CN1123548C - 用于吸收电磁波的陶瓷组合物及其制造方法 - Google Patents

用于吸收电磁波的陶瓷组合物及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于吸收电磁波的陶瓷组合物及其制造方法。该组合物按重量计含约60%-75%Fe2O3，约3%-8%NiO，约15%-25%ZnO和约3%-8%CuO的原料粉末；以及按100%重量的原料粉末计含约30%-50%水，约0.2%-0.6%分散剂，约0.5%-1.0%增塑剂和约0.1%-0.4%润滑剂的的混合物。制造方法中包括研磨原料粉末，把研磨过的粉末转变成颗粒，使颗粒成形，在熔炉内烧结此成形体，逐渐冷却烧结体。通过把组合物附着到电子装置预先确定的位置上，使陶瓷组合物吸收从电子装置，例如蜂窝式电话机、BP机、计算机、无线电话等中产生的电磁波。

Description

用于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其制造方法，尤其涉及用于吸收电磁波的陶瓷组合物及其制造方法，此电磁波由蜂窝式电话机、BP机、计算机、无线电话等电子装置产生。
通常，精细陶瓷或新型陶瓷在其组成和制造方法上不同于一般陶瓷。即精细陶瓷通过成形和烧结方法而制备，其中通过用人工合成原料粉末或高纯度原料粉末来精确控制已制备的组合物。因此，精细陶瓷比一般陶瓷有更宽的用途。由于近来对精细陶瓷不同应用的不断发现，精细陶瓷被用于各种用途上。
精细陶瓷通常被分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)，氧化铁(Fe2O3)，氧化锆(ZrO2)和氧化钛(TiO2)等，非氧化物型陶瓷包括碳化硅(SiC)和氮化硅(Si3N4)等。现在，发现精细陶瓷有许多新的应用，例如在热学方面、机械方面、生物化学方面、电力方面、电子方面和光学方面的应用，而且有关上述应用的研究将继续进行。
目前，我们在日常生活中使用许多电子装置，如蜂窝式电话机、BP机、计算机、无线电话、电视机等。在现代化的日常生活中必须使用这些装置，但是，大部分的这些电子装置都发射电磁波。众所周知，由这些电子装置产生出的电磁波对使用这些装置的人体十分有害。因此，人们对如何防护从电子装置中产生出的电磁波正进行研究。用于制造电磁波屏蔽材料的颗粒(Pellet)已公开在美国专利US4,960,642(Izumi Kosuga等人申请)中，这些颗粒可通过把导电纤维插入到基质树脂中来隔离电磁波。另外，被公开的还有通过在这些电子装置中安装一铁氧体磁芯来吸收电磁波的方法。
然而，上述颗粒和方法不能充分阻挡从这些电子装置中产生的电磁波，并且因为要将这些颗粒和磁芯插入到电子装置的电路内而使其制造方法和装置结构十分复杂。
考虑到上述问题，本发明的第一个目的是提供一种通过把它附着在电子装置的预定位置上的能吸收电子装置中产生的电磁波的陶瓷组合物。
本发明的第二个目的是提供一种用于吸收电磁波的陶瓷组合物的制造方法，该方法特别适合于制造该陶瓷组合物。
为了达到第一个目的，按照本发明中用于吸收电磁波的陶瓷组合物包含：一种原料粉末，按重量计含约60％-75％Fe2O3，约3％-8％NiO，约15％-25％ZnO和约3％-8％CuO；以及按100％重量的原料粉末计含约30％-50％水，约0.2％-0.6％分散剂，约0.5％-1.0％增塑剂和约0.1％-0.4％润滑剂的混合物。
为了达到第二个目的，按照本发明，用于吸收电磁波的陶瓷组合物的制造方法包括如下步骤：i)将按重量计含约60％-75％Fe2O3，约3％-8％NiO，约15％-25％ZnO和约3％-8％CuO的原料粉末和按100％重量的原料粉末计含约30％-50％水，约0.2％-0.6％分散剂，约0.5％-1.0％聚乙烯醇，大约0.0005-0.004％的Bi2O3和约0.1％-0.4％润湿剂的混合物均匀地混合；ii)研磨此混合物粉末；iii)把磨细的粉末转变为颗粒；iv)把颗粒形成为成形体；v)把该成形体形成为一烧结体；和vi)逐渐冷却此烧结体。
