EP0574427A1 - Component for the absorption of electromagnetic waves, and the use of such a component - Google Patents

Component for the absorption of electromagnetic waves, and the use of such a component

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Publication number
EP0574427A1
EP0574427A1 EP19920904849 EP92904849A EP0574427A1 EP 0574427 A1 EP0574427 A1 EP 0574427A1 EP 19920904849 EP19920904849 EP 19920904849 EP 92904849 A EP92904849 A EP 92904849A EP 0574427 A1 EP0574427 A1 EP 0574427A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
particles
component according
absorption
phase
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19920904849
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Jaschinski
Axel Berchtold
Kilian Friederich
Dietmar Klotz
Günter NIMTZ
Peter Marquardt
Rolf Pelster
Achim Enders
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Cerasiv GmbH Innovatives Keramik Engineering
Original Assignee
Cerasiv GmbH Innovatives Keramik Engineering
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Filing date
Publication date
Application filed by Cerasiv GmbH Innovatives Keramik Engineering filed Critical Cerasiv GmbH Innovatives Keramik Engineering
Publication of EP0574427A1 publication Critical patent/EP0574427A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems

Definitions

  • the present invention relates to a component for the absorption of electromagnetic waves, which essentially consists of a first phase component, formed from an electrically non-conductive solid and a second phase component introduced into the first phase component, from particles of a material that is electrically conductive in the macroscopic state.
  • the invention also relates to the use of the specified component.
  • GB-A-22 01 551 strikes as an absorber for
  • the absorber material can contain up to 50% by weight of a magnetic material, e.g. B. iron added; furthermore, the electrical conductivity of the
  • Powder particles through a z. B. existing silver coating can be improved.
  • Absorber can be in a solid ceramic form or in Powder form is present or can be embedded in a flat structure made of polymer or elastomeric material or in a paint.
  • the absorber material can also contain carbon. If the absorber material is embedded in polymeric or elastomeric material, the disadvantage is that the material is easily flammable. If the material is applied as a coat of paint, naturally only small thicknesses can be achieved, so that a satisfactory absorption effect is only achieved in a small microwave frequency range. On the other hand, use as a powder requires additional arrangement aids. Finally, the provision of substoichiometric oxides is complex, or the coating of the particles with metals such as silver often causes unacceptable costs.
  • a device for shielding in particular high-frequency waves is known, metal or graphite particles having different density distributions being arranged within individual foam components.
  • the effect of the known components is compared approximately with the effect of a sound absorbing plate made of porous material, which explains that despite the reflection that is still occurring, the weakened waves inside the components are reflected several times by the embedded particles, and so that the waves are largely absorbed is coming.
  • a very similar proposal can be found in DE-GM 17 60 260, in which a low-reflection absorber for short electromagnetic waves is described.
  • the known absorber consists of layers of different electrical conductivity, which is adjusted by adding differently large amounts of conductive powder.
  • the powder consists of graphite, which is used to produce the absorber in foam body made of z.
  • B. polystyrene is entered.
  • Solid such as ceramic, plastic or in one
  • Liquid called mesoscopic particles from im Macroscopic compact state of electrically conductive materials, such as metal or semiconductors in the order of 1 nm up to 1,000 nm.
  • the conductive particles are insulated from one another and, especially if they consist of low-melting materials and are intended for introduction into a liquid, such as oil, can be agglomerated by increasing the temperature
  • the structure of the absorber that arises in this case thus relates to a matrix from which the mesoscopic particles have been removed in places and which, on the other hand, has particles that have grown due to aggregation.
  • the fine particles are firmly bonded as a result of melting or sintering.
  • DE-PS 10 12 657 is a low-reflection absorber layer to complicate the radar location specified, which consists of pure concrete in the form of individual components, the concrete has an additional graphite admixture, the degree of filling, the size of the graphite particles and the microstructure of the known component, as well as its electrical AC field conductivity.
  • EP-A-0 383 142 specifies a means for absorbing or damping electromagnetic waves in granular form or as a shaped body, which can be produced using gas or foam concrete technology.
  • the agent contains calcium silicate hydrate phases containing water of crystallization, which have a chemically bound and / or
  • a layer consisting essentially of silicon carbide fibers and serving to absorb electromagnetic waves is specified in DE-OS 33 11 001.
  • the layer is applied to a metal plate.
  • the known absorber is used for the frequency range from 8 to 16 GHz.
  • the fabrics made of silicon carbide fibers can be reinforced by synthetic resin binders or ceramic masses, whereby in the case of organic binders insufficient temperature independence and high flammability remain as disadvantages and overall there is also the disadvantage that the known absorbers only exist for a narrowly limited frequency range can be used.
  • the object of the present invention is now to provide a component which is suitable for the absorption of electromagnetic waves and which has a high absorption effect (coefficient) for both a wide range of high-frequency waves and also for low-frequency waves its high-frequency conductivity over a wide range is less temperature-dependent than the materials known from the prior art, is unproblematic with regard to its fire behavior and allows the use of components of smaller thickness when lining highly absorbent measuring rooms, so that the construction of smaller buildings with the same size can still be used Internal volume is possible.
  • the invention provides a component for the absorption of electromagnetic waves, which essentially consists of a first phase component made of an electrically non-conductive solid and a second phase component introduced into the first phase component made of particles of a material that is electrically conductive in the macroscopic state, which Combination of the following features:
  • the solid mainly consists of one or more of the substances specified below: lime-sandstone, gypsum, glass, concrete, light or gas concrete, lime / sand-containing mass (plaster) in the hardened or fired state, fired clay-containing or sintered ceramic Masses,
  • the particles consist of one or more of the compounds specified below: corrosion-resistant, high-melting, non-magnetic metals, carbides, nitrides, carbonitrides or borides of titanium,
  • the average particle size is in a range from 1 nm to 1 ⁇ and the material of the
  • particles In the macroscopic state, particles have an electrical direct current conductivity of 10 5 to
  • the particles forming the second phase constituent are present within the contiguous first phase constituent in an amount of 5 to 30 vol., are distributed like a network and, at least in part, form a penetrating structure in connection with one another,
  • the component has an electrical alternating field conductivity of 0.1 to 20 S / m.
  • the component is continuously electrically conductive, that is to say the particles, too if in the supervision of a cross section through a plane of the component according to the invention they are sometimes not connected to one another - but are connected to one another in other planes, so that, in other words, the component is traversed by a network of electrically conductive paths.
  • the formation of the penetration structure according to the invention requires the use of particles made of such metals or the other particle substances provided according to the invention, which do not melt or sinter together during the drying, firing or sintering processes required for producing the component according to the invention, so that after the firing has been completed or sintering the particles are still in the state of distribution and in the form, as was the case after the shaping of the component, but before the drying, firing or sintering processes were carried out. Agglomeration, possibly followed by crystallite formation, is excluded according to the invention.
  • the first phase component is designed to be homogeneous in itself and forms the isolator for the network of embedded particles it contains.
  • the small particle size of the particles to be stored according to the invention enables the storage of a large number of these fine particles per unit volume.
  • electrically conductive in the macroscopic state means with reference to that in DE-OS 38 02 150 mentioned phenomenon that the electrical conductivity depends on the particle size, ie in the particle size range> 1 ⁇ m corresponds to the values as given in the tables in the relevant literature, but in the mesoscopic range, ie in the range below 1 ⁇ m depending on the present particle size is reduced.
