JP4690845B2 - Microwave exothermic composite - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ波エネルギーを吸収して発熱するマイクロ波発熱複合材に関する。   The present invention relates to a microwave heat generating composite material that generates heat by absorbing microwave energy.

マイクロ波照射により被加熱体を高温に加熱する方法として、従来より、炉壁が断熱材で囲まれたマイクロ波吸収体で形成された加熱炉が用いられている。具体的には、マイクロ波吸収体としての炭化ケイ素(SiC)からなる内壁で形成された加熱炉が提案されている(特許文献1参照)。しかし、このような加熱炉においては、マイクロ波の照射方向の影響を受けやすく、均一な加熱ができないという問題があった。これを改善するために、SiC粉末にアルミニウム粉又はアルミナ粉末を混合させる方法が開発されている(特許文献2参照)。しかし、この方法においては、加熱までに時間がかかり急速な加熱を行うことができないという問題があった。   Conventionally, a heating furnace formed of a microwave absorber in which a furnace wall is surrounded by a heat insulating material has been used as a method for heating an object to be heated to a high temperature by microwave irradiation. Specifically, a heating furnace formed of an inner wall made of silicon carbide (SiC) as a microwave absorber has been proposed (see Patent Document 1). However, in such a heating furnace, there is a problem that it is easily affected by the direction of microwave irradiation and uniform heating cannot be performed. In order to improve this, a method of mixing SiC powder with aluminum powder or alumina powder has been developed (see Patent Document 2). However, this method has a problem that it takes time until heating and rapid heating cannot be performed.

一方、SiC以外のマイクロ波吸収体として、例えばLa−Sr−Co−O等のペロブスカイト型複合酸化物を用いた電磁波吸収発熱体がある(特許文献3参照)。このようなマイクロ波吸収体を用いると急速加熱が可能になるが、マイクロ波吸収体と金属触媒を直接接触させる必要があり、マイクロ波吸収材のみでは、加熱速度が約1/2に低下し、実用上不十分なものとなってしまう。
また、複合酸化物からなる半導体材料、例えばSi−Ti−C−Oの化合物からなる高周波吸収材料を用いた高周波発熱体が開発されている(特許文献4参照)。しかし、かかる高周波発熱体においては、高周波吸収材料のマイクロ波の吸収効率が不十分である。そのため、被加熱体を急速かつ均一に加熱することができなかった。
さらに、ガラス又はセラミックスのマトリックス中に、金属粒子を複合させて急速に加熱し、耐熱性、機械的強度に優れたマイクロ波加熱体が開発されている(特許文献5参照)。しかしながら、金属粒子は、導電性があるため、マイクロ波の電磁界中での放電や酸化が起こり、その結果マイクロ波加熱性が低下してしまうという問題があった。
On the other hand, as a microwave absorber other than SiC, there is an electromagnetic wave absorption heating element using a perovskite complex oxide such as La—Sr—Co—O (see Patent Document 3). When such a microwave absorber is used, rapid heating becomes possible, but it is necessary to bring the microwave absorber and the metal catalyst into direct contact. With only the microwave absorber, the heating rate is reduced to about ½. This is insufficient for practical use.
Further, a high-frequency heating element using a semiconductor material made of a complex oxide, for example, a high-frequency absorbing material made of a Si—Ti—C—O compound has been developed (see Patent Document 4). However, in such a high frequency heating element, the microwave absorption efficiency of the high frequency absorbing material is insufficient. For this reason, the object to be heated cannot be heated rapidly and uniformly.
Furthermore, a microwave heating body having excellent heat resistance and mechanical strength has been developed by combining metal particles in a glass or ceramic matrix and rapidly heating them (see Patent Document 5). However, since metal particles are conductive, there has been a problem that discharge and oxidation in a microwave electromagnetic field occur, resulting in a decrease in microwave heating properties.

特開昭59−137785号公報JP 59-137785 A 特開2000−169234号公報JP 2000-169234 A 特開平7−49024号公報JP 7-49024 A 特開平5−171919号公報JP-A-5-171919 特開平9−255365号公報JP 9-255365 A

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、被加熱体を急速かつ均一に加熱することができるマイクロ波発熱複合材を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a microwave heat generating composite material capable of heating a heated object rapidly and uniformly.

