JP3796680B2 - 電磁波吸収材料 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チタン酸化物系の電磁波吸収材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は磁気損失を発現させる材料として酸化鉄を、誘電損失を発現させる材料として酸化チタンを選び、これらの混合物を還元雰囲気の誘導炉中で１８００℃に加熱、溶融し、直ちに融液を水冷し、破砕、粉砕、篩い分けした後、さらに１１５０℃において水素還元、粉砕、篩分して得た粉末組成物が電磁波吸収材料として優れた特性を持つことを見出した（特公平５−１５６６４号公報）。また、この粉末組成物とその他の充填材との組み合わせが、磁気損失と誘電損失とを同時に起こすことができ、かつ、吸収すべき不要の電磁波を消滅させるために用いてきた金属板の取付けが、電磁波の周波数によっては不要となることも見出した（特願平８−３２７６１１）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したチタン酸化物系電磁波吸収材料は、１８００℃の溶融状態での還元処理や１１５０℃という高温下での水素還元を行うために製造工程が煩雑であり、かつ、コストが高くなるという難点があった。このために工業的に簡便に製造できる低コストの電磁波吸収材料が求められていた。
【０００４】
また、電磁波吸収領域が広範囲にわたる吸収材料として従来から使用されてきたフェライトは、数ＧＨｚ以上程度の吸収材料としては吸収が少なく実用上はカーボン、カーボニル鉄、フェライト粉などを組み合わせて使用されていた。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
本発明者は、各種のチタン酸化物について、それらの電磁波吸収材料としての諸物性を調査していたが、近年、工業的な規模で入手が可能となったチタンスラグが、電磁波吸収材料としての基本的な要求特性を満たす物性を備えていることを見出し、本発明に到達した。
【０００６】
チタンスラグは、チタン含有量がＴｉＯ2 として３５％程度のイルメナイト鉱を脱硫処理後、無煙炭を加えて電気炉で精錬し銑鉄分離工程を経て、水冷、破砕、粉砕処理を施された粒状物であり、チタン含有量がＴｉＯ2 として７０〜９０％程度まで高められている。
【０００７】
このチタンスラグは低周波の電磁波、例えばテレビ帯などではその材料の厚みに関係なく、ほとんど吸収能がなかったが、より高周波である４．３ＧＨｚを中心に幅広く電磁波を吸収することを見出した。また、この材料はその成形体裏側の金属板の有無によって吸収能の変化が少ないことも確認できた。
【０００８】
チタンスラグは、近年、酸化チタンなどの原料としてイルメナイト鉱からアーク還元炉法によって大量に生産されており、工業的に廉価に入手できる化学品となっている。このチタンスラグは、通常、ＴｉＯ2 換算でチタン分を７０〜９０％含有するが、電磁波吸収材料としては７０％程度以上のチタンスラグが好ましい。チタンスラグの粒子径としては、粉末状をなすものであれば、特に制限されるものではないが、４μｍ〜３ｍｍ、好ましくは４〜１００μｍの範囲に調整されたものであれば使用可能である。しかしながら周波数が２００〜３５００ＭＨｚの領域においては、１ｍｍの粒子径であっても３μｍ程度の場合と、ほぼ、同じ性能を示す。
【０００９】
チタンスラグ粉末は、圧縮成型しても十分な成形強度を持たないため、電磁波吸収能測定用治具に挿入する過程で破損する。そのため有機質バインダーの粉末を使用して成形する。この粉体バインダーの粒子径は、数ミクロンから数十ミクロンまでの範囲に分布しており、使用に際しては有姿のままチタンスラグに添加し、ミキサーで１〜３分間程度混合する。その後、ＳＵＳ３０４製の加圧成型用治具にこの粉末を所定量採り、３．３トン／ｃｍ2 の圧力で圧縮成型する。次に成形体を治具から取り出して１８０℃において３０分間加熱硬化させる。さらに電磁波吸収測定用治具に正確に収納できるように微細加工して測定サンプルとする。
【００１０】
本発明の電磁波吸収材料は、成形圧力によって電磁波吸収曲線が変化するが、高圧力で成形した場合には吸収能が増加する。これは同じ厚みであっても、測定サンプルの密度が成形圧力の増加と共に大きくなることに起因する効果とも考えられる。
【００１１】
【実施例】