  • Range is 0.2 to 4 S / m.
  • Alternating field conductivity results from the imaginary part of the dielectric function ⁇ via the product 2Tf vx ⁇ o x ⁇ 2_.
  • v is the corresponding frequency
  • is the permittivity of free space.
  • the component according to the invention has a frequency independence sufficient for practical use, so that it can be used excellently in the frequency range between 10 MHz and 20 GHz. In the temperature range between -100 ° C and +300 ° C there is no technically relevant temperature dependence of the high-frequency conductivity.
  • the absorbent In the case of particles with partially electrically conductive connections, properties of the component are proportional to the square root of the frequency and thus significantly less frequency-dependent than with the known absorber materials. For frequencies below the GHz range, in order to achieve a particularly good absorption effect, it is preferable for the particles to be as electrically conductive as possible, influenced by the fill factor and particle size, ie the particles should form a network.
  • the first phase portion consists exclusively of one or more mineral solids, such as. B. from one of the known Beton ⁇ or lightweight concrete types, but in a minor amount one or more organic components, such as. B. a
  • Synthetic resin binders are present, or auxiliaries and additives, as are common in the construction industry, can be present in the usual amounts.
  • the component can be produced from the mixture by admixing the particles provided according to the invention into a conventional synthetic resin cleaning compound and shaping the component.
  • the mixture can also be applied to a substrate, for example the wall of a building. Even if, as stated above, a composition containing the solid components specified according to the invention for the formation of the first phase portion and the particles intended for incorporation therein is not independently deformed into a component, but is applied to a substrate, this does not depart from the idea of the present invention, and the component according to the present invention thus also includes the formation of a layer according to the features of the invention on a substrate.
  • aids such as. B. dispersants and thickeners, which are necessary for the uniform distribution of the particles in the solid, can be present in the component according to the invention. In most cases, however, there are no residues of these aids after curing or firing; only in exceptional cases are residues of less than 1%.
  • the selection of the particle size enables a more precise adjustment to the frequency range to be absorbed. Since the use of coarser particles is associated with increased reflection at a frequency of 10 GHz due to the low penetration depth of the high-frequency waves, particle sizes in the nanometer range are preferably considered for cm waves in the GHz range. At lower frequencies in the MHz range, however, the particle size can be chosen to be coarser, here the average particle size can be up to 1 ⁇ m.
  • the component is designed with a certain porosity, there is also a reduced reflection effect.
  • the component can preferably be designed such that the particles in the parts of the component which face the waves to be absorbed are present with a lower degree of filling, whereas the parts facing the building - ie facing away from the waves to be absorbed - have a higher degree of filling , which practically leads to a better "immersion" of the waves to be absorbed and subsequently to an improved wave absorption.
  • Components with a different degree of filling across their cross-section can be produced by applying layers of masses with different particle concentrations. This effect can be further increased by the fact that the component has the pyramid-shaped or conical shape known from the prior art, although with the advantage that the pyramids or cones have a substantially lower height.
  • the present invention is particularly suitable for the low-transmission or, at the same time, low-transmission and low-reflection cladding of a building, for example in partial areas of an airport building which are to be shielded from external radiation, but also for shielding any type of electronic devices, for. B. a computer system.
  • the component according to the invention is particularly preferred in the lining of test chambers, such as those used for the examination of electrical devices and machines to an ever greater extent to determine the EMC and EMP (electromagnetic compatibility or electromagnetic pulse) are required.
  • FIG. 1 is a diagram showing the dependence of the electrical alternating field conductivity on the frequency for a component according to the invention in comparison to other absorber materials not according to the invention
  • Fig. 2 is a diagram showing the absorption effect as a function of frequency.
  • B Component according to the invention made of 18 vol.% TiC, embedded in a first phase component made of 1 2 0 3;
  • C Component according to the prior art made of foamed plastic with embedded therein
  • Graphite, D a non-inventive component, consisting of
  • Diameters of approx. 400 nm are embedded in polystyrene.
  • A a component according to the invention with the component B in FIG.
  • aqueous suspension of TiC with a Dg Q particle size ⁇ 1 ⁇ m is pre-ground and gypsum (see Table 1) is added to this suspension and mixed well. After setting a homogeneous mixing state of the mass formed, test specimens with a thickness of 40 mm are produced from the mass and the electromagnetic properties are characterized by measuring the dielectric properties.
  • TiC powder 30% by weight of TiC powder, as stated in Example 1, is added to a commercial plaster composition suitable for producing a so-called rough plaster, but without any coarse granulation of the mineral constituents containing a synthetic resin binder.
  • a test specimen which has a usual rough plaster pattern on one side, is produced with the mass formed. The elevations within the rough plaster pattern were between 1 and 4 cm high, while the base layer of the test specimen was approx. 2 cm thick.
  • the TiC particle distribution in the total volume (plaster pattern and surrounding air) shows a constant gradient in relation to the distance from the base layer due to the plaster pattern.
  • the following measurement result was determined at a measuring frequency of 10 GHz:
  • the building materials specified in Examples 1 and 2 are suitable for lining an EMC test chamber.

Landscapes

  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

Un composant pour l'absorption d'ondes électromagnétiques consiste en une matière solide électriquement non-conductrice, telle que du grès argilo-calcaire, du gypse ou des mélanges céramiques, dans laquelle sont réparties des particules d'une matière électriquement conductrice à l'état macroscopique et communiquant en formant un réseau et au moins partiellement entre elles, la part de volume des particules étant située entre 5 et 30 %. Le composant présente une conductivité électrique de champ alternatif de 0,1 à 20 s/m, et la taille des particules va de 1 nm à 1 mum. La matière des particules présente, à l'état macroscopique, une conductivité électrique de 105 à 107 s/m.A component for the absorption of electromagnetic waves consists of an electrically non-conductive solid material, such as clay-limestone, gypsum or ceramic mixtures, in which particles of an electrically conductive material are distributed. macroscopic state and communicating by forming a network and at least partially between them, the part of volume of the particles being located between 5 and 30%. The component has an alternating field electrical conductivity of 0.1 to 20 s / m, and the particle size ranges from 1 nm to 1 mum. The matter of the particles has, in the macroscopic state, an electrical conductivity of 105 to 107 s / m.

Description

Bauteil zur Absorption elektromagnetischer Wellen und seine Verwendung Component for the absorption of electromagnetic waves and its use
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil zur Absorption elektromagnetischer Wellen, das im wesentlichen aus einem ersten Phasenbestandteil, gebildet aus einem elektrisch nichtleitenden Feststoff und einem in den ersten Phasenbestandteil eingebrachten zweiten Phasenbestandteil aus Partikeln eines im makroskopischen Zustand elektrisch leitenden Materials besteht. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des angegebenen Bauteils.The present invention relates to a component for the absorption of electromagnetic waves, which essentially consists of a first phase component, formed from an electrically non-conductive solid and a second phase component introduced into the first phase component, from particles of a material that is electrically conductive in the macroscopic state. The invention also relates to the use of the specified component.