第1の発明は、炭化ケイ素系粉末からなるマイクロ波吸収材と、水和性の珪酸塩ガラスからなる結合材とを含有するマイクロ波発熱複合材であって、
上記炭化ケイ素系粉末としては、Si−Zr−C−O又はSi−Ti−C−Oからなる複合酸化物を採用しており、
上記水和性の珪酸塩ガラスとしては、Na 2 O−SiO 2 、K 2 O−SiO 2 、Li 2 O−SiO 2 、MgO−SiO 2 、CaO−SiO 2 、BaO−SiO 2 、PbO−SiO 2 、Al 2 3 −SiO 2 、Na 2 O−CaO−SiO 2 、及びこれらの化合物や混合物、並びにケイ酸ソーダ(Na 2 O−SiO 2 −H 2 O)からNa成分を除去したコロイダルシリカから選ばれる物質の水和物又はOH含有物を含有することを特徴とするマイクロ波発熱複合材にある(請求項1)。
A first invention is a microwave heat generating composite material including a microwave absorber made of silicon carbide-based powder and a binder made of hydratable silicate glass,
As the silicon carbide-based powder, a composite oxide composed of Si—Zr—C—O or Si—Ti—C—O is adopted ,
Examples of the hydrated silicate glass include Na 2 O—SiO 2 , K 2 O—SiO 2 , Li 2 O—SiO 2 , MgO—SiO 2 , CaO—SiO 2 , BaO—SiO 2 , PbO—SiO 2 . 2 , Al 2 O 3 —SiO 2 , Na 2 O—CaO—SiO 2 , and compounds and mixtures thereof, and colloidal silica from which Na component has been removed from sodium silicate (Na 2 O—SiO 2 —H 2 O) A microwave exothermic composite material comprising a hydrate or OH-containing material selected from the group consisting of (1).

上記第1の発明のマイクロ波発熱複合材は、上記炭化ケイ素系粉末からなるマイクロ波吸収材と、水和性の珪酸塩ガラスからなる結合材との複合材料からなる。そのため、上記マイクロ波発熱複合材は、マイクロ波が照射されると、被加熱体を極めて急速かつ均一に加熱することができる。   The microwave heat generating composite material of the first invention is made of a composite material of a microwave absorber made of the silicon carbide powder and a binder made of hydratable silicate glass. Therefore, the microwave heat generating composite material can heat the object to be heated extremely rapidly and uniformly when irradiated with microwaves.

即ち、上記マイクロ波発熱複合材においては、上記特定の炭化ケイ素粉末からなるマイクロ波吸収材と、水和性の珪酸塩ガラスからなる結合材とを組み合わせることにより、マイクロ波吸収材のみを用いた場合に比べて、例えば2〜4倍という優れた加熱性能を示すことができる。また、上記マイクロ波発熱複合材においては、従来より用いられているα−SiCからなるマイクロ波吸収材を用いた場合に比べて、約5倍以上という優れた加熱性能を発揮させることができる。そのため、上記マイクロ波発熱複合材においては、上述のごとく急速かつ均一な加熱が可能になる。それ故、上記マイクロ波発熱複合材は、例えば低出力で急速加熱が要求される排ガス浄化処理装置や、マイクロ波加熱容器等に好適に用いることができる。 That is, in the microwave heat generating composite material, only the microwave absorbing material is used by combining the microwave absorbing material made of the specific silicon carbide powder and the binder made of hydratable silicate glass. Compared to the case, for example, excellent heating performance of 2 to 4 times can be exhibited. Moreover, in the said microwave heat_generation | fever composite material, compared with the case where the microwave absorber which consists of conventionally used (alpha) -SiC is used, the outstanding heating performance of about 5 times or more can be exhibited. Therefore, the microwave heat generating composite material can be rapidly and uniformly heated as described above. Therefore, the microwave heat generating composite material can be suitably used for, for example, an exhaust gas purification treatment apparatus that requires rapid heating at a low output, a microwave heating container, and the like.

また、上記マイクロ波発熱複合材は、従来のように触媒を必要とせず、触媒が無くてもマイクロ波による優れた加熱性能を発揮できる。そのため、金属触媒等によって起こる放電や酸化の発生を防止することができる。それ故、上述の優れた加熱性能を安定して維持することができる。   In addition, the microwave exothermic composite does not require a catalyst as in the prior art, and can exhibit excellent heating performance by microwaves even without a catalyst. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of discharge or oxidation caused by a metal catalyst or the like. Therefore, the above-described excellent heating performance can be stably maintained.

また、第2の発明は、炭化ケイ素系粉末からなるマイクロ波吸収材と、水和性の珪酸塩ガラスからなる結合材とを含有するマイクロ波発熱複合材であって、
上記炭化ケイ素系粉末としては、β−SiCを採用し、
上記水和性の珪酸塩ガラスとしては、Na 2 O−SiO 2 、K 2 O−SiO 2 、Li 2 O−SiO 2 、MgO−SiO 2 、CaO−SiO 2 、BaO−SiO 2 、PbO−SiO 2 、Al 2 3 −SiO 2 、Na 2 O−CaO−SiO 2 、及びこれらの化合物や混合物、並びにケイ酸ソーダ(Na 2 O−SiO 2 −H 2 O)からNa成分を除去したコロイダルシリカから選ばれる物質の水和物又はOH含有物を含有し、
上記マイクロ波発熱複合材においては、上記結合材がマトリックスを形成し、該マトリックス中に上記マイクロ波吸収材が分散されていることを特徴とするマイクロ波発熱複合材にある(請求項3)。
The second invention is a microwave heat generating composite material containing a microwave absorber made of silicon carbide-based powder and a binder made of hydratable silicate glass,
As the silicon carbide based powder, β-SiC is adopted,
Examples of the hydrated silicate glass include Na 2 O—SiO 2 , K 2 O—SiO 2 , Li 2 O—SiO 2 , MgO—SiO 2 , CaO—SiO 2 , BaO—SiO 2 , PbO—SiO 2 . 2 , Al 2 O 3 —SiO 2 , Na 2 O—CaO—SiO 2 , and compounds and mixtures thereof, and colloidal silica from which Na component has been removed from sodium silicate (Na 2 O—SiO 2 —H 2 O) Containing a hydrate or OH-containing substance selected from
In the microwave heat generating composite material, the bonding material forms a matrix, and the microwave absorbing material is dispersed in the matrix. (Claim 3)

