶瓷对电场的吸收率是50.4％。
因此，如表1和表2所示，根据实施例1所得到的陶瓷能将电气装置产生的大部分电场和磁场吸收掉。
如上所述，本发明的陶瓷能吸收电气装置所产生的大部分的电场和磁场。即，这种陶瓷能吸收电气装置所产生的电磁波。
实施例2
将一种包含按重量计约50％的Fe2O3、约3％的Al2O3、约1％Zn、约5％的Cu、约5％的Mn和约2％的Co的原料粉体以及一种包含按重量计约40％的水、约1.5％的由六甲醇(hexamethanol)和聚乙烯醇(polyvinylalcohol)构成的分散剂和约2.0％的作为增塑剂的明胶(gelatin)的原料粉体混合剂均匀地混合。
接下来，利用湿研磨法，在一球磨机中将经混合的粉体研磨45小时至50小时，最好是48小时，以使颗粒大小分布在1微米至3微米之间。然后，利用喷雾干燥法，经过一个具有120目/英寸的粉筛，将粉体造粒而成造粒的颗粒。
利用一金属压制装置在室温和压强为1000kg/cm2的条件下压制造粒的颗粒，以形成具有一穿通孔的圆柱形的成形体。在这种情况下，成形体的密度是2.8g/cm3。接下来，成形体在充氮气的炉子中焙烧12个小时，在1400℃的炉子中烧结2个小时。而后将炉子渐渐冷却，这样就制成了有圆柱形成形体的陶瓷。
对LG电子公司生产的蜂窝式电话产生的电场和磁场的吸收率见表3所示。表3中所示的产生的电场和磁场以及吸收率是利用Holaday HI-400型射频测量系统，在距蜂窝式电话5厘米的间隔处测量得到。
                  表3
           未安装陶瓷  安装陶瓷  吸收率(％)
电场(V/m)    28.3       17.5      38.2
磁场(mG)     4.72       2.76      41.5
参看表3，陶瓷被安装在蜂窝式电话上之后，电场是17.5V/m，磁场是2.76mG。当蜂窝式电话上未安装陶瓷时，电场是28.3V/m，磁场是4.72mG。因此陶瓷组合物对电场和磁场的吸收率分别为38.2％和41.5％。
表4显示了对三星电子公司生产的蜂窝式电话产生的电场的吸收率。表2中所示的电场和吸收率是利用美国Narda生产的8700型测量系统在距蜂窝式电话2厘米的间隔处测得的。
              表4
              未安装陶瓷  安装陶瓷  吸收率(％)
电场(V/m)        24.7        11.3      54.3
参看表4，在蜂窝式电话上安装陶瓷后，电场是11.3V/m。当蜂窝式电话上未安装陶瓷时，电场是24.7V/m。因此陶瓷对电场的吸收率是54.3％。
因此，如表3和表4所示，根据实施例2所得到的陶瓷能将电气装置产生的大部分电场和磁场吸收掉。
实施例3
将一种包含按重量计约45％的Fe2O3、约3％的Al2O3、约0.5％Zn、约3％的Cu、约8％的Mn和约3％的Co的原料粉体以及一种包含按重量计约40％的水、约1.5％的由六甲醇(hexamethanol)和聚乙烯醇(polyvinylalcohol)构成的分散剂和约2.0％的作为增塑剂的明胶(gelatin)的原料粉体混合剂均匀地混合。
接下来，利用湿研磨法，在一球磨机中将经混合的粉体研磨45小时至50小时，最好是48小时，以使颗粒大小分布在1微米至3微米之间。然后，利用喷雾干燥法，经过一个具有120目/英寸的粉筛，将粉体造粒而成造粒的颗粒。
利用一金属压制装置在室温和压强为1000kg/cm2的条件下压制造粒的颗粒，以形成具有一穿通孔的圆柱形的成形体。在这种情况下，成形体的密度是2.8g/cm3。接下来，成形体在充氮气的炉子中焙烧12个小时，在1400℃的炉子中烧结2个小时。而后将炉子渐渐冷却，这样就制成了有圆柱形成形体的陶瓷。
对LG电子公司生产的蜂窝式电话产生的电场和磁场的吸收率见表5所示。表5中所示的产生的电场和磁场以及吸收率是利用Holaday HI-400型射频测量系统，在距蜂窝式电话5厘米的间隔处测量得到。
             表5
             未安装陶瓷  安装陶瓷  吸收率(％)
电场(V/m)       28.4      16.7       41.2
磁场(mG)        4.75      2.24       52.8