Die GB-A-22 01 551 schlägt als Absorber fürGB-A-22 01 551 strikes as an absorber for
Radarwellen den Einsatz nichtstöchiometrischerRadar waves use non-stoichiometric
Verbindungen, insbesondere von Oxiden, wie z. B.Compounds, especially of oxides, such as. B.
Titan, Chrom, Wolfram u. a. vor, wobei vorzugsweise ein elektrisch leitfähiges Oxid zum Einsatz kommen soll. Dem Absorbermaterial können bis zu 50 Gew.% eines magnetischen Materials, z. B. Eisen, zugefügt sein; ferner kann die elektrische Leitfähigkeit derTitanium, chrome, tungsten and a. before, preferably using an electrically conductive oxide. The absorber material can contain up to 50% by weight of a magnetic material, e.g. B. iron added; furthermore, the electrical conductivity of the
Pulverteilchen durch einen z. B. aus Silber bestehenden Überzug verbessert werden. Der bekanntePowder particles through a z. B. existing silver coating can be improved. The known
Absorber kann in einer festen keramischen Form oder in Pulverform vorliegen oder kann eingebettet sein in ein Flächengebilde aus polymerem oder elastomerem Material bzw. in einen Anstrich. Zusätzlich kann das Absorbermaterial noch Kohlenstoff enthalten. Sofern das Absorbermaterial in polymerem oder elastomerem Material eingelagert ist, besteht der Nachteil darin, daß das Material leicht entflammbar ist. Wird das Material als Anstrich aufgebracht, können naturgemäß nur geringe Dicken erzielt werden, so daß eine befriedigende Absorptionswirkung nur in einem kleinen Mikrowellenfrequenzbereich erzielt wird. Dagegen macht die Verwendung als Pulver zusätzliche Hilfsmittel zur Anordnung erforderlich. Schließlich ist die Bereitstellung substöchiometrischer Oxide aufwendig, bzw. verursacht der Überzug der Partikel mit Metallen, wie Silber, vielfach nicht vertretbare Kosten.Absorber can be in a solid ceramic form or in Powder form is present or can be embedded in a flat structure made of polymer or elastomeric material or in a paint. The absorber material can also contain carbon. If the absorber material is embedded in polymeric or elastomeric material, the disadvantage is that the material is easily flammable. If the material is applied as a coat of paint, naturally only small thicknesses can be achieved, so that a satisfactory absorption effect is only achieved in a small microwave frequency range. On the other hand, use as a powder requires additional arrangement aids. Finally, the provision of substoichiometric oxides is complex, or the coating of the particles with metals such as silver often causes unacceptable costs.
Gemäß dem DE-GM 18 42 857 ist eine Vorrichtung zur Abschirmung insbesondere hochfrequenter Wellen bekannt, wobei Metall- oder Graphitteilchen in unterschiedlicher Dichteverteilung innerhalb einzelner Bauelemente aus Schaumstoff angeordnet sind. Die Wirkung der bekannten Bauelemente wird näherungsweise mit der Wirkung einer aus porösem Werkstoff bestehenden Schallschluckplatte verglichen und damit erklärt, daß trotz einer noch stattfindenden Reflexion die dabei geschwächten Wellen im Inneren der Bauteile mehrfach durch die eingelagerten Teilchen reflektiert werden und es insofern zur weitestgehenden Absorption der Wellen kommt.According to DE-GM 18 42 857, a device for shielding in particular high-frequency waves is known, metal or graphite particles having different density distributions being arranged within individual foam components. The effect of the known components is compared approximately with the effect of a sound absorbing plate made of porous material, which explains that despite the reflection that is still occurring, the weakened waves inside the components are reflected several times by the embedded particles, and so that the waves are largely absorbed is coming.
Ein sehr ähnlicher Vorschlag findet sich in dem DE-GM 17 60 260, in der ein reflexionsarmer Absorber für kurze elektromagnetische Wellen beschrieben wird. Der bekannte Absorber besteht aus Schichten unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit, wobei diese durch verschieden große Zusätze an leitfähigem Pulver eingestellt wird. Vorzugsweise besteht das Pulver aus Graphit, das zur Herstellung des Absorbers in Schaumstoffkörper aus z. B. Polystyrol eingetragen wird.A very similar proposal can be found in DE-GM 17 60 260, in which a low-reflection absorber for short electromagnetic waves is described. The known absorber consists of layers of different electrical conductivity, which is adjusted by adding differently large amounts of conductive powder. Preferably, the powder consists of graphite, which is used to produce the absorber in foam body made of z. B. polystyrene is entered.
Der gravierendste Nachteil dieser bekannten Vorschläge liegt in der Brennbarkeit der Schaumstoffmaterialien, ihrer chemischen Instabilität sowie in der stark temperatur- und frequenzabhängigen Hochfrequenzleitfähigkeit. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß zur Absorption relativ langer Wellen von 100 MHz (3 m) die Bauteile entsprechend dickwandig ausgebildet sein müssen und allein infolge ihrer großen Wandstärke ein großes Gebäudevolumen, insbesondere bei der Erstellung großer reflexions- und echoarmer Meßräume erfordern. Dieser Nachteil erklärt sich dadurch, daß infolge des hohen Luftanteils des Schaumstoffes keine nennenswerte Wellenverkürzung durch eine hohe Dielektrizitätskonstante im Absorbermaterial beim Auftreten von elektromagnetischen Wellen auf das Bauelement erfolgt, was, wie bereits ausgeführt, die Bereitstellung extrem dickwandiger Bauelemente erfordert, wenn es um die Absorption langer Wellen geht.The most serious disadvantage of these known proposals lies in the flammability of the foam materials, their chemical instability and in the high temperature and frequency-dependent high-frequency conductivity. Another disadvantage is that for the absorption of relatively long waves of 100 MHz (3 m), the components must be made correspondingly thick-walled and require a large building volume solely due to their large wall thickness, especially when creating large, low-reflection and low-echo measurement rooms. This disadvantage is explained by the fact that, due to the high air content of the foam, there is no significant wave shortening due to a high dielectric constant in the absorber material when electromagnetic waves occur on the component, which, as already stated, requires the provision of extremely thick-walled components when it comes to absorption long waves.
Aus der DE-OS 38 02 150 ist ein Absorbermaterial für elektromagnetische Wellen bekannt, bei dem in einemFrom DE-OS 38 02 150 an absorber material for electromagnetic waves is known, in which in one
Feststoff, wie Keramik, Kunststoff oder in einerSolid, such as ceramic, plastic or in one
Flüssigkeit sogenannte mesoskopische Partikel aus im makroskopischen Kompaktzustand elektrisch leitfähigen Materialien, z.B. Metall oder Halbleiter in einer Größenordnung von 1 nm bis zu 1.000 nm eingebracht sind.Liquid called mesoscopic particles from im Macroscopic compact state of electrically conductive materials, such as metal or semiconductors in the order of 1 nm up to 1,000 nm.