上記第2の発明のマイクロ波発熱複合材においては、水和性の珪酸塩ガラスからなる結合材がマトリックスを形成し、該マトリックス中に上記β−SiCの炭化ケイ素粉末からなる上記マイクロ波吸収材が分散されている。上記マイクロ波発熱複合材をこのような構成で形成することにより、上記マイクロ波発熱複合材は、マイクロ波の照射により優れた加熱性能を発揮することができる。そのため、上記マイクロ波発熱複合材は、被加熱体を極めて急速かつ均一に加熱することができる。   In the microwave heat generating composite material according to the second invention, the binder made of hydrated silicate glass forms a matrix, and the microwave absorber made of the β-SiC silicon carbide powder in the matrix. Are distributed. By forming the microwave heat generating composite material in such a configuration, the microwave heat generating composite material can exhibit excellent heating performance by microwave irradiation. Therefore, the microwave heat generating composite material can heat the heated object extremely rapidly and uniformly.

また、上記第1の発明と同様に、上記マイクロ波発熱複合材は、従来のように触媒を必要とせず、金属触媒等によって起こる放電や酸化の発生を防止することができ、安定して優れた加熱性能を維持することができる。   Similarly to the first invention, the microwave heat generating composite material does not require a catalyst as in the prior art, can prevent the occurrence of discharge and oxidation caused by a metal catalyst or the like, and is stable and excellent. Heating performance can be maintained.

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明のマイクロ波発熱複合材は、該マイクロ波発熱複合材を例えば被加熱体に塗布又は担持させて用いることができる。この状態で、上記マイクロ波発熱複合材にマイクロ波を照射すると、上記マイクロ波発熱複合材が優れた吸収効率でマイクロ波を吸収して発熱するため、被加熱体を加熱させることができる。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
The microwave exothermic composite material of the present invention can be used by applying or supporting the microwave exothermic composite material on, for example, an object to be heated. In this state, when the microwave heat generating composite material is irradiated with microwaves, the microwave heat generating composite material absorbs microwaves and generates heat with excellent absorption efficiency, so that the object to be heated can be heated.

上記マイクロ波発熱複合材は、例えば自動車の排ガス浄化装置等に用いることができる。即ち、所謂コールドエミッション対策として、上記マイクロ波発熱複合材を排ガス浄化装置に担持させて用いることができる。これにより、マイクロ波の照射によってマイクロ波発熱複合材を排ガス浄化装置の触媒活性温度付近まで急速かつ均一に加熱させることができる。なお、本発明において、マイクロ波は、0.3〜30GHz帯(波長10mm〜1m)の電波をいい、所謂センチ波及び極超短波といわれる電波を含むものである。   The microwave heat generating composite material can be used, for example, in an exhaust gas purification device for automobiles. That is, as a so-called cold emission countermeasure, the above-described microwave heat generating composite material can be carried on an exhaust gas purification device. Thereby, the microwave exothermic composite material can be rapidly and uniformly heated to the vicinity of the catalyst activation temperature of the exhaust gas purifying apparatus by microwave irradiation. In the present invention, the microwave refers to a radio wave in the 0.3 to 30 GHz band (wavelength 10 mm to 1 m), and includes a so-called centimeter wave and a very high frequency wave.

上記マイクロ波発熱複合材は、炭化ケイ素系粉末からなるマイクロ波吸収材と、水和性の珪酸塩ガラスからなる結合材とを含有する。
上記炭化ケイ素粉末としては、Si−Zr−C−O、又はSi−Ti−C−Oからなる複合酸化物、又はβ−SiCを用いることができる。
The microwave exothermic composite material includes a microwave absorber made of silicon carbide-based powder and a binder made of hydrated silicate glass.
As the silicon carbide powder, a composite oxide composed of Si—Zr—C—O or Si—Ti—C—O, or β-SiC can be used.

また、珪酸塩ガラスとしては、例えばNa2O−SiO2、K2O−SiO2、Li2O−SiO2、MgO−SiO2、CaO−SiO2、BaO−SiO2、PbO−SiO2、Al23−SiO2、Na2O−CaO−SiO2、及びこれらの化合物や混合物、さらにケイ酸ソーダ(Na2O−SiO2−H2O)からNa成分を除去したコロイダルシリカ等が挙げられる。水和性の珪酸塩ガラスとしては、例えば上記の各珪酸塩ガラスの化合物の水和物や、OHを含有する珪酸塩ガラス等を用いることができる。 Examples of the silicate glass include Na 2 O—SiO 2 , K 2 O—SiO 2 , Li 2 O—SiO 2 , MgO—SiO 2 , CaO—SiO 2 , BaO—SiO 2 , PbO—SiO 2 , Al 2 O 3 —SiO 2 , Na 2 O—CaO—SiO 2 , and compounds and mixtures thereof, colloidal silica obtained by removing the Na component from sodium silicate (Na 2 O—SiO 2 —H 2 O), etc. Can be mentioned. As the hydratable silicate glass, for example, hydrates of the above-mentioned silicate glass compounds, silicate glass containing OH, or the like can be used.