以下に本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００１２】
測定サンプル調製
（イ）ＲＴＺ Ｉｒｏｎ＆Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｉｎｃ．社製チタンスラグ粉末、Ｊグレード（ＴｉＯ2 分：９０％、平均粒子径１０００μｍ）、１ｋｇをステンレス製ボールミルに入れて４８時間湿式粉砕した後、そのスラリーをバットに移し１０５℃において２４時間乾燥した。その乾燥粉末、２００ｇをアルミナ製乳鉢に採り３０分間雷解した。このチタンスラグ粉体、１００ｇを採り、さらに大日本インキ社製熱硬化性樹脂粉末、ファインディックＡ−５６−１０２４−Ｙ（平均粒子径、数ミクロン〜数十ミクロン）、７ｇ（７ｗｔ％）を前記のチタンスラグ粉末、１００ｇに加え、ミキサーで１分間、混合した。
【００１３】
次にこの混合粉末を加圧成形用治具に所定量採り、３．３トン／ｃｍ2 で圧縮成型後、１８０℃において３０分間加熱して熱硬化させ、次にネットワークアナライザーにセット出来るように、再度、内径８．６６ｍｍ、外径１９．９４ｍｍのトロイダルコア状に成型加工して測定用サンプルとした。各サンプルの電磁波吸収曲線ならびに厚みを図１および２に示した。
【００１４】
電磁波吸収能の測定法
測定用サンプルの成形：
関東電子応用開発社製の同軸サンプルホルダー（ＣＳＨ２−２０Ｄ）のサイズである内径８．６６ｍｍよりわずかに小さく、外径１９．９４ｍｍよりわずかに大きな加圧可能な治具を作成して３．３トン／ｃｍ2 で圧縮成型後、１８０℃において３０分加熱硬化させ、その後ＣＳＨ２−２０Ｄのサイズに入るように切削加工した。
【００１５】
測定：
電磁波吸収測定はＷＩＬＴＲＯＮ社製３７２６９Ａ型ネットワークアナライザによる短絡解放法により測定した。
【００１６】
解放と短絡の説明：
解放法とは、誘電特性を測定する場合で電磁波の電界成分を最大になるようにサンプルの裏側を解放状態として電磁波吸収能を測定する方法である（具体的には治具のねじ付ふたをしない場合を意味する）。短絡法とは磁気特性を測定する場合で、電磁波の磁界成分を最大になるようにサンプルの裏側を金属板（具体的には治具のねじ付きふたをする場合）で閉鎖する方法である。
【００１７】
【実施例１】
図１および２に厚さを変化させた原料チタンスラグの電磁波吸収曲線を示すが、図１は解放法、図２は短絡法である。
【００１８】
図２からサンプル裏側の金属板の有無に関係なく、４．３ＧＨｚ付近に大きな電磁波吸収が認められ、このことはこの周波数において理想的な吸収材料であることを示している。すなわち、空間インビーダンスと整合がとれていることを示す材料であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々の厚みを有する本発明の電磁波吸収材料成形体の解放法によって測定した電磁波吸収能を示すグラフである。
【図２】同じサンプルについて短絡法によって測定した電磁波吸収能のグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、チタン酸化物系の電磁波吸収材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は磁気損失を発現させる材料として酸化鉄を、誘電損失を発現させる材料として酸化チタンを選び、これらの混合物を還元雰囲気の誘導炉中で１８００℃に加熱、溶融し、直ちに融液を水冷し、破砕、粉砕、篩い分けした後、さらに１１５０℃において水素還元、粉砕、篩分して得た粉末組成物が電磁波吸収材料として優れた特性を持つことを見出した（特公平５−１５６６４号公報）。また、この粉末組成物とその他の充填材との組み合わせが、磁気損失と誘電損失とを同時に起こすことができ、かつ、吸収すべき不要の電磁波を消滅させるために用いてきた金属板の取付けが、電磁波の周波数によっては不要となることも見出した（特願平８−３２７６１１）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したチタン酸化物系電磁波吸収材料は、１８００℃の溶融状態での還元処理や１１５０℃という高温下での水素還元を行うために製造工程が煩雑であり、かつ、コストが高くなるという難点があった。このために工業的に簡便に製造できる低コストの電磁波吸収材料が求められていた。