Die leitfähigen Partikel sind gegeneinander isoliert und können insbesondere, wenn sie aus tiefschmelzenden Materialien bestehen und zur Einbringung in eine Flüssigkeit, wie öl, vorgesehen sind, durch Temperaturerhöhung zum ZusammenballenThe conductive particles are insulated from one another and, especially if they consist of low-melting materials and are intended for introduction into a liquid, such as oil, can be agglomerated by increasing the temperature
(Teilchenagglomeration) gebracht werden. Die in diesem Fall entstandene Struktur des Absorbers betrifft somit eine Matrix, der stellenweise die mesoskopischen Partikel entzogen sind und die andererseits durch Zusammenballung angewachsene Partikel aufweist. Insbesondere, wenn als besonders gut geeignet bezeichnete niedrig schmelzende Metalle verwendet werden, kommt es infolge Verschmelzens oder Versinterns zu festen Verbindungen der Feinpartikel.(Particle agglomeration). The structure of the absorber that arises in this case thus relates to a matrix from which the mesoscopic particles have been removed in places and which, on the other hand, has particles that have grown due to aggregation. In particular, if low-melting metals which are designated as particularly suitable are used, the fine particles are firmly bonded as a result of melting or sintering.
Wie Untersuchungen dieses bekannten Materials zeigten, besteht eine deutliche Abhängigkeit der Absorption von der Frequenz, so daß die elektrische Leitfähigkeit des Absorbers durch Auswahl der Partikelabmessungen und des Füllfaktors auf den Frequenzbereich der zu absorbierenden Wellen abzustimmen sind. Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß die Absorption linear proportional zur Frequenz ist. Für ein weites Einsatzgebiet ist die Einsatzfähigkeit damit nicht gegeben.As studies of this known material showed, there is a clear dependence of the absorption on the frequency, so that the electrical conductivity of the absorber can be matched to the frequency range of the waves to be absorbed by selecting the particle dimensions and the fill factor. The reason for this is that the absorption is linearly proportional to the frequency. It is therefore not suitable for a wide range of applications.
In der DE-PS 10 12 657 ist eine reflexionsarme Absorberschicht zur Erschwerunq der Radarortunq angegeben, die aus purem Beton in Form einzelner Bauelemente besteht, wobei der Beton eine zusätzliche Graphitbeimischung aufweist, über den Füllgrad, die Größenordnung der Graphitteilchen und über die MikroStruktur des bekannten Bauelementes finden sich ebenso wenig Angaben wie zu seiner elektrischen Wechselfeldleitfähigkeit.In DE-PS 10 12 657 is a low-reflection absorber layer to complicate the radar location specified, which consists of pure concrete in the form of individual components, the concrete has an additional graphite admixture, the degree of filling, the size of the graphite particles and the microstructure of the known component, as well as its electrical AC field conductivity.
In der EP-A-0 383 142 ist ein Mittel zur Absorption bzw. zum Dämpfen elektromagnetischer Wellen in Granulatform oder als Formkörper angegeben, herstellbar nach der Gas- oder Schaumbetontechnologie. Neben Luftporen und Restquarz enthält das Mittel Kristallwasser enthaltende Kalziumsilikathydratphasen, die einen chemisch gebundenen und/oderEP-A-0 383 142 specifies a means for absorbing or damping electromagnetic waves in granular form or as a shaped body, which can be produced using gas or foam concrete technology. In addition to air pores and residual quartz, the agent contains calcium silicate hydrate phases containing water of crystallization, which have a chemically bound and / or
Kristallwasser-Gehalt von mehr als 10 K% aufweisen. Da in nachteiliger Weise die stark frequenzabhängigen Dämpfungseigenschaften vom Kristallwassergehalt beeinflußt werden und sich dieser z. B. durch Wärmeeinwirkung reduziert, wird als Hilfsmaßnahme gemäß dieser Schrift die Imprägnierung oder Versiegelung der Oberfläche des bekannten Absorbermaterials vorgeschlagen. Als weitere Hilfsmaßnahme ist die Einlagerung von Kohlenstoff, Aluminium oder Ferrit vorgesehen, wobei die Einlagerung von Ferriten zur Frequenzabhängigkeit der Absorptionseigenschaften führt. Nachteilig ist bei dem bekannten Absorbermaterial eine nicht ausreichende Betriebssicherheit infolge eines sich reduzierenden Wassergehaltes, der auch mit den angegebenen Hilfsmaßnahmen nicht in jedem Fall auszuschließen ist. Der entscheidende Nachteil des bekannten Absorptionsmittels ergibt sich jedoch trotz seiner ausreichenden Absorption im Bereich von 6 bis 18 GHz, die durch das bekanntlich bei 10 GHz liegende Absorptionsmaximum von Wasser hervorgerufen wird, dadurch, daß die Absorptionswirkung von Wasser bei kleineren Frequenzen proportional zur Wellenlänge abnimmt, so daß das bekannte Absorptionsmittel gegenüber niederfrequenten Wellen eine nur unbefriedigende Wirkung aufweist, die nur durch eine dickwandigere Ausbildung der Bauteile kompensierbar ist.Have crystal water content of more than 10 K%. Since the strongly frequency-dependent damping properties are adversely affected by the crystal water content and this z. B. reduced by exposure to heat, the impregnation or sealing of the surface of the known absorber material is proposed as an auxiliary measure according to this document. As a further auxiliary measure, the incorporation of carbon, aluminum or ferrite is provided, the incorporation of ferrites leading to the frequency dependence of the absorption properties. A disadvantage of the known absorber material is inadequate operational reliability due to a reduced water content, which cannot be ruled out in every case even with the specified auxiliary measures. The decisive disadvantage of the known absorbent arises in spite of it sufficient absorption in the range from 6 to 18 GHz, which is caused by the absorption maximum of water, which is known to be 10 GHz, in that the absorption effect of water at smaller frequencies decreases in proportion to the wavelength, so that the known absorption medium is only unsatisfactory compared to low-frequency waves Has an effect that can only be compensated for by a thick-walled design of the components.
Eine im wesentlichen aus Siliziumkarbidfasern bestehende und zur Absorption elektromagnetischer Wellen dienende Schicht ist in der DE-OS 33 11 001 angegeben. Die Schicht ist auf eine Metallplatte aufgebracht. Der bekannte Absorber dient für den Frequenzbereich von 8 bis 16 GHz. Die aus Siliziumkarbidfasern hergestellten Flächengebilde können durch Kunstharzbindemittel oder keramische Massen verstärkt werden, wobei im Falle von organischen Bindemitteln nach wie vor eine unzureichende Temperaturunabhängigkeit und hohe Entflammbarkeit als Nachteile bestehenbleiben und insgesamt auch weiterhin der Nachteil besteht, daß die bekannten Absorber lediglich für einen eng begrenzten Frequenzbereich einsetzbar sind.A layer consisting essentially of silicon carbide fibers and serving to absorb electromagnetic waves is specified in DE-OS 33 11 001. The layer is applied to a metal plate. The known absorber is used for the frequency range from 8 to 16 GHz. The fabrics made of silicon carbide fibers can be reinforced by synthetic resin binders or ceramic masses, whereby in the case of organic binders insufficient temperature independence and high flammability remain as disadvantages and overall there is also the disadvantage that the known absorbers only exist for a narrowly limited frequency range can be used.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein zur Absorption elektromagnetischer Wellen geeignetes Bauteil zur Verfügung zu stellen, das sowohl für einen weiten Bereich hochfrequenter Wellen, aber auch für niederfrequente Wellen, einen hohen Absorptionseffekt (-koeffizienten) aufweist, bezüglich seiner Hochfrequenzleitfähigkeit über weite Bereiche weniger temperaturabhängig als die aus dem Stand der Technik bekannten Materialien ist, unproblematisch hinsichtlich seines Brandverhaltens ist und bei der Auskleidung von hochabsorbierenden Messräumen den Einsatz von Bauteilen geringerer Dicke ermöglicht, so daß die Erstellung äußerlich kleinerer Gebäude mit trotzdem gleich großem nutzbaren Innenvolumen möglich ist.The object of the present invention is now to provide a component which is suitable for the absorption of electromagnetic waves and which has a high absorption effect (coefficient) for both a wide range of high-frequency waves and also for low-frequency waves its high-frequency conductivity over a wide range is less temperature-dependent than the materials known from the prior art, is unproblematic with regard to its fire behavior and allows the use of components of smaller thickness when lining highly absorbent measuring rooms, so that the construction of smaller buildings with the same size can still be used Internal volume is possible.