また、上記マイクロ波発熱複合材は、上記結合材を10〜80wt%含有することが好ましい(請求項4)。
上記結合材が10wt%未満の場合には、上記結合材と上記マイクロ波吸収材と均一に混合させることが困難になり、また、粘性が高くなって例えば被加熱体等に塗布することが困難になるおそれがある。一方80wt%を越える場合には、マイクロ波の吸収効率が低下するおそれがある。より好ましくは、上記結合材は40〜60wt%であることがよい。
Moreover, it is preferable that the said microwave heat_generation | fever composite material contains 10-80 wt% of said binders (Claim 4).
When the binding material is less than 10 wt%, it becomes difficult to uniformly mix the binding material and the microwave absorbing material, and the viscosity becomes so high that it is difficult to apply to, for example, an object to be heated. There is a risk of becoming. On the other hand, if it exceeds 80 wt%, the microwave absorption efficiency may be reduced. More preferably, the binder is 40 to 60 wt%.

上記マイクロ波発熱複合材は、例えば上記マイクロ波吸収材と上記結合材と水とを混合して得られる複合材を被加熱体等の基材上に塗布し、乾燥させて水分を除去することにより得られる。上記基材としては、耐熱性及びマイクロ波透過性に優れたものが好ましく、例えばセラミックス多孔体等が好ましい。また、基材としては、アルミナファイバー等の繊維状の材質からなる織布又は不織布などを用いることができる。   The microwave heat generating composite material is obtained by, for example, applying a composite material obtained by mixing the microwave absorbing material, the binding material, and water onto a substrate such as a heated body and drying to remove moisture. Is obtained. As said base material, the thing excellent in heat resistance and microwave permeability is preferable, for example, a ceramic porous body etc. are preferable. Moreover, as a base material, the woven fabric or nonwoven fabric which consists of fibrous materials, such as an alumina fiber, can be used.

上記マイクロ波発熱複合材においては、上記結合材がマトリックスを形成し、該マトリックス中に上記マイクロ波発熱複合材が分散されていることが好ましい(請求項2)。
この場合には、上記マイクロ波発熱複合材のマイクロ波による加熱性能をより向上させることができる。これに対し、上記マイクロ波発熱複合材を粉末状にすると、マイクロ波による発熱性能が低下するおそれがある。よって、上記マイクロ波発熱複合材は、上記のごとく結合材からなるマトリックス中に上記マイクロ波吸収材が分散された固形状のものであることが好ましい。特に、上記マイクロ波吸収材として、β−SiCを用いた場合には、加熱性能の向上効果がより顕著に表れる。
In the microwave heat generating composite material, it is preferable that the binding material forms a matrix, and the microwave heat generating composite material is dispersed in the matrix.
In this case, the microwave heating performance of the microwave heat generating composite material can be further improved. On the other hand, when the microwave heat generating composite material is powdered, heat generation performance by the microwave may be reduced. Therefore, the microwave heat generating composite material is preferably a solid material in which the microwave absorbing material is dispersed in the matrix made of the binder as described above. In particular, when β-SiC is used as the microwave absorber, the effect of improving the heating performance appears more remarkably.

(実施例1)
次に、本発明のマイクロ波発熱複合材の実施例につき、図1及び図2を用いて説明する。
図1に示すごとく、本例のマイクロ波発熱複合材1は、炭化ケイ素系粉末からなるマイクロ波吸収材2と、水和性の珪酸塩ガラスからなる結合材3とを含有する。炭化ケイ素系粉末としては、Si−Zr−C−O系の炭化ケイ素複合酸化物粉末を採用してある。具体的には、元素の組成比がSi55Zr1359で表される炭化ケイ素複合酸化物の粉末を用いた。また、珪酸塩ガラスとしては、Na2O−SiO2系ガラス(水ガラス)を採用してある。
Example 1
Next, an embodiment of the microwave heat generating composite material of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the microwave exothermic composite material 1 of this example contains the microwave absorber 2 which consists of silicon carbide type powder, and the binder 3 which consists of hydratable silicate glass. As the silicon carbide based powder, Si—Zr—C—O based silicon carbide composite oxide powder is employed. Specifically, a silicon carbide composite oxide powder having an elemental composition ratio represented by Si 55 Zr 1 C 35 O 9 was used. As the silicate glass, it is adopted Na 2 O-SiO 2 based glass (water glass).

