JP2009292683A - Electromagnetic wave shielding ceramic and production method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電波を遮蔽する効果を有する電波遮蔽セラミックス及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a radio wave shielding ceramic having an effect of shielding radio waves and a method for manufacturing the same.
従来から金属は電波を反射し、電波遮蔽材として使われてきた。しかしながら、金属の致命的な欠点は腐食である。特に海岸地帯、海洋での使用では腐食は進行する。また、多孔質セラミックスを利用した電波遮蔽材が特開平7−215776号公報(特許文献1)により提案されている。 Traditionally, metals reflect radio waves and have been used as radio wave shielding materials. However, a fatal drawback of metals is corrosion. Corrosion proceeds especially when used in coastal areas and oceans. Further, a radio wave shielding material using porous ceramics has been proposed in JP-A-7-215776 (Patent Document 1).
様々な使用環境に適応できる耐腐食性で安価な材料としてアルミナセラミックスがあるが、アルミナセラミックスの電気的な特徴は絶縁体であり、電波に関する特徴は僅かな吸収であるため、十分な電波遮蔽効果が得られないという問題があった。 Alumina ceramics are a corrosion-resistant and inexpensive material that can be adapted to various usage environments, but the electrical characteristics of alumina ceramics are insulators, and the characteristics regarding radio waves are slight absorption. There was a problem that could not be obtained.
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、アルミナセラミックスと炭素を混合し焼成した材料が金属のように電波を反射する性質と炭素を混合したセラミックスのように電波を吸収する性質とを兼ね備えた特性を有するといった知見により、炭素を混合し焼成したアルミナセラミックスは電波吸収の効果を有していることから、これを利用して、耐腐食性に優れ、電波吸収の特性と電波反射の特性を保持する電波遮蔽セラミックス及びその製造方法を提供せんとするものである。 The present invention solves the above-mentioned problems. The object of the present invention is to have a property that a material obtained by mixing and firing alumina ceramics and carbon reflects a radio wave like a metal and a radio wave like a ceramic mixed with carbon. Due to the knowledge that it has the properties of absorbing properties, alumina ceramics that have been mixed and baked with carbon have the effect of absorbing radio waves. It is an object of the present invention to provide a radio wave shielding ceramic that retains characteristics and radio wave reflection characteristics and a method of manufacturing the same.
前記目的を達成するための本発明に係る電波遮蔽セラミックスの第1の構成は、金属酸化物と、カーボンブラックと、アルミナと、バインダーとを混合して成形し、焼成したことを特徴とする。ここで、バインダーは各種有機物からなる。 The first configuration of the radio wave shielding ceramic according to the present invention for achieving the above object is characterized in that a metal oxide, carbon black, alumina, and a binder are mixed, molded, and fired. Here, the binder is made of various organic substances.
また、本発明に係る電波遮蔽セラミックスの第2の構成は、前記電波遮蔽セラミックスの第1の構成において、前記金属酸化物は、酸化チタンまたは酸化モリブデンであることを特徴とする。 The second configuration of the radio wave shielding ceramic according to the present invention is characterized in that, in the first configuration of the radio wave shielding ceramic, the metal oxide is titanium oxide or molybdenum oxide.
また、本発明に係る電波遮蔽セラミックスの第3の構成は、前記電波遮蔽セラミックスの第1の構成において、前記酸化チタンまたは前記酸化モリブデンを前記アルミナに対して20重量%混合したことを特徴とする。 The third configuration of the radio wave shielding ceramic according to the present invention is characterized in that, in the first configuration of the radio wave shielding ceramic, the titanium oxide or the molybdenum oxide is mixed in an amount of 20% by weight with respect to the alumina. .
また、本発明に係る電波遮蔽セラミックスの製造方法の第1の構成は、金属酸化物と、カーボンブラックと、アルミナと、バインダーとを混合して成形し、焼成することを特徴とする。 A first configuration of the method for producing a radio wave shielding ceramic according to the present invention is characterized in that a metal oxide, carbon black, alumina, and a binder are mixed, molded, and fired.
また、本発明に係る電波遮蔽セラミックスの製造方法の第2の構成は、前記製造方法の第1の構成において、前記焼成は、1500℃以上の還元雰囲気で行われることを特徴とする。 The second configuration of the radio wave shielding ceramic manufacturing method according to the present invention is characterized in that, in the first configuration of the manufacturing method, the firing is performed in a reducing atmosphere of 1500 ° C. or higher.