Es wurde nun gefunden, daß der Absorptionseffekt nicht nur von der Größe der in einem elektrisch isolierenden Werkstoff eingelagerten Partikel, sondern in erheblicher Weise auch von deren Charakter, vom Verteilungsgrad der Partikel und damit von der Art der ausgebildeten MikroStruktur abhängig ist. Ausgehend von diesen Erkenntnissen, sieht die Erfindung bei einem Bauteil zur Absorption elektromagnetischer Wellen, das im wesentlichen aus einem ersten Phasenbestandteil aus einem elektrisch nichtleitenden Feststoff sowie aus einem in den ersten Phasenbestandteil eingebrachten zweiten Phasenbestandteil aus Partikeln eines im makroskopischen Zustand elektrisch leitenden Materials besteht, die Kombination der nachfolgenden Merkmale vor:It has now been found that the absorption effect depends not only on the size of the particles embedded in an electrically insulating material, but also to a considerable extent on their character, on the degree of distribution of the particles and thus on the type of microstructure formed. Based on these findings, the invention provides a component for the absorption of electromagnetic waves, which essentially consists of a first phase component made of an electrically non-conductive solid and a second phase component introduced into the first phase component made of particles of a material that is electrically conductive in the macroscopic state, which Combination of the following features:
a) der Feststoff besteht überwiegend aus einer oder mehreren der nachfolgend angegebenen Substanzen: Kalk-Sandstein, Gips, Glas, Beton, Leicht- oder Gasbeton, Kalk/Sand enthaltender Masse (Putz) in gehärtetem oder gebranntem Zustand, gebrannten tonhaltigen oder gesinterten keramischen Maεsen ,a) the solid mainly consists of one or more of the substances specified below: lime-sandstone, gypsum, glass, concrete, light or gas concrete, lime / sand-containing mass (plaster) in the hardened or fired state, fired clay-containing or sintered ceramic Masses,
b) die Partikel bestehen aus einer oder mehreren der nachfolgend angegebenen Verbindungen: korrosionsbeständige, hochschmelzende, nichtmagnetische Metalle, Karbide, Nitride, Karbonitride oder Boride von Titan,b) the particles consist of one or more of the compounds specified below: corrosion-resistant, high-melting, non-magnetic metals, carbides, nitrides, carbonitrides or borides of titanium,
Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram,Zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum and tungsten,
c) die durchschnittliche Partikelgröße liegt in einem Bereich von 1 nm bis 1 μ und das Material derc) the average particle size is in a range from 1 nm to 1 μ and the material of the
Partikel weist im makroskopischen Zustand eine elektrische Gleichstromleitfahigkeit von 10 5 bisIn the macroscopic state, particles have an electrical direct current conductivity of 10 5 to
107 S/m auf,10 7 S / m on,
d) die den zweiten Phasenbestandteil bildenden Partikel liegen innerhalb des für sich zusammenhängenden ersten Phasenbestandteils in einer Menge von 5 bis 30 Vol.\ vor, sind netzartig verteilt und bilden zumindest teilweise miteinander in Verbindung stehend eine DurchdringungsStruktur,d) the particles forming the second phase constituent are present within the contiguous first phase constituent in an amount of 5 to 30 vol., are distributed like a network and, at least in part, form a penetrating structure in connection with one another,
e) das Bauteil weist eine elektrische Wechselfeldleitfähigkeit von 0,1 bis 20 S/m auf.e) the component has an electrical alternating field conductivity of 0.1 to 20 S / m.
Zu dem in Patentansprüchen und Beschreibung verwendeten Begriff Durchdringungsstruktur inOn the term penetration structure used in patent claims and description in
Verbindung mit den weiteren Angaben einer netzartigenConnection with the further information of a network-like
Verteilung und dem Hinweis darauf, daß die Partikel zumindest teilweise miteinander in Verbindung stehen, ist zu verstehen, daß das Bauteil durchgehend elektrisch leitfähig ist, daß die Partikel also - auch wenn sie in der Aufsicht eines durch eine Ebene gelegten Querschnittes des erfindungsgemäßen Bauteiles, teilweise nicht miteinander in Verbindung stehen - doch in anderen Ebenen miteinander verbunden sind, so daß, anders ausgedrückt, das Bauteil von einem Netzwerk elektrisch leitfähiger Pfade durchzogen wird. Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Durchdringungsstruktur erfordert den Einsatz von Partikeln aus solchen Metallen bzw. der übrigen erfindungsgemäß vorgesehenen Partikelsubstanzen, die während der zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils erforderlichen Trocknungε-, Brenn- oder Sintervorgänge nicht schmelzen oder miteinander versintern, so daß nach Abschluß des Brenn- oder Sintervorganges die Partikel noch in dem Verteilungszustand und in der Form vorliegen, wie dies nach der Formung des Bauteils, aber vor Durchführung der Trocknungs-, Brenn- oder Sintervorgänge der Fall war. Eine Agglomeration, ggf. gefolgt von einer Kristallitbildung, wird gemäß der Erfindung ausgeschlossen. Der erste Phasenbestandteil ist für sich homogen ausgebildet und bildet den Isolator für das in ihr enthaltene Netzwerk der eingelagerten Partikel.Distribution and the indication that the particles are at least partially connected to one another is to be understood that the component is continuously electrically conductive, that is to say the particles, too if in the supervision of a cross section through a plane of the component according to the invention they are sometimes not connected to one another - but are connected to one another in other planes, so that, in other words, the component is traversed by a network of electrically conductive paths. The formation of the penetration structure according to the invention requires the use of particles made of such metals or the other particle substances provided according to the invention, which do not melt or sinter together during the drying, firing or sintering processes required for producing the component according to the invention, so that after the firing has been completed or sintering the particles are still in the state of distribution and in the form, as was the case after the shaping of the component, but before the drying, firing or sintering processes were carried out. Agglomeration, possibly followed by crystallite formation, is excluded according to the invention. The first phase component is designed to be homogeneous in itself and forms the isolator for the network of embedded particles it contains.
Die geringe Teilchengröße der gemäß der Erfindung einzulagernden Partikel ermöglicht die Einlagerung einer Vielzahl dieser feinen Partikel je Vol.-Einheit.The small particle size of the particles to be stored according to the invention enables the storage of a large number of these fine particles per unit volume.