また、マイクロ波発熱複合材1においては、結合材3がマトリックスを形成し、該マトリックス中に上記マイクロ波吸収材2が分散されている。
また、本例においては、マイクロ波発熱複合材1は、基材4に担持させてある。このようにマイクロ発熱複合材1を担持させた基材4を本例においては、適宜「発熱体」とよぶ。また、本例において、基材4としては、自動車の排ガス浄化装置に用いられるコージェライト製のモノリスを用いた。
Further, in the microwave heat generating composite material 1, the binder 3 forms a matrix, and the microwave absorber 2 is dispersed in the matrix.
In this example, the microwave heat generating composite material 1 is carried on the base material 4. In this example, the base material 4 on which the micro heat generating composite material 1 is thus supported is appropriately referred to as a “heating element”. Moreover, in this example, as the base material 4, the monolith made from cordierite used for the exhaust gas purification apparatus of a motor vehicle was used.

次に、本例のマイクロ波発熱複合材の製造方法について、説明する。
まず、マイクロ波吸収材としての炭化ケイ素複合酸化物は、有機ケイ素系ポリマーを前駆体としてポリカルボシランから合成した。具体的には、ポリカルボシランにZrを含んだ金属アルコキシドを加え、約220℃で反応させて、ポリメタロカルボシランを重合させた。その後、大気中で温度約180℃にて不融化処理を行い、さらに不活性ガス中で温度1300〜1500℃で焼成することによって製造した。このようにして元素の組成比がSi55Zr1359で表される炭化ケイ素系複合酸化物の粉末(以下、適宜「Si−Zr−C−O系粉末」と呼ぶ)を得た。Si−Zr−C−O系粉末が上記の元素組成比の炭化ケイ素系複合酸化物であることを赤外吸収による化学分析法で確認した。
Next, a method for manufacturing the microwave heat generating composite material of this example will be described.
First, a silicon carbide composite oxide as a microwave absorber was synthesized from polycarbosilane using an organosilicon polymer as a precursor. Specifically, a metal alkoxide containing Zr was added to polycarbosilane and reacted at about 220 ° C. to polymerize polymetallocarbosilane. Thereafter, infusibilization treatment was performed at a temperature of about 180 ° C. in the atmosphere, and further, firing was performed at a temperature of 1300 to 1500 ° C. in an inert gas. Thus, a silicon carbide-based composite oxide powder (hereinafter, appropriately referred to as “Si—Zr—C—O-based powder”) having an elemental composition ratio represented by Si 55 Zr 1 C 35 O 9 was obtained. . It was confirmed by a chemical analysis method using infrared absorption that the Si—Zr—C—O-based powder was a silicon carbide-based composite oxide having the above elemental composition ratio.

また、基材として、上述のごとくコージェライト製のモノリスを準備した。このモノリスは、直径50mm、長さ15mmの円筒形状であり、貫通孔壁面総面積が600cm2、誘電損率が0.01である。 Moreover, the cordierite-made monolith was prepared as a base material as mentioned above. This monolith has a cylindrical shape with a diameter of 50 mm and a length of 15 mm, a through-hole wall surface total area of 600 cm 2 , and a dielectric loss factor of 0.01.

次に、Si−Zr−C−O系粉末と、結合材としての水ガラスと、水とを混合して複合材を作製した。この複合材を、上記基材としてのモノリス内に均一にコートし、温度300℃で約1時間乾燥させ、水分を除去した。このようにしてマイクロ波発熱複合材(2g)が基材(モノリスの内壁)に担持された発熱体(試料E1)を作製した。なお、乾燥後のマイクロ波発熱複合材におけるマイクロ波吸収材と結合材との配合比は、重量比で56:44であった。 Next, a composite material was produced by mixing Si—Zr—C—O-based powder, water glass as a binder , and water. The composite material was uniformly coated in the monolith as the base material and dried at a temperature of 300 ° C. for about 1 hour to remove moisture. In this way, a heating element (sample E1) in which the microwave heating composite material (2 g) was supported on the base material (inner wall of the monolith) was produced. In addition, the compounding ratio of the microwave absorber and binder in the microwave exothermic composite after drying was 56:44 by weight ratio.

また、本例においては、試料E1の比較用として5種類の発熱体(試料C1〜試料C5)を作製した。
試料C1は、結合材としてアルミナを用いた点を除いては試料E1と同様にして作製したものである。乾燥後におけるマイクロ波吸収材(Si−Zr−C−O系粉末)と結合材(アルミナ)との配合比は、重量比で46:54であった。
また、試料C2は、マイクロ波吸収材としてα−SiC粉末を用いた点を除いては試料E1と同様にして作製したものである。乾燥後におけるマイクロ波吸収材(α−SiC)と結合材(水ガラス)との混合比は、試料E1と同様に重量比で56:44であった。
In this example, five types of heating elements (sample C1 to sample C5) were prepared for comparison with sample E1.
Sample C1 was prepared in the same manner as Sample E1, except that alumina was used as the binder . The mixing ratio of the microwave absorbent (Si—Zr—C—O-based powder) and the binder (alumina) after drying was 46:54 by weight.
Sample C2 was prepared in the same manner as Sample E1, except that α-SiC powder was used as the microwave absorber. The mixing ratio of the microwave absorbing material (α-SiC) and the binder (water glass) after drying was 56:44 by weight as in the case of the sample E1.