また、本発明に係る電波遮蔽セラミックスの製造方法の第3の構成は、前記製造方法の第2の構成において、前記1500℃以上で還元雰囲気で焼成する際に前記バインダーを気化させるための脱脂を行わないことを特徴とする。 Moreover, the 3rd structure of the manufacturing method of the electromagnetic wave shielding ceramic which concerns on this invention is the degreasing | defatting for vaporizing the said binder when baking by 1500 degreeC or more in a reducing atmosphere in the 2nd structure of the said manufacturing method. It is characterized by not performing.
上記構成によれば、本発明の電波遮蔽セラミックスは、セラミックスでありながら金属板と同等の電波遮蔽効果を有しており、海水等の腐食に耐性を持ち、金属酸化物を全体の20重量%程度で金属と同等の性能を有することから、金属資源の節約の効果がある。 According to the above configuration, the radio wave shielding ceramic of the present invention has a radio wave shielding effect equivalent to that of a metal plate while being a ceramic, has resistance to corrosion such as seawater, and the metal oxide is 20% by weight of the whole. Since it has the same performance as that of metal, there is an effect of saving metal resources.
本発者等は、電波遮蔽効果を有する金属と安価で耐腐食性に優れた電波吸収効果を有する炭素−アルミナセラミックスとを複合化することで電波遮蔽効果を有するアルミナセラミックスが可能ではないかと考え実験を繰り返した。 The present inventors believe that alumina ceramics having radio wave shielding effects may be possible by combining a metal having radio wave shielding effects and carbon-alumina ceramics having a radio wave absorption effect that is inexpensive and excellent in corrosion resistance. The experiment was repeated.
上記構成によれば、電波吸収の特性を有する炭素−アルミナ混合材と還元されて金属を析出する金属酸化物とを混合して成形した後、1500℃以上の還元雰囲気で焼成したことでセラミックスの物理的、化学的特性を保持し、尚且つ、電波遮蔽効果を付与することが出来る。 According to the above configuration, after mixing and forming a carbon-alumina mixed material having radio wave absorption characteristics and a metal oxide that is reduced to precipitate a metal, the ceramic is baked in a reducing atmosphere of 1500 ° C. or higher. It retains physical and chemical properties and can provide a radio wave shielding effect.
炭素は金属酸化物の還元剤として作用し、1500℃以上の焼成の過程で一酸化炭素、二酸化炭素として大気へ放出される。そして以下の化学式1,2に示される反応を経過すると推定される。この反応はアルミナセラミックスの結晶粒子の空隙で行われていると考えられる。尚、以下の化学式のnおよびmは任意の整数を示す。 Carbon acts as a metal oxide reducing agent and is released into the atmosphere as carbon monoxide and carbon dioxide in the course of firing at 1500 ° C. or higher. And it is estimated that the reaction shown by the following chemical formulas 1 and 2 passes. This reaction is considered to be performed in the voids of the crystal grains of alumina ceramics. In addition, n and m of the following chemical formulas show arbitrary integers.
[化1]
TiO2+C=Ti+CO2
[Chemical 1]
TiO 2 + C = Ti + CO 2
生成物として金属チタンのほかTiO2の還元で生成されるTinOmも共存する。 In addition to metallic titanium, Ti n O m produced by reduction of TiO 2 coexists as a product.
[化2]
MoO2+C=Mo+CO2
[Chemical 2]
MoO 2 + C = Mo + CO 2
生成物として金属モリブデンのほか還元で生成されるMo2C(炭化モリブデン)も共存する。 In addition to metallic molybdenum, Mo 2 C (molybdenum carbide) produced by reduction coexists as a product.
上記化学反応式1,2から炭素の混合量は決まり、酸化チタン1モルに対し炭素1モルが必要である。 The mixing amount of carbon is determined from the chemical reaction formulas 1 and 2, and 1 mol of carbon is required for 1 mol of titanium oxide.
炭素は高温度の条件では酸化(燃焼)し、炭酸ガスとして消費されることから、焼成は還元雰囲気或いは不活性ガス中雰囲気のうち何れかで行い炭素の酸化を抑制して酸化チタンの還元を促進する。 Since carbon oxidizes (combusts) under high temperature conditions and is consumed as carbon dioxide gas, firing is performed in either a reducing atmosphere or an inert gas atmosphere to suppress carbon oxidation and reduce titanium oxide. Facilitate.
また、炭素源として、セラミックスの製造の際に一般的に使用し、500℃以上で気化、或いは分解する(以下、「脱脂工程」という)成形に必要なバインダー(例えばPVA(ポリビニールアルコール),アクリル樹脂など)を脱脂することなく還元焼成を行うと炭素は残留し炭素源となる。 Further, as a carbon source, it is generally used in the production of ceramics, and is a binder (for example, PVA (polyvinyl alcohol)) required for molding that vaporizes or decomposes at 500 ° C. or higher (hereinafter referred to as “degreasing process”). When reduction firing is performed without degreasing the acrylic resin or the like, carbon remains and becomes a carbon source.