Der Begriff "im makroskopischen Zustand elektrisch leitfähig" besagt unter Bezug auf die in der DE-OS 38 02 150 angesprochene Erscheinung, daß die elektrische Leitfähigkeit von der Teilchengröße abhängt, d. h. im Teilchengrößenbereich > 1 μm den Werten entspricht, wie sie in den Tabellen der einschlägigen Literatur angegeben ist, sich dagegen im mesoskopischen Bereich, d. h. im Bereich unterhalb 1 μm in Abhängigkeit von der vorliegenden Teilchengröße verringert.The term "electrically conductive in the macroscopic state" means with reference to that in DE-OS 38 02 150 mentioned phenomenon that the electrical conductivity depends on the particle size, ie in the particle size range> 1 μm corresponds to the values as given in the tables in the relevant literature, but in the mesoscopic range, ie in the range below 1 μm depending on the present particle size is reduced.
Durch die Auswahl mineralischer Stoffe, z. B. Gips oder keramische Massen als ersten Phasenbestandanteil wird bei dem erfindungεgemäßen Bauteil das bei den bekannten Bauelementen aus aufgeschäumtem Kunststoff bestehende Problem der Entflammbarkeit ausgeschaltet.By choosing mineral substances, e.g. B. gypsum or ceramic masses as the first phase component in the component according to the invention, the problem of flammability in the known components made of foamed plastic is eliminated.
Durch den Verzicht auf den Einsatz von Graphit wird ein weiterer Nachteil, nämlich eine stark temperaturabhängige Leitfähigkeit, beseitigt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Partikel innerhalb des Feststoffes erhält das Bauteil eine elektrischeBy not using graphite, another disadvantage, namely a temperature-dependent conductivity, is eliminated. The arrangement of the particles within the solid according to the invention gives the component an electrical one
Wechselfeldleitfähigkeit, die vorzugsweise sogar imAC field conductivity, which is preferably even in
Bereich von 0,2 bis 4 S/m liegt. Die elektrischeRange is 0.2 to 4 S / m. The electrical
Wechselfeldleitfähigkeit ergibt sich aus dem imaginären Teil der dielektrischen Funktion ε über das Produkt 2Tf v x εo x ε2_. Dabei ist v die entsprechende Frequenz und ε die Permittivität des freien Raumes. Das erfindungsgemäße Bauteil weist eine für den praktischen Einsatz ausreichende Frequenzunabhängikeit auf, so daß es im Frequenzbereich zwischen 10 MHz und 20 GHz hervorragend einsetzbar ist. Im Temperaturbereich zwischen -100 °C und +300 °C besteht keine technisch relevante Temperaturabhängigkeit der Hochfrequenzleitfähigkeit. Die absorbierenden Eigenschaften des Bauteils sind im Fall von Partikeln mit teilweise untereinander elektrisch leitender Verbindung proportional zur Quadratwurzel aus der Frequenz und damit deutlich geringer frequenzabhängig als bei den bekannten Absorbermaterialien. Für Frequenzen unterhalb des GHz-Bereiches ist es zur Erzielung einer besonders guten Absorptionswirkung vorzuziehen, daß eine möglichst weitgehende elektrisch leitende Verbindung der Partikel, untereinander beeinflußt durch Füllfaktor und Partikelgröße, vorliegt, d. h. die Partikel sollen ein Netzwerk bilden.Alternating field conductivity results from the imaginary part of the dielectric function ε via the product 2Tf vx εo x ε 2_. Here v is the corresponding frequency and ε is the permittivity of free space. The component according to the invention has a frequency independence sufficient for practical use, so that it can be used excellently in the frequency range between 10 MHz and 20 GHz. In the temperature range between -100 ° C and +300 ° C there is no technically relevant temperature dependence of the high-frequency conductivity. The absorbent In the case of particles with partially electrically conductive connections, properties of the component are proportional to the square root of the frequency and thus significantly less frequency-dependent than with the known absorber materials. For frequencies below the GHz range, in order to achieve a particularly good absorption effect, it is preferable for the particles to be as electrically conductive as possible, influenced by the fill factor and particle size, ie the particles should form a network.
Vorzugsweise besteht der erste Phasenanteil ausschließlich aus einem oder mehreren mineralischen Feststoffen, wie z. B. aus einer der bekannten Beton¬ oder Leichtbetonarten, jedoch können in untergeordneter Menge auch eine oder mehrere organische Komponenten, wie z. B. einPreferably, the first phase portion consists exclusively of one or more mineral solids, such as. B. from one of the known Beton¬ or lightweight concrete types, but in a minor amount one or more organic components, such as. B. a
Kunstharzbindemittel vorliegen, bzw. können Hilfs- und Zuschlagmittel, wie sie in der Bauindustrie üblich sind, in den üblichen Mengen enthalten sein. Beispielsweise kann das Bauteil durch Zumischung der erfindungsgemäß vorgesehenen Partikel zu einer üblichen Kunstharzputzmasse und Formung des Bauteils aus der Mischung hergestellt werden. Die Mischung kann jedoch auch auf ein Substrat, beispielsweise die Wand eines Gebäudes, aufgetragen werden. Auch wenn, wie vorstehend angegeben, eine Zusammensetzung, enthaltend die erfindungsgemäß angegebenen Feststoffkomponenten zur Ausbildung des ersten Phansenanteils und die zur Einlagerung darin vorgesehenen Partikel, nicht für sich selbständig zu einem Bauteil verformt wird, sondern auf ein Substrat aufgetragen wird, wird damit nicht der Gedanke der vorliegenden Erfindung verlassen, und das Bauteil nach der vorliegenden Erfindung umfaßt somit auch die Ausbildung einer Schicht nach den erfindungsgemäßen Merkmalen auf einem Substrat.Synthetic resin binders are present, or auxiliaries and additives, as are common in the construction industry, can be present in the usual amounts. For example, the component can be produced from the mixture by admixing the particles provided according to the invention into a conventional synthetic resin cleaning compound and shaping the component. However, the mixture can also be applied to a substrate, for example the wall of a building. Even if, as stated above, a composition containing the solid components specified according to the invention for the formation of the first phase portion and the particles intended for incorporation therein is not independently deformed into a component, but is applied to a substrate, this does not depart from the idea of the present invention, and the component according to the present invention thus also includes the formation of a layer according to the features of the invention on a substrate.
Geringe Mengen an Hilfsmitteln, wie z. B. Dispergiermittel und Verdickungs ittel, die zur gleichmäßigen Verteilung der Partikel im Feststoff erforderlich sind, können im erfindungsgemäßen Bauteil vorliegen. Zumeist liegen jedoch nach der Aushärtung oder dem Brennen keine Reste dieser Hilfsmittel vor; lediglich in Ausnahmefällen liegen Reste von weniger als 1 % vor.Small amounts of aids, such as. B. dispersants and thickeners, which are necessary for the uniform distribution of the particles in the solid, can be present in the component according to the invention. In most cases, however, there are no residues of these aids after curing or firing; only in exceptional cases are residues of less than 1%.