試料C3は、マイクロ波吸収材としてα−SiC粉末を用い、結合材としてアルミナを用いた点を除いては試料E1と同様にして作製したものである。乾燥後におけるマイクロ波吸収材(α−SiC)と結合材(アルミナ)との混合比は、46:54であった。
試料C4は、試料E1において結合材として用いた水ガラスのみを基材に担持させて作製したものである。即ち、試料C4においては、マイクロ波吸収材を用いていない。
また、試料C5は、試料C1及び試料C3において結合材として用いたアルミナのみを基材に担持させて作製したものである。即ち、試料C5においては、マイクロ波吸収材を用いていない。
Sample C3 was prepared in the same manner as Sample E1, except that α-SiC powder was used as the microwave absorber and alumina was used as the binder . The mixing ratio of the microwave absorber (α-SiC) and the binder (alumina) after drying was 46:54.
Sample C4 was produced by supporting only the water glass used as the binder in sample E1 on the base material. That is, the sample C4 does not use a microwave absorber.
Sample C5 was prepared by supporting only the alumina used as the binder in Samples C1 and C3 on the base material. That is, the sample C5 does not use a microwave absorber.

次いで、各試料(試料E1、及び試料C1〜試料C5)について、マイクロ波による加熱特性の評価を行った。具体的には、各試料に、周波数2.45GHz、出力500Wのマイクロ波を1分間照射し、その後、基材(モノリス)内の温度を測定した。その結果を図2に示す。   Next, for each sample (sample E1, and sample C1 to sample C5), the heating characteristics by microwaves were evaluated. Specifically, each sample was irradiated with microwaves having a frequency of 2.45 GHz and an output of 500 W for 1 minute, and then the temperature in the substrate (monolith) was measured. The result is shown in FIG.

図2より知られるごとく、試料E1は、1分間という短時間で500℃以上にまで急速に加熱されていた。また、基材におけるマイクロ波発熱複合材が担持されている部分においては、どの部分においても均一に加熱されており、温度のばらつき等もほとんどなかった。
また、結合材として水ガラスを用いた試料E1と、アルミナを用いた試料C1とを比較すると、試料E1は、試料C1に比べて3倍以上の優れた加熱性能を示した。また、試料E1は、マイクロ波吸収材にα−SiCを用いた試料C2及び試料C3に比べて5倍以上の優れた加熱性能を示した。なお、試料C2及び試料C3を比較して知られるごとく、α−SiCを用いた場合には、結合材の違いによる加熱性能の差異はほとんどなかった。また、マイクロ波吸収材を用いずに、結合材だけをコートさせた試料C4及び試料C5においては、ほとんど加熱されなかった。
As known from FIG. 2, the sample E1 was rapidly heated to 500 ° C. or more in a short time of 1 minute. Moreover, in the part in which the microwave exothermic composite material was supported in the base material, it was heated uniformly in any part, and there was almost no temperature variation.
Moreover, when the sample E1 using water glass as a binder and the sample C1 using alumina were compared, the sample E1 showed excellent heating performance three times or more compared to the sample C1. Moreover, the sample E1 showed the heating performance 5 times or more superior to the sample C2 and the sample C3 which used (alpha) -SiC for the microwave absorber. As is known by comparing the sample C2 and the sample C3, when α-SiC was used, there was almost no difference in heating performance due to the difference in the binder . In addition, the sample C4 and the sample C5 coated with only the binder without using the microwave absorber were hardly heated.

以上のように、本例によれば、Si−Zr−C−O系の炭化ケイ素系粉末からなるマイクロ波吸収材と、水和性の珪酸塩ガラスからなる結合材とを含有するマイクロ波発熱複合材は、被加熱体を急速かつ均一に加熱できることがわかる。   As described above, according to the present example, the microwave heat generation containing the microwave absorber made of the Si—Zr—C—O type silicon carbide powder and the binder made of the hydrated silicate glass. It can be seen that the composite material can rapidly and uniformly heat the object to be heated.

(実施例2)
本例は、マイクロ波発熱複合材を、実施例1とは異なる基材に担持させてその加熱性能を評価する例である。
即ち、本例においては、基材として、縦50mm、横50mm、厚み10mmのアルミナブランケットを用いた。このアルミナブランケットは、多数のアルミナファイバーがマット状に配されてなる。
(Example 2)
In this example, a microwave heat generating composite material is supported on a base material different from that in Example 1 and the heating performance is evaluated.
That is, in this example, an alumina blanket having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 10 mm was used as the substrate. This alumina blanket is composed of a large number of alumina fibers arranged in a mat shape.