优选地，按100％重量原料粉末计的混合物含有0.0005％-0.004％Bi2O3作为增塑剂和以六甲醇(hexamethanol)作为分散剂。
上述步骤ii)为湿研磨法，用球磨机研磨2-4小时，以使混合粉末具有约1微米-约3微米的颗粒分布；步骤iii)为喷雾干燥法，维持喷雾干燥器的入口温度为550℃-600℃和出口温度为100℃-150℃，以使颗粒有约0.1％-0.4％(重量)的水分；优选该步骤通过采用喷雾干燥法和使用喷雾干燥器进行的，以便形成为具有1微米-3微米颗粒分布的颗粒。步骤iv)通过金属加压装置在800kg/cm2-1200kg/cm2之间的压力下形成颗粒。
优选地，步骤v)中又包含如下步骤：1)在将该成形体放入到一炉内后，加热置于炉内的成形体约3个小时，使第一温度升到约400℃；2)在约400℃的第一炉温下保持约1小时；3)加热置于炉内的成形体约4个小时使第二温度升到约900℃；4)在约900℃的第二炉温下保持约2小时；5)加热置于炉内的成形体约3个小时使第三温度升到约1200℃；和6)在约1200℃的第三炉温下保持约2小时。
更优选地，步骤vi)中进一步包括如下步骤：1)密闭熔炉，然后逐渐冷却熔炉内的烧结体约40-约60小时；和2)在低于约200℃的温度下从熔炉内取出烧结体，然后在一大气压下逐渐冷却此烧结体。
如果原料粉末按重量计含约65％-约75％Fe2O3，约15％-25％ZnO，约4％-约8％NiO和约4％-约8％CuO，那么其对电子装置中产生的电磁场的吸收率为约59.7％-约61.9％。尤其地，如果原料粉末按重量计含约70％Fe2O3，约20％ZnO，约5％NiO和约5％CuO，那么当使用Holaday HI-4000RF Hazard测量系统来测量其对电子装置产生的电磁场的吸收率则达到最高值61.9％，然而，当原料粉末按重量计含低于约40％Fe2O3和低于约15％ZnO，那么原料粉末的成形密度降低并且不能形成致密的烧结体。结果导致对电磁场的吸收率低于30％。另外，当原材料粉末按重量计含高于约80％Fe2O3或者是高于约30％ZnO，其对电磁场的吸收率低于30％，这是因为研磨和调整原料粉末的颗粒大小变得困难，使粉末的晶粒在烧结期间过分地长大。
因此，本发明的陶瓷组合物能够通过把组合物附着到电子装置预定的位置上来吸收从电子装置中产生的电磁波，例如：蜂窝式电话机、BP机、计算机、无线电话、电视机等。
本发明的上述目的和其它优点将通过以下优选的实施方案的详细描述而实现。实施例1
将按重量计含约70％Fe2O3，约20％ZnO，约5％NiO和约5％CuO的原料粉末；以及按重量计含约40％水，约0.4％六甲醇作为分散剂，约0.75％聚乙烯醇和约0.001％的Bi2O3作增塑剂和约0.2％的H2ZnO2作润滑剂的原料粉末混合物均匀混合。
该Fe2O3，NiO，ZnO和CuO是由日本Kyocera公司生产的粉末。分散剂，增塑剂和润滑剂由日本Sannop公司生产。
接下来，将此混合粉末在球磨机里用湿研磨法研磨约2-4小时，优选是3小时，然后将此研磨后的粉末转变成颗粒，其颗粒分布为1微米-3微米。然后采用喷雾干燥器造粒。这时，喷雾干燥器的入口温度维持在约550℃-600℃，优选为580℃。喷雾干燥器的出口温度维持在约100℃-150℃，优选为120℃。由此便制造出有0.2％-0.3％水分范围的颗粒，其密度为1.05g/cm3-1.13g/cm3。
采用金属压力机，在室温下，在约800kg/cm2-1200kg/cm2，优选1000kg/cm2的压力下将颗粒压制形成密度在约1.15g/cm3-1.23g/cm3的成形体。
随后，将此成形体在炉内烧结15小时。成形体的烧结过程可分为如下所述的6个步骤：i)把此成形体放入到炉内后，在炉内加热此成形体约3小时，使温度升到约400℃；ii)维持炉温400℃约1小时，iii)加热炉内的成形体约4小时，使温度升到400℃-900℃；iv)维持炉温900℃约2小时；v)加热炉内的成形体约3小时，使温度升到900℃-1200℃；vi)维持炉内温度1200℃约2小时。结果获得一烧结体。