【０００４】
また、電磁波吸収領域が広範囲にわたる吸収材料として従来から使用されてきたフェライトは、数ＧＨｚ以上程度の吸収材料としては吸収が少なく実用上はカーボン、カーボニル鉄、フェライト粉などを組み合わせて使用されていた。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
本発明者は、各種のチタン酸化物について、それらの電磁波吸収材料としての諸物性を調査していたが、近年、工業的な規模で入手が可能となったチタンスラグが、電磁波吸収材料としての基本的な要求特性を満たす物性を備えていることを見出し、本発明に到達した。
【０００６】
チタンスラグは、チタン含有量がＴｉＯ2 として３５％程度のイルメナイト鉱を脱硫処理後、無煙炭を加えて電気炉で精錬し銑鉄分離工程を経て、水冷、破砕、粉砕処理を施された粒状物であり、チタン含有量がＴｉＯ2 として７０〜９０％程度まで高められている。
【０００７】
このチタンスラグは低周波の電磁波、例えばテレビ帯などではその材料の厚みに関係なく、ほとんど吸収能がなかったが、より高周波である４．３ＧＨｚを中心に幅広く電磁波を吸収することを見出した。また、この材料はその成形体裏側の金属板の有無によって吸収能の変化が少ないことも確認できた。
【０００８】
チタンスラグは、近年、酸化チタンなどの原料としてイルメナイト鉱からアーク還元炉法によって大量に生産されており、工業的に廉価に入手できる化学品となっている。このチタンスラグは、通常、ＴｉＯ2 換算でチタン分を７０〜９０％含有するが、電磁波吸収材料としては７０％程度以上のチタンスラグが好ましい。チタンスラグの粒子径としては、粉末状をなすものであれば、特に制限されるものではないが、４μｍ〜３ｍｍ、好ましくは４〜１００μｍの範囲に調整されたものであれば使用可能である。しかしながら周波数が２００〜３５００ＭＨｚの領域においては、１ｍｍの粒子径であっても３μｍ程度の場合と、ほぼ、同じ性能を示す。
【０００９】
チタンスラグ粉末は、圧縮成型しても十分な成形強度を持たないため、電磁波吸収能測定用治具に挿入する過程で破損する。そのため有機質バインダーの粉末を使用して成形する。この粉体バインダーの粒子径は、数ミクロンから数十ミクロンまでの範囲に分布しており、使用に際しては有姿のままチタンスラグに添加し、ミキサーで１〜３分間程度混合する。その後、ＳＵＳ３０４製の加圧成型用治具にこの粉末を所定量採り、３．３トン／ｃｍ2 の圧力で圧縮成型する。次に成形体を治具から取り出して１８０℃において３０分間加熱硬化させる。さらに電磁波吸収測定用治具に正確に収納できるように微細加工して測定サンプルとする。
【００１０】
本発明の電磁波吸収材料は、成形圧力によって電磁波吸収曲線が変化するが、高圧力で成形した場合には吸収能が増加する。これは同じ厚みであっても、測定サンプルの密度が成形圧力の増加と共に大きくなることに起因する効果とも考えられる。
【００１１】
【実施例】
以下に本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００１２】
測定サンプル調製
（イ）ＲＴＺ Ｉｒｏｎ＆Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｉｎｃ．社製チタンスラグ粉末、Ｊグレード（ＴｉＯ2 分：９０％、平均粒子径１０００μｍ）、１ｋｇをステンレス製ボールミルに入れて４８時間湿式粉砕した後、そのスラリーをバットに移し１０５℃において２４時間乾燥した。その乾燥粉末、２００ｇをアルミナ製乳鉢に採り３０分間雷解した。このチタンスラグ粉体、１００ｇを採り、さらに大日本インキ社製熱硬化性樹脂粉末、ファインディックＡ−５６−１０２４−Ｙ（平均粒子径、数ミクロン〜数十ミクロン）、７ｇ（７ｗｔ％）を前記のチタンスラグ粉末、１００ｇに加え、ミキサーで１分間、混合した。
【００１３】
次にこの混合粉末を加圧成形用治具に所定量採り、３．３トン／ｃｍ2 で圧縮成型後、１８０℃において３０分間加熱して熱硬化させ、次にネットワークアナライザーにセット出来るように、再度、内径８．６６ｍｍ、外径１９．９４ｍｍのトロイダルコア状に成型加工して測定用サンプルとした。各サンプルの電磁波吸収曲線ならびに厚みを図１および２に示した。
【００１４】
電磁波吸収能の測定法
測定用サンプルの成形：