本例においては、アルミナブランケットの基材に、実施例1の試料E1と同様にして、Si−Zr−C−O系の炭化ケイ素系複合酸化物粉末からなるマイクロ波吸収材と、水ガラスからなる結合材と、水との混合物からなる複合材をコートした。次いで、温度300℃で約1時間乾燥させ、水分を除去し、マイクロ波発熱複合材(2g)を基材(アルミナブランケット)に担持させた発熱体(試料E2)を作製した。試料E2においても、実施例1の上記試料E1と同様に、結合材はマトリックスを形成し、マイクロ波吸収材はマトリックス中に分散されている。   In this example, the alumina blanket base material was made of a microwave absorber made of a Si—Zr—C—O type silicon carbide composite oxide powder and water glass in the same manner as the sample E1 of Example 1. A composite material composed of a mixture of a binder and water was coated. Next, drying was performed at a temperature of 300 ° C. for about 1 hour, moisture was removed, and a heating element (sample E2) in which a microwave heating composite material (2 g) was supported on a base material (alumina blanket) was produced. Also in the sample E2, as in the sample E1 of Example 1, the binding material forms a matrix, and the microwave absorbing material is dispersed in the matrix.

また、本例においては、上記試料E2と同様の成分からなるマイクロ波発熱複合材を粉末状にして基材に担持させた発熱体を作製した。これを試料E3とする。即ち、試料E3においては、Si−Zr−C−O系の炭化ケイ素系複合酸化物粉末と水ガラスとからなるマイクロ波発熱複合材が粉末状に粉砕された状態で基材に担持されている。
また、マイクロ波吸収材として、β−SiC粉末を用い、その他は上記試料E2と同様にして発熱体(試料E4)を作製した。即ち、試料E4においては、アルミナブランケットの基材に、マイクロ波吸収材としてのβ−SiC粉末と結合材としての水ガラスとを含有するマイクロ波発熱複合材が担持されている。
Further, in this example, a heating element was produced in which a microwave heating composite material composed of the same components as in the sample E2 was powdered and supported on a base material. This is designated as Sample E3. That is, in sample E3, a microwave exothermic composite material composed of a Si—Zr—C—O-based silicon carbide composite oxide powder and water glass is supported on the base material in a pulverized state. .
In addition, a β-SiC powder was used as the microwave absorber, and the other heating element (sample E4) was produced in the same manner as the sample E2. That is, in sample E4, a microwave heating composite material containing β-SiC powder as a microwave absorber and water glass as a binder is supported on an alumina blanket base material.

また、本例においては、試料E2〜試料E4の比較用として3種類の発熱体(試料C6〜試料C8)を作製した。
試料C6は、上記試料E4と同様の成分からなるマイクロ波発熱複合材を粉末状にして基材に担持させてなる。即ち、試料C6においては、β−SiC粉末と水ガラスとからなるマイクロ波発熱複合材が粉末状に粉砕された状態で基材に担持されている。
In this example, three types of heating elements (sample C6 to sample C8) were prepared for comparison of samples E2 to E4.
Sample C6 is obtained by supporting a microwave heating composite material composed of the same components as Sample E4 in powder form on a substrate. That is, in sample C6, a microwave heat generating composite material composed of β-SiC powder and water glass is supported on the base material in a state of being pulverized into a powder form.

試料C7は、マイクロ波吸収材としてα−SiC粉末を用いた点を除いては試料E2と同様にして作製したものである。即ち、試料C7においては、マイクロ波吸収材としてのα−SiC粉末と結合材としての水ガラスとからなるマイクロ波発熱複合材が基材に担持されている。
また、試料C8は、マイクロ波吸収材としてα−SiC粉末を用いた点を除いては試料E3と同様にして作製したものである。即ち、試料C8においては、マイクロ波吸収材としてのα−SiC粉末と結合材としての水ガラスとからなるマイクロ波発熱複合材が粉末状に粉砕された状態で基材に担持されている。
Sample C7 was prepared in the same manner as Sample E2 except that α-SiC powder was used as the microwave absorber. That is, in the sample C7, a microwave exothermic composite material composed of α-SiC powder as a microwave absorber and water glass as a binder is supported on a base material.
Sample C8 was prepared in the same manner as Sample E3 except that α-SiC powder was used as the microwave absorber. That is, in the sample C8, a microwave heat generating composite material composed of α-SiC powder as a microwave absorbing material and water glass as a binder is supported on a base material in a pulverized state.

次いで、各試料(試料E2〜E4、及び試料C6〜試料C8)について、実施例1と同様にしてマイクロ波による加熱特性の評価を行った。その結果を図3に示す。   Next, for each sample (samples E2 to E4 and sample C6 to sample C8), the heating characteristics by microwaves were evaluated in the same manner as in Example 1. The result is shown in FIG.

図3より知られるごとく、試料E2〜試料E4は、実用上充分に優れた加熱性能を示した。また、基材におけるマイクロ波発熱複合材が担持されている部分においては、どの部分においても均一に加熱されていた。これに対し、試料C6〜試料C8は、加熱性能が不十分であった。   As is known from FIG. 3, Samples E2 to E4 exhibited heating performance that was sufficiently excellent in practical use. Moreover, in the part in which the microwave exothermic composite material was carry | supported in the base material, it was heated uniformly in any part. On the other hand, Sample C6 to Sample C8 had insufficient heating performance.