接着，气密熔炉，然后使炉内的烧结体逐渐冷却约50小时。当炉温低于200℃时，将此烧结体从炉内取出并在大气压下冷却，从而制得预先确定好形状的陶瓷组合物。
表1显示出按本发明实施方案的产品吸收蜂窝式电话机(由韩国LG电器公司制造)产生的电场的吸收率。表1中所示的电场和吸收率是通过使用Holaday HI-4000RF测量系统从蜂窝式电话机中每隔5cm测量出来的。
                             表1
 未附着陶瓷组合物  附着了陶瓷组合物  吸收率(％)
电场(V/m)       28.3       10.8     61.8
参照表1，将按照本实施例制造出的陶瓷组合物附着到蜂窝式电话机上之后，电场为10.8V/m。当陶瓷组合物未被附着到蜂窝式电话机上时，电场为28.3V/m。因此，陶瓷组合物对电场的吸收率为61.8％。
表2显示出由摩托罗拉电器公司生产的蜂窝式电话机的电场的吸收率。表2中所示的吸收率是通过使用Holaday HI-4000RF测量系统从蜂窝式电话机每隔2cm测量出来的。
                             表2
 未附着陶瓷组合物  附着了陶瓷组合物  吸收率(％)
 电场(V/m)        31.3        11.9     61.9
参照表2，将按照本实施例制造出的陶瓷组合物附着到蜂窝式电话机上之后，电场为11.9V/m。当陶瓷组合物未被附着到蜂窝式电话机上时，电场为31.3V/m。因此，陶瓷组合物对电场的吸收率为61.9％。
因此，如表1和表2所示，按照实施例1制造的陶瓷组合物能吸收从电子装置中产生的大量电场。实施例2
将按重量计含约65％Fe2O3，约4％NiO，约25％ZnO和约6％CuO的原料粉末；以及按100％重量原料粉末计的含约40％水，约0.3％六甲醇作为分散剂，约0.6％聚乙烯醇和约0.002％Bi2O3作增塑剂和约0.25％H2ZnO2作润湿剂的混合物均匀混合。在此实施例中，所用原料与实施例1相同。
接下来，将此混合粉末在球磨机里用湿研磨法研磨约2-4小时，优选是3小时，然后将此研磨后的粉末转变成颗粒，颗粒分布为约1微米-3微米。然后采用喷雾干燥器造粒。这时，喷雾干燥器的入口温度维持在约550℃-600℃，优选为580℃。而喷雾干燥器的出口温度维持在约100℃-150℃，优选为120℃。由此便制造出具有约0.2％-0.3％水分范围的颗粒，其密度为1.05g/cm3-1.13g/cm3。
采用金属压力机在室温下，和在约800kg/cm2-1200kg/cm2，优选1000kg/cm2的压力下压制颗粒，形成一个密度在约1.15g/cm3-1.23g/cm3的成形体。
随后，使此成形体在炉内烧结15小时。成形体的烧结过程可分为如下所述的6个步骤：i)在把此成形体放入到炉内后，在炉内加热此成形体约3小时，使温度升到约400℃；ii)维持炉温400℃约1小时，iii)加热炉内的成形体约4小时，使温度升到400℃-900℃；iv)维持炉温900℃约2小时；v)加热炉内的成形体约3小时，使温度升到900-1200℃；vi)维持炉内温度1200℃约2小时。由此获得一烧结体。
接着，气密熔炉后，使炉内的烧结体逐渐冷却50小时。当炉温低于200℃时，从炉内取出此烧结体并在一大气压下冷却，从而制得预先确定好形状的陶瓷组合物。
表3显示出按本发明实施方案的产品吸收蜂窝式电话机(由韩国LG电器公司制造)产生的电场的吸收率。表3中所示的电场和吸收率是通过使用Holaday HI-4000RF测量系统从蜂窝式电话机中每隔5cm测量出来的。
                              表3
 未附着陶瓷组合物  附着了陶瓷组合物  吸收率(％)
 电场(V/m)       27.9       11.1     60.2