図により本発明に係る電波遮蔽セラミックス及びその製造方法の一実施形態を具体的に説明する。図1は本発明に係る電波遮蔽セラミックスの製造方法を示す製造工程図、図2は一般的な製造工程図、図3は脱脂を行なわない場合の酸化チタンの混合率と電波遮蔽効果との関係を示す図、図4は酸化チタンのアルミナに対する混合率が15重量%及び20重量%における脱脂の有無による電波遮蔽効果の違いを説明する図、図5は酸化モリブデンのアルミナに対する混合率が5重量%〜20重量%における電波遮蔽効果を説明する図である。 An embodiment of a radio wave shielding ceramic according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described specifically with reference to the drawings. FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing a method of manufacturing a radio wave shielding ceramic according to the present invention, FIG. 2 is a general manufacturing process diagram, and FIG. 3 is a relationship between a mixing ratio of titanium oxide and a radio wave shielding effect when degreasing is not performed. FIG. 4 is a diagram for explaining the difference in radio wave shielding effect depending on the presence or absence of degreasing when the mixing ratio of titanium oxide to alumina is 15 wt% and 20 wt%, and FIG. 5 is the mixing ratio of molybdenum oxide to alumina being 5 wt%. It is a figure explaining the electromagnetic wave shielding effect in% -20 weight%.
図1において、本発明の電波遮蔽セラミックスの製造工程では、金属酸化物としての酸化チタンと、炭素源となるカーボンブラックとを所定の混合比に混合し、この混合した粉末を、2μm〜3μmに調整したアルミナに添加率を調整して混合し、更にセラミックスの成形に必要なバインダーを添加したスラリーを作成した。このスラリーは各原料を馴染ませるために24時間静置した後、スプレードライヤーを用いて電波遮蔽セラミックスの原料となる顆粒を製造した。 In FIG. 1, in the manufacturing process of the radio wave shielding ceramic of the present invention, titanium oxide as a metal oxide and carbon black as a carbon source are mixed at a predetermined mixing ratio, and the mixed powder is 2 μm to 3 μm. The slurry was prepared by adjusting the addition rate to the adjusted alumina and mixing it, and further adding a binder necessary for forming the ceramic. This slurry was allowed to stand for 24 hours in order to familiarize each raw material, and then a granule serving as a raw material for the radio wave shielding ceramic was produced using a spray dryer.
酸化チタンの添加率をアルミナに対して5重量%,10重量%,15重量%,20重量%にそれぞれ調整した顆粒を用い、縦120mm、横120mm、厚さ5mmに50tプレスを用いて成形した。この成形物をガス交換し、アルゴンガスを流した還元雰囲気焼成炉を用いて焼成した。焼成は、100(℃/時間)で昇温し、1500℃で2時間保持し、その後、室温まで自然放冷を行った。焼成後、100mm角、厚さ2mmに切断、研磨した板状の試料を用いて電波遮蔽の測定を行った。 Using granules adjusted to 5%, 10%, 15% and 20% by weight, respectively, with respect to alumina, the addition rate of titanium oxide was molded using a 50t press at 120mm length, 120mm width and 5mm thickness. . This molded product was subjected to gas exchange and fired using a reducing atmosphere firing furnace in which argon gas was passed. The firing was performed at 100 (° C./hour), held at 1500 ° C. for 2 hours, and then naturally cooled to room temperature. After firing, radio wave shielding was measured using a plate-like sample cut and polished to a 100 mm square and a thickness of 2 mm.
図2に示した試料の製法は、基本的には通常行われている方法であり、1500℃の本焼成の前に1000℃以下で造粒の際に添加したバインダーを気化させる脱脂を行ったものである。 The sample production method shown in FIG. 2 is basically a conventional method, and degreasing was performed to vaporize the binder added during granulation at 1000 ° C. or lower before the main baking at 1500 ° C. Is.
測定に用いたシステムは、ビーム収束型ホーンアンテナを用いたフリースペース法で、34GHz〜50GHzで電波遮蔽効果の測定を行った。製造した電波遮蔽セラミックスと同じ面積の金属板であるアルミニウム板とを比較した。 The system used for the measurement was a free space method using a beam converging horn antenna, and the radio wave shielding effect was measured at 34 GHz to 50 GHz. The manufactured radio wave shielding ceramic was compared with an aluminum plate which is a metal plate having the same area.