Die Auswahl der Partikelgröße ermöglicht eine genauere Abstimmung auf den zu absorbierenden Frequenzbereich. Da bei einer Frequenz von 10 GHz wegen der geringen Eindringtiefe der hochfrequenten Wellen der- Einsatz von gröberen Partikeln mit einer erhöhten Reflexion verbunden ist, kommen für cm-Wellen im GHz-Bereich vorzugsweise Partikelgrößen im Nanometerbereich in Betracht. Bei niedrigeren Frequenzen im MHz-Bereich kann die Partikelgröße dagegen gröber gewählt werden, hier kann die durchschnittliche Partikelgröße bis zu 1 μm betragen.The selection of the particle size enables a more precise adjustment to the frequency range to be absorbed. Since the use of coarser particles is associated with increased reflection at a frequency of 10 GHz due to the low penetration depth of the high-frequency waves, particle sizes in the nanometer range are preferably considered for cm waves in the GHz range. At lower frequencies in the MHz range, however, the particle size can be chosen to be coarser, here the average particle size can be up to 1 μm.
Wird das Bauteil mit einer gewissen Porosität ausgebildet, tritt zusätzlich eine verringerte Reflexionswirkung ein. Zur Einstellung der Porosität kann - falls erforderlich - auf die üblichen Hilfsmittel, wie sie bei der Herstellung der bekannten Bauteile Verwendung finden, zurückgegriffen werden. Das Bauteil kann vorzugsweise so ausgebildet sein, daß die Partikel in den Partien des Bauelementes, die den zu absorbierenden Wellen zugewandt sind, mit einem geringeren Füllgrad vorliegen, wohingegen die dem Gebäude zugewandten - d. h. von den zu absorbierenden Wellen abgewandten - Partien einen höheren Füllgrad aufweisen, was praktisch zu einem besseren "Eintauchen" der zu absorbierenden Wellen und nachfolgend zu einer verbesserten Wellenabsorption führt. Bauteile mit über ihren Querschnitt unterschiedlichem Füllgrad lassen sich durch schichtweisen Auftrag von Massen unterschiedlicher Partikelkonzentration herstellen. Dieser Effekt kann noch dadurch gesteigert werden, daß das Bauteil die aus dem Stand der Technik bekannte pyramiden- oder kegelförmige Ausbildung aufweist, freilich mit dem Vorteil, daß die Pyramiden oder Kegel eine wesentlich geringere Höhe aufweisen.If the component is designed with a certain porosity, there is also a reduced reflection effect. To adjust the porosity can - if necessary - on the usual tools such as those used in the production of the known Components are used, can be used. The component can preferably be designed such that the particles in the parts of the component which face the waves to be absorbed are present with a lower degree of filling, whereas the parts facing the building - ie facing away from the waves to be absorbed - have a higher degree of filling , which practically leads to a better "immersion" of the waves to be absorbed and subsequently to an improved wave absorption. Components with a different degree of filling across their cross-section can be produced by applying layers of masses with different particle concentrations. This effect can be further increased by the fact that the component has the pyramid-shaped or conical shape known from the prior art, although with the advantage that the pyramids or cones have a substantially lower height.
Besonders geeignet ist die vorliegende Erfindung bei der transmissionsarmen oder gleichzeitig transmissionsarmen und reflexionεarmen Verkleidung eines Gebäudes, beispielsweise in Teilbereichen eines Flughafengebäudes, die von einer Außenstrahlung abgeschirmt werden sollen, jedoch auch zur Abschirmung jeder Art elektronischer Geräte, z. B. einer Rechenanlage. Besonders bevorzugt ist das Bauteil nach der Erfindung jedoch bei der Auskleidung von Testkammern, wie sie für die Untersuchung von elektrischen Geräten und Maschinen in immer größerem Umfang zur Bestimmung der EMV und des EMP (elektromagnetischen Verträglichkeit bzw. elektromagnetischen Pulses) benötigt werden.The present invention is particularly suitable for the low-transmission or, at the same time, low-transmission and low-reflection cladding of a building, for example in partial areas of an airport building which are to be shielded from external radiation, but also for shielding any type of electronic devices, for. B. a computer system. However, the component according to the invention is particularly preferred in the lining of test chambers, such as those used for the examination of electrical devices and machines to an ever greater extent to determine the EMC and EMP (electromagnetic compatibility or electromagnetic pulse) are required.
In den nachfolgenden Figuren zeigt:The following figures show:
Fig. 1 ein Diagramm, in dem die Abhängigkeit der elektrischen Wechselfeldleitfähigkeit von der Frequenz für ein erfindungsgemäßes Bauteil im Vergleich zu anderen, nicht erfindungsgemäßen Absorbermaterialien, dargestellt ist,1 is a diagram showing the dependence of the electrical alternating field conductivity on the frequency for a component according to the invention in comparison to other absorber materials not according to the invention,
Fig. 2 ein Diagramm, das die Absorptionswirkung in Abhängigkeit von der Frequenz zeigt.Fig. 2 is a diagram showing the absorption effect as a function of frequency.
In Fig. 1 bedeuten:1 mean:
A: metallisches Bauteil,A: metallic component,
B: erfindungsgemäßes Bauteil aus 18 Vol.% TiC, eingelagert in einen ersten Phasenbestandteil aus 1203; C: Bauteil nach dem Stand der Technik aus aufgeschäumtem Kunststoff mit darin eingelagertemB: Component according to the invention made of 18 vol.% TiC, embedded in a first phase component made of 1 2 0 3; C: Component according to the prior art made of foamed plastic with embedded therein
Graphit, D: ein nichterfindungsgemäßes Bauteil, bestehend ausGraphite, D: a non-inventive component, consisting of
Gips und darin eingelagerten 18 Vol.% TiC, wobei die eingelagerten TiC-Partikel - ohne Ausbildung einer Durchdringungsstruktur - agglomeriert sind, E: voneinander isolierte Wolframteilchen, die mit einem Füllfaktor von 11 Vol. t und mit einemGypsum and 18 vol.% TiC embedded therein, the embedded TiC particles being agglomerated - without forming a penetration structure, E: tungsten particles isolated from one another with a filling factor of 11 vol. T and with a
Durchmesser von ca. 400 nm in Polystyrol eingelagert sind.Diameters of approx. 400 nm are embedded in polystyrene.
In Fig. 2 bedeuten:2 mean:
A: ein erfindungsgemäßes Bauteil mit der zu B in Fig.A: a component according to the invention with the component B in FIG.
1 angegebenen Zusammensetzung, B: ein Bauteil entsprechend E in Fig. 1. Die nachfolgenden Beispiele dienen der näheren Erklärung der Erfindung.1 specified composition, B: a component corresponding to E in FIG. 1. The following examples serve to explain the invention in more detail.
Beispiel 1example 1
Eine wäßrige Suspension von TiC einer DgQ-Teilchengröße < 1 μm wird vorgemahlen und dieser Suspension wird Gips (s. Tabelle 1) zugegeben und gut durchgemischt. Nach Einstellung eines homogenen Mischungszustandes der gebildeten Masse werden aus der Masse Prüfkörper mit einer Dicke von 40 mm hergestellt und die elektromagnetischen Eigenschaften durch Messung der dielektrischen Eigenschaften charakterisiert. An aqueous suspension of TiC with a Dg Q particle size <1 μm is pre-ground and gypsum (see Table 1) is added to this suspension and mixed well. After setting a homogeneous mixing state of the mass formed, test specimens with a thickness of 40 mm are produced from the mass and the electromagnetic properties are characterized by measuring the dielectric properties.