参照表3，将按照本实施例制造出的陶瓷组合物附着到蜂窝式电话机上之后，电场为11.1V/m。当陶瓷组合物未被附着到蜂窝式电话机上时，电场为27.9V/m。因此，陶瓷组合物对电场的吸收率为约60.2％。
表4显示出由摩托罗拉电器公司生产的蜂窝式电话机的电场的吸收率。表4中所示的吸收率是通过使用Holaday HI-4000RF测量系统从蜂窝式电话机每隔2cm测量出来的。
                             表4
 未附着陶瓷组合物  附着了陶瓷组合物  吸收率(％)
 电场(V/m)       31.5       12.3     61.0
参照表4，将按照本实施例制造出的陶瓷组合物附着到蜂窝式电话机上之后，电场为12.3V/m。当陶瓷组合物未被附着到蜂窝式电话机上时，电场为31.5V/m。因此，陶瓷组合物对电场的吸收率为约61.0％。
因此，如表3和表4所示，按照实施例2制造的陶瓷组合物能吸收从电子装置中产生的大量电场。实施例3
将按重量计含约69％Fe2O3，约8％NiO，约15％ZnO和约8％CuO的原料粉末；以及按100％重量的原料粉末计含约40％水，约0.5％六甲醇作为分散剂，约0.7％聚乙烯醇和约0.003％的Bi2O3作增塑剂和约0.3％H2ZnO2作润滑剂的混合物均匀混合。
在此实施例中，所用原料与实施例1相同。并且，研磨、加压、烧结和冷却的过程都与实施例1相同。
表5显示出按本发明实施方案的产品吸收蜂窝式电话机(由韩国LG电器公司制造)产生的电场的吸收率。表5中所示的生成电场和吸收率是通过使用HoladaV HI-4000RF测量系统从蜂窝式电话机中每隔5cm测量出来的。
                             表5
 未附着陶瓷组合物  附着了陶瓷组合物  吸收率(％)
 电场(V/m)       28.6        11.0     61.5
参照表5，将按照本实施例制造出的陶瓷组合物附着到蜂窝式电话机上之后，电场为11.0V/m。当陶瓷组合物未被附着到蜂窝式电话机上时，电场为28.6V/m。因此，陶瓷组合物对电场的吸收率为61.5％。
表6显示出由摩托罗拉电器公司生产的蜂窝式电话机的电场的吸收率。表6中的吸收率是通过使用Holaday HI-4000RF测量系统从蜂窝式电话机每隔2cm测量出来的。
                             表6
 未附着陶瓷组合物  附着了陶瓷组合物  吸收率(％)
 电场(V/m)        31.1        11.9     61.7
参照表6，将按照本实施例制造出的陶瓷组合物附着到蜂窝式电话机上之后，电场为11.9V/m。当陶瓷组合物未被附着到蜂窝式电话机上时，电场为31.1V/m。因此，陶瓷组合物对电场的吸收率为约61.7％。
因此，如表5和表6所示，按照实施例3制造的陶瓷组合物能吸收从电子装置中产生的大量电场。实施例4
将按重量计含约75％Fe2O3，约4％NiO，约17％ZnO和约4％CuO的原料粉末；以及按100％重量原料粉末计含约40％水，约0.4％六甲醇作为分散剂，约0.8％聚乙烯醇和约0.002％的Bi2O3作增塑剂和约0.25％的H2ZnO2作润滑剂的混合物均匀混合。
在此实施例中，所用原料与实施例1相同。并且，研磨、加压、烧结和冷却的过程都与实施例1相同。
表7显示出按本发明实施例的产品吸收蜂窝式电话机(由韩国LG电器公司制造)产生的电场的吸收率。表7中的产生电场和吸收率是通过使用Holaday HI-4000RF测量系统从蜂窝状电话机中每隔5cm测量出来的。
                             表7
 未附着陶瓷组合物  附着了陶瓷组合物  吸收率(％)
 电场(V/m)       28.1        11.2     60.1
参照表7，将按照本实施例制造出的陶瓷组合物附着到蜂窝式电话机上之后，电场为11.2V/m。当陶瓷组合物未被附着到蜂窝式电话机上时，电场为28.1V/m。因此，陶瓷组合物对电场的吸收率为约60.1％。