図3に脱脂をしない場合の酸化チタンの混合率と34GHz〜50GHzでの電波遮蔽効果の関係を示した。酸化チタンの混合率の増加に従い電波遮蔽効果は増加し、酸化チタンのアルミナに対する混合率が20重量%では、金属板であるアルミニウム板に匹敵する電波遮蔽効果が確認できる。 FIG. 3 shows the relationship between the mixing ratio of titanium oxide when not degreased and the radio wave shielding effect at 34 GHz to 50 GHz. As the mixing ratio of titanium oxide increases, the radio wave shielding effect increases. When the mixing ratio of titanium oxide to alumina is 20% by weight, a radio wave shielding effect comparable to an aluminum plate, which is a metal plate, can be confirmed.
図4には、酸化チタンの混合率がアルミナに対して15重量%および20重量%で脱脂工程の有無による違いを示した。42GHz付近で比較すると、酸化チタンをアルミナに対して20重量%混合した試料で、脱脂なしで−70dB程度を示すが、脱脂を行うと−12dB程度に電波遮蔽効果は低下し、また、酸化チタンをアルミナに対して15重量%混合した試料で、脱脂なしで−25dB程度を示すが、脱脂を行うと−7dB程度に電波遮蔽効果は低下する。従って、脱脂の有無は、電波遮蔽効果に顕著な差を示す。 FIG. 4 shows the difference depending on the presence or absence of the degreasing step when the mixing ratio of titanium oxide is 15 wt% and 20 wt% with respect to alumina. When compared near 42 GHz, a sample in which 20% by weight of titanium oxide is mixed with alumina shows about −70 dB without degreasing. However, when degreasing, the radio wave shielding effect is reduced to about −12 dB, and titanium oxide Is about -25 dB without degreasing, but when degreasing, the radio wave shielding effect is reduced to about -7 dB. Therefore, the presence or absence of degreasing shows a significant difference in the radio wave shielding effect.
脱脂を行わない場合、造粒の際に添加した有機物は、還元雰囲気で加熱され炭素が生成される。生成した炭素が直接電波を吸収しているのか、本焼成での還元反応に消費され、還元反応の生成物が増加し、電波遮蔽効果に寄与しているのかは定かでない。 When degreasing is not performed, the organic matter added during granulation is heated in a reducing atmosphere to generate carbon. Whether the generated carbon directly absorbs radio waves or is consumed in the reduction reaction in the main firing and the products of the reduction reaction increase and contributes to the radio wave shielding effect is unclear.
上記構成によれば、金属のように電波を反射する性質と、炭素を混合したセラミックスのように電波を吸収する性質とを兼ね備えた特性を有する電波遮蔽セラミックスを提供することが出来る。 According to the above configuration, it is possible to provide a radio wave shielding ceramic having characteristics that combine a property of reflecting a radio wave like a metal and a property of absorbing a radio wave like a ceramic mixed with carbon.
図5には、酸化モリブデンをアルミナに対して5重量%,10重量%,15重量%,20重量%混合し、更に炭素を化学等量混合した材料を前述の酸化チタンを混合した材料と同様な処理を行い、34GHzから50GHzの間の電波遮蔽効果を測定した結果を示した。図5において、酸化モリブデンの混合率がアルミナに対して5重量%から15重量%までは電波遮蔽効果は見られないが、酸化モリブデンの混合率がアルミナに対して20重量%では、アルミニウム板とほぼ同じ電波遮蔽効果が確認できる。 In FIG. 5, a material in which molybdenum oxide is mixed 5 wt%, 10 wt%, 15 wt%, and 20 wt% with respect to alumina and a chemical equivalent amount of carbon is mixed is the same as the material in which titanium oxide is mixed. The result which measured the radio wave shielding effect between 34 GHz and 50 GHz was shown. In FIG. 5, the electromagnetic wave shielding effect is not seen when the mixing ratio of molybdenum oxide is 5 wt% to 15 wt% with respect to alumina, but when the mixing ratio of molybdenum oxide is 20 wt% with respect to alumina, Almost the same radio wave shielding effect can be confirmed.
本発明の活用例として、電波を遮蔽する効果を有する電波遮蔽セラミックス及びその製造方法に適用出来る。 As an application example of the present invention, the present invention can be applied to a radio wave shielding ceramic having an effect of shielding radio waves and a manufacturing method thereof.
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Cited By (1)
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CN102123563A (en) * | 2011-03-30 | 2011-07-13 | 余建平 | Method for manufacturing ceramic PCB (Printed Circuit Board) |
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2008
- 2008-06-05 JP JP2008148233A patent/JP2009292683A/en active Pending
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