関東電子応用開発社製の同軸サンプルホルダー（ＣＳＨ２−２０Ｄ）のサイズである内径８．６６ｍｍよりわずかに小さく、外径１９．９４ｍｍよりわずかに大きな加圧可能な治具を作成して３．３トン／ｃｍ2 で圧縮成型後、１８０℃において３０分加熱硬化させ、その後ＣＳＨ２−２０Ｄのサイズに入るように切削加工した。
【００１５】
測定：
電磁波吸収測定はＷＩＬＴＲＯＮ社製３７２６９Ａ型ネットワークアナライザによる短絡解放法により測定した。
【００１６】
解放と短絡の説明：
解放法とは、誘電特性を測定する場合で電磁波の電界成分を最大になるようにサンプルの裏側を解放状態として電磁波吸収能を測定する方法である（具体的には治具のねじ付ふたをしない場合を意味する）。短絡法とは磁気特性を測定する場合で、電磁波の磁界成分を最大になるようにサンプルの裏側を金属板（具体的には治具のねじ付きふたをする場合）で閉鎖する方法である。
【００１７】
【実施例１】
図１および２に厚さを変化させた原料チタンスラグの電磁波吸収曲線を示すが、図１は解放法、図２は短絡法である。
【００１８】
図２からサンプル裏側の金属板の有無に関係なく、４．３ＧＨｚ付近に大きな電磁波吸収が認められ、このことはこの周波数において理想的な吸収材料であることを示している。すなわち、空間インビーダンスと整合がとれていることを示す材料であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々の厚みを有する本発明の電磁波吸収材料成形体の解放法によって測定した電磁波吸収能を示すグラフである。
【図２】同じサンプルについて短絡法によって測定した電磁波吸収能のグラフである。
Claims (2)
- ＴｉＯ2 重量換算でチタン分を７０〜９０％含有するチタンスラグからなる電磁波吸収材料。
- 請求項１の電磁波吸収材料の微粉末にバインダーを混合し、圧縮成形してなる電磁波吸収体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10700798A JP3796680B2 (ja) | 1998-04-01 | 1998-04-01 | 電磁波吸収材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10700798A JP3796680B2 (ja) | 1998-04-01 | 1998-04-01 | 電磁波吸収材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11289188A JPH11289188A (ja) | 1999-10-19 |
| JP3796680B2 true JP3796680B2 (ja) | 2006-07-12 |
Family
ID=14448143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10700798A Expired - Fee Related JP3796680B2 (ja) | 1998-04-01 | 1998-04-01 | 電磁波吸収材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3796680B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3520470B2 (ja) * | 2000-11-07 | 2004-04-19 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 電波吸収体 |
| JP4295544B2 (ja) | 2003-04-09 | 2009-07-15 | 株式会社神戸製鋼所 | 冶金用改質炭の製造方法、ならびに冶金用改質炭を用いた還元金属および酸化非鉄金属含有スラグの製造方法 |
| JP7216360B2 (ja) * | 2017-06-30 | 2023-02-01 | 国立大学法人 東京大学 | 電波吸収体 |
-
1998
- 1998-04-01 JP JP10700798A patent/JP3796680B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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