表8显示的是由摩托罗拉电器公司生产的蜂窝式电话机的电场的吸收率。表8中的电场和吸收率是通过使用Holaday HI-4000RF测量系统从蜂窝式电话机每隔2cm测量出来的。
                             表8
 未附着陶瓷组合物  附着了陶瓷组合物  吸收率(％)
 电场(V/m)        31.3        12.6     59.7
参照表8，将按照本实施例制造出的陶瓷组合物附着到蜂窝式电话机上之后，电场为12.6V/m。当陶瓷组合物未被附着到蜂窝式电话机上时，电场为31.3V/m。因此，陶瓷组合物对电场的吸收率为约59.7％。
因此，如表7和表8所示，按照实施例4制造的陶瓷组合物能吸收从电子装置中产生的大量电场。
从以上描述可以看出，按照本发明生产出的陶瓷组合物能吸收电子装置产生的大部分电场。也就是说，陶瓷组合物能吸收电子装置发射的电磁波。
尽管参照具体的实施方案对本发明作了详述描述，但是作为本领域内熟练的技术人员应该清楚：对本发明的形式和细节所作的任何改变将不违背所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于吸收电磁波的陶瓷组合物，包含：
按重量计含60％-75％Fe2O3，3％-8％NiO，15％-25％ZnO和3％-8％CuO的原料粉末；以及
按100％重量的原料粉末计，含30％-50％水，0.2％-0.6％分散剂，0.5％-1.0％增塑剂和0.1％-0.4％润滑剂的混合物，
其中按100％原料粉末重量计的所述增塑剂包含0.5-1.0％聚乙烯醇和0.0005-0.004％Bi2O3，所用分散剂包含六甲醇和所用润滑剂包含H2ZnO2。
2.一种用于制造可吸收电磁波的陶瓷组合物的方法，包括如下步骤：
1)将按重量计含60％-75％Fe2O3，3％-8％NiO，15％-25％ZnO和3％-8％CuO的原料粉末；以及按100％重量的原料粉末计，含30％-50％水，0.2％-0.6％分散剂，0.5％-1.0％聚乙烯醇，0.0005-0.004％的Bi2O3和0.1％-0.4％润滑剂的混合物均匀混合，其中按100％原料粉末重量计的所述增塑剂包含0.5-1.0％聚乙烯醇和0.0005-0.004％Bi2O3，所用分散剂包含六甲醇和所用润滑剂包含H2ZnO2；
2)研磨此混合粉末；
3)把磨细的粉末转变为颗粒；
4)把颗粒形成为成形体；
5)把此成形体烧结成一烧结体；
6)逐渐冷却此烧结体。
3.根据权利要求2所述的制造陶瓷组合物的方法，其中步骤2)为湿研磨法，用球磨机研磨2-4小时，以便形成具有1微米-3微米颗粒分布的混合物粉末。
4.根据权利要求2所述的制造陶瓷组合物的方法，其中步骤3)是通过采用喷雾干燥法和使用喷雾干燥器进行的，以便形成为具有1微米-3微米颗粒分布的颗粒。
5.根据权利要求4所述的制造陶瓷组合物的方法，其中步骤3)是通过维持喷雾干燥器的入口温度为550℃-600℃和出口温度为100℃-150℃来进行，以使颗粒具有0.2％-0.3％的水分范围。
6.根据权利要求2所述的制造陶瓷组合物的方法，其中步骤4)通过使用金属冲压机，在室温下，在800kg/cm2-1200kg/cm2的压力下进行的。
7.根据权利要求2所述的制造陶瓷组合物的方法，其中步骤5)进一步包括如下步骤：在把此成形体放入到炉内后，加热此成形体3小时，使温度升到400℃；
维持炉温度400℃1小时，
加热炉内的成形体4个小时，使温度从400℃升到900℃；
维持炉温度900℃2小时；
加热炉内的成形体3个时，使温度从900℃升到1200℃；和
维持温度1200℃2小时。
8.根据权利要求2所述的制造陶瓷组合物的方法，其中步骤6)进一步包括如下步骤：
在使炉封闭以后，逐渐冷却炉内的烧结体40-60小时；和
在低于200℃的炉温下，从炉内取出烧结体，然后在大气压下逐渐冷却此烧结体。
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