参看表5，陶瓷被安装在蜂窝式电话上之后，电场是16.7V/m，磁场是2.24mG。当蜂窝式电话上未安装陶瓷时，电场是28.4V/m，磁场是4.75mG。因此陶瓷组合物对电场和磁场的吸收率分别为41.2％和52.8％。
表6显示了对三星电子公司生产的蜂窝式电话产生的电场的吸收率。表6中所示的电场和吸收率是利用美国Narda生产的8700型测量系统在距蜂窝式电话2厘米的间隔处测得的。
                 表6
            未安装陶瓷  安装陶瓷  吸收率(％)
电场(V/m)      22.4       8.4       62.5
参看表6，在蜂窝式电话上安装了陶瓷之后，电场是8.4V/m。当蜂窝式电话上未安装陶瓷时，电场是22.4V/m。因此陶瓷对电场的吸收率是62.5％。
因此，如表5和表6所示，根据实施例3所得到的陶瓷能将电气装置产生的大部分电场和磁场吸收掉。
如上所述，本发明的陶瓷能吸收电气装置所产生的大部分的电场和磁场。即，这种陶瓷能吸收电气装置所产生的电磁波。
尽管已经参照一些具体的实施例对本发明进行了详细展示和描述，但是本领域的技术人员在不超出由后附权利要求所限定的实质和范围的情况下，仍可作多种改型和变动。

Claims (13)

1、一种用于吸收电磁波的陶瓷组合物，按重量计算包括：
40％到50％之间的Fe2O3、
1％到5％之间的Al2O3、
0.5％到1.5％之间的Zn、
0.5％到1％之间的Cr、
3％到10％之间的Cu、
3％到8％之间的Mn、
1％至4％之间的Co、
30％到45％之间的水、
1.5％到2.0％之间的分散剂和
1.5％到2.0％之间的增塑剂，
其中，Fe2O3、Al2O3、Zn、Cr、Cu、Mn、Co构成原料粉体，而水、分散剂和增塑剂构成原料粉体的混合剂。
2、根据权利要求1所述的用于吸收电磁波的陶瓷组合物，其中，上述的原料粉体包含按重量计45％的Fe2O3。
3、根据权利要求1所述的用于吸收电磁波的陶瓷组合物，其中，上述的分散剂包含至少一种从由六甲醇、聚乙烯醇和聚乙烯所组成的组中选出的物质。
4、根据权利要求1所述的用于吸收电磁波的陶瓷组合物，其中，上述的增塑剂至少包括从由明胶、糊精和纤维素所组成的组中挑选出的一种物质。
5、用权利要求1-4中之一所述的陶瓷组合物作为吸收电磁波的材料。
6、一种制造用于吸收电磁波的陶瓷的方法，该方法包括的步骤有：
i)将具有如下重量组成的一由Fe2O3、Al2O3、Zn、Cr、Cu、Mn、Co构成的原料粉体和一由水、分散剂和增塑剂构成的原料粉体的混合剂均匀地混合：
40％到50％之间的Fe2O3、
1％到5％之间的Al2O3、
0.5％到1.5％之间的Zn、
0.5％到1％之间的Cr、
3％到10％之间的Cu、
3％到8％之间的Mn、
1％至4％之间的Co、
30％到45％之间的水、
1.5％到2.0％之间的分散剂和
1.5％到2.0％之间的增塑剂，
ii)研磨经混合的粉体；
iii)将经研磨的粉体造粒而成造粒颗粒；
iv)将造粒颗粒形成为一成形体；
v)焙烧该成形体，并烧结该成形体以形成一烧结体；
vi)将该烧结体渐渐冷却。
7、根据权利要求6所述的方法，其中，所述的步骤ii)是一种湿研磨方法，该方法使用一球磨机研磨45小时到50小时，使得经混合的粉体具有约1微米到约3微米之间的粒度分布。
8、根据权利要求6所述的方法，其中，所述的步骤iii)是一种喷雾干燥法。
9、根据权利要求6所述的方法，其中，所述的步骤iv)是通过利用一压强在800kg/cm2与1200kg/cm2之间的金属压制装置使造粒颗粒成形，从而形成一个具有一贯穿孔的圆柱形成形体。
10、根据权利要求6所述的方法，其中，所述的步骤v)在充氮气氛的炉子中焙烧成形体10小时到12小时，然后在温度为1300℃至1500℃之间的炉子中烧结焙烧体1.5小时到2.5小时。
11、根据权利要求6-10之一所述的方法，其中，上述的原料粉体包含按重量计45％的Fe2O3。
12、根据权利要求6-10之一所述的方法，其中，上述的分散剂包含至少一种从由六甲醇、聚乙烯醇和聚乙烯所组成的组中选出的物质。
13、根据权利要求6-10之一所述的方法，其中，上述的增塑剂至少包括从由明胶、糊精和纤维素所组成的组中挑选出的一种物质。
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