Tabelle 1Table 1
Einwaage (g)Weight (g)
Versuch TiC Gips Wasser TiC PorenTry TiC gypsum water TiC pores
Vol. % nach AbbindenVol.% After setting
In Tabelle 2 sind die Meßergebnisse festgehalten:The measurement results are recorded in Table 2:
Tabelle 2Table 2
Meßfrequenz 1 MHz 8,5 GHz 11 GHz VersuchMeasuring frequency 1 MHz 8.5 GHz 11 GHz experiment
a 8,5 0 8,5 b 11,4 1,3 7,8 c nicht gemessen 9,0 d 18,9 4,9 13,0 a 8.5 0 8.5 b 11.4 1.3 7.8 c not measured 9.0 d 18.9 4.9 13.0
Die Messung einer kommerziellen SchaumstoffplatteMeasurement of a commercial foam sheet
- gefüllt mit Graphit -bei 10 GHz ergab eine effektive dielektrische Funktion: εeff ~ ε1eff + ε2eff von 1,3 + 0,2 i. Beispiel 2- filled with graphite - at 10 GHz gave an effective dielectric function: ε eff ~ ε 1eff + ε 2eff of 1.3 + 0.2 i. Example 2
Einer kommerziellen Putzzusammensetzung, geeignet zur Herstellung eines sog. Rauhputzes, jedoch ohne jede grobe Körnung der mineralischen Bestandteile, enthaltend ein Kunstharzbindemittel, werden 30 Gew. TiC-Pulver, wie in Beispiel 1 angegeben, zugesetzt. Mit der gebildeten Masse wird ein Prüfkörper, der auf seiner einen Seite ein übliches Rauhputzmuster aufweist, hergestellt. Die Erhebungen innerhalb des Rauhputzmusters wiesen dabei eine Höhe zwischen 1 und 4 cm auf, während die Grundschicht des Prüfkörpers eine Dicke von ca. 2 cm aufwies. Die TiC-Teilchenverteilung im Gesamtvolumen (Putzmuster und umgebende Luft) weist durch das Putzmuster einen stetigen Gradienten in Bezug zum Abstand der Grundschicht auf.30% by weight of TiC powder, as stated in Example 1, is added to a commercial plaster composition suitable for producing a so-called rough plaster, but without any coarse granulation of the mineral constituents containing a synthetic resin binder. A test specimen, which has a usual rough plaster pattern on one side, is produced with the mass formed. The elevations within the rough plaster pattern were between 1 and 4 cm high, while the base layer of the test specimen was approx. 2 cm thick. The TiC particle distribution in the total volume (plaster pattern and surrounding air) shows a constant gradient in relation to the distance from the base layer due to the plaster pattern.
Bei einer Meßfrequenz von 10 GHz wurde folgendes Meßergebnis ermittelt:The following measurement result was determined at a measuring frequency of 10 GHz:
εeff = 8'7 + °'4 L ' ε eff = 8 ' 7 + °' 4 L '
Die in den Beispielen 1 und 2 angegebenen Baustoffe sind geeignet zur Auskleidung einer EMV-Testkammer. The building materials specified in Examples 1 and 2 are suitable for lining an EMC test chamber.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Bauteil zur Absorption elektromagnetischer Wellen, im wesentlichen bestehend aus: einem ersten Phasenbestandteil, gebildet aus einem elektrisch nichtleitenden Feststoff und einem in den ersten Phasenbestandteil eingebrachten zweiten Phasenbestandteil aus Partikeln eines im makroskopischen Zustand elektrisch leitenden Materials, gekennzeichnet durch die Kombination der nachfolgenden Merkmale:1. Component for the absorption of electromagnetic waves, consisting essentially of: a first phase component, formed from an electrically non-conductive solid and a second phase component, introduced into the first phase component, from particles of a material that is electrically conductive in the macroscopic state, characterized by the combination of the following features:
a) der Feststoff besteht überwiegend aus einer oder mehreren der nachfolgend angegebenen Substanzen:a) the solid mainly consists of one or more of the substances specified below:
Kalk-Sandstein, Gips, Glas, Beton, Leicht- oder Gasbeton, Kalk/Sand enthaltender Masse (Putz) in gehärtetem oder gebranntem Zustand, gebrannten tonhaltigen oder gesinterten keramischen Massen,Lime-sandstone, gypsum, glass, concrete, light or gas concrete, lime / sand-containing mass (plaster) in hardened or fired state, fired clay-containing or sintered ceramic masses,
b) die Partikel bestehen aus einer oder mehrerer der nachfolgend angegebenen Verbindungen: korrosionsbeständige, hochschmelzende, nichtmagnetische Metalle, Karbide, Nitride, Karbonitride oder Boride von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram,b) the particles consist of one or more of the following compounds: corrosion-resistant, high-melting, non-magnetic metals, carbides, nitrides, carbonitrides or borides of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum and tungsten,
c) die durchschnittliche Partikelgröße liegt in einem Bereich von 1 nm bis 1 μm und das Material der Partikel weist im makroskopischenc) the average particle size is in a range from 1 nm to 1 μm and the material of the particles is macroscopic
Zustand eine elektrische Gleichstromleitfahigkeit von 10 5 bi.s 107 S/m auf,State an electrical direct current conductivity of 10 5 to 107 S / m,
d) die den zweiten Phasenbestandteil bildenden Partikel liegen innerhalb des für sich zusammenhängenden ersten Phasenbestandteils in einer Menge von 5 bis 30 Vol. vor, sind netzartig verteilt und bilden zumindest teilweise miteinander in Verbindung stehend, eine DurchdringungsStruktur,d) the particles forming the second phase constituent are present within the contiguous first phase constituent in an amount of 5 to 30 vol., are distributed in a network and form at least partially connected to one another, a penetrating structure,
e) das Bauteil weist eine elektrische Wechselfeldleitfähigkeit von 0,1 bis 20 S/m auf.e) the component has an electrical alternating field conductivity of 0.1 to 20 S / m.
2. Bauteil nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine elektrische Wechselfeldleitfähigkeit von 0,2 bis 4 S/m.2. Component according to claim 1, characterized by an electrical alternating field conductivity of 0.2 to 4 S / m.
3. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Gleichstromleitfahigkeit des Feststoffes von < 10~ S/m. 3. Component according to one of claims 1 and 2, characterized by a direct current conductivity of the solid of <10 ~ S / m.
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Porenvolumen zwischen 1 und 60 % .4. Component according to one of claims 1 to 3, characterized by a pore volume between 1 and 60%.
5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis , gekennzeichnet durch ein Porenvolumen zwischen 15 und 55 % .5. Component according to one of claims 1 to, characterized by a pore volume between 15 and 55%.
6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel über den Querschnitt des Bauteils mit unterschiedlichem Füllstoffgradienten verteilt sind.6. Component according to one of claims 1 to 5, characterized in that the particles are distributed over the cross section of the component with different filler gradients.
7. Verwendung des Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur transmissionsarmen Verkleidung eines Gebäudes oder Gerätes von außen oder von innen.7. Use of the component according to one of claims 1 to 6 for the low-transmission cladding of a building or device from the outside or from the inside.
8. Verwendung des Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Auskleidung einer EMV-Testkammer für elektrische Geräte und Maschinen. 8. Use of the component according to one of claims 1 to 6 for lining an EMC test chamber for electrical devices and machines.
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