特に、試料E2においては、実施例1の試料E1と同様に、1分間という短時間で500℃以上にまで急速に加熱されていた。一方、試料E2と同様の成分からなるマイクロ波発熱複合材を粉末状に粉砕して担持させた試料E3においては、約250℃程度まで加熱されており実用上充分な加熱性能を示すものの、上記試料E2に比べると、加熱性能が約半分程度まで低下していた。よって、上記マイクロ波発熱複合材としては、粉末状に粉砕して用いるのではなく、結合材が連続的なマトリックスを形成し、該マトリックス中にマイクロ波発熱複合材が分散された固形状のものを用いることが好ましい。   In particular, the sample E2 was rapidly heated to 500 ° C. or more in a short time of 1 minute, like the sample E1 of Example 1. On the other hand, in the sample E3 in which the microwave heat generating composite material composed of the same components as the sample E2 is pulverized and supported, it is heated to about 250 ° C. and exhibits practically sufficient heating performance. Compared with sample E2, the heating performance was reduced to about half. Therefore, the microwave heat generating composite material is not used by being pulverized into a powder, but a solid material in which the binder forms a continuous matrix and the microwave heat generating composite material is dispersed in the matrix. Is preferably used.

また、試料E4と試料C6とを比較すると、試料E4は、試料C6の4倍以上の優れた加熱性能を示した。試料E4及び試料C6においては、いずれもマイクロ波吸収材としてβ−SiCを用い結合材として水ガラスを用いており、マイクロ波発熱複合材の構成成分は同じである。しかし、試料C6は、粉末状に粉砕したマイクロ波発熱複合材を用いた点で、試料E4と相違する。その結果、図3に示すごとく、試料C6においては、加熱性能が実用上不十分なレベルにまで低下していた。よって、マイクロ波吸収材としてβ−SiCを用いた場合には、結合材が連続的なマトリックスを形成し、該マトリックス中にマイクロ波発熱複合材が分散された固形状のマイクロ波発熱複合材を用いることが特に好ましくなる。   Moreover, when the sample E4 and the sample C6 were compared, the sample E4 showed the heating performance outstanding 4 times or more of the sample C6. In Sample E4 and Sample C6, β-SiC is used as the microwave absorber and water glass is used as the binder, and the constituent components of the microwave heat generating composite are the same. However, the sample C6 is different from the sample E4 in that a microwave exothermic composite material pulverized into a powder is used. As a result, as shown in FIG. 3, in the sample C6, the heating performance was lowered to a practically insufficient level. Therefore, when β-SiC is used as the microwave absorbing material, a solid microwave heating composite material in which the binding material forms a continuous matrix and the microwave heating composite material is dispersed in the matrix. It is particularly preferable to use it.

また、試料C7及び試料C8のように、マイクロ波吸収材としてα−SiCを用いた場合には、粉末状又は固形状の違いにかかわらず、加熱性能が実用上不充分であった。   Moreover, when (alpha) -SiC was used as a microwave absorber like the sample C7 and the sample C8, heating performance was inadequate practically irrespective of the difference in powder form or solid form.

以上のように、本例によれば、Si−Zr−C−O等の炭化ケイ素複合酸化物又はβ−SiCからなるマイクロ波吸収材と、水和性の珪酸塩ガラスからなる結合材とを含有するマイクロ波発熱複合材は、被加熱体を急速かつ均一に加熱することができることがわかる。さらに、マイクロ波発熱複合材においては、結合材がマトリックスを形成し、マトリックス中にマイクロ波吸収材が分散されていることが好ましいことがわかる。   As described above, according to this example, the microwave absorbent material made of silicon carbide composite oxide such as Si—Zr—C—O or β-SiC, and the binder made of hydratable silicate glass. It can be seen that the microwave heating composite material contained can rapidly and uniformly heat the object to be heated. Furthermore, in the microwave heat generating composite material, it can be seen that it is preferable that the binder forms a matrix and the microwave absorbing material is dispersed in the matrix.

実施例1にかかる、基材に担持された状態のマイクロ波発熱複合材の構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the structure of the microwave heat generating composite material of the state supported by the base material concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかる、各種マイクロ波発熱複合材が担持された発熱体(試料E1、試料C1〜試料C5)についての加熱特性を示す説明図。Explanatory drawing which shows the heating characteristic about the heat generating body (sample E1, sample C1-sample C5) with which the various microwave heat generation composite material concerning Example 1 was carry | supported. 実施例2にかかる、各種マイクロ波発熱複合材が担持された発熱体(試料E2〜試料E4、及び試料C6〜試料C8)についての加熱特性を示す説明図。Explanatory drawing which shows the heating characteristic about the heat generating body (sample E2-sample E4 and sample C6-sample C8) with which the various microwave heat_generation | fever composite material concerning Example 2 was carry | supported.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロ波発熱複合材
2 マイクロ波吸収材
3 結合材
4 基材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microwave heat generating material 2 Microwave absorber 3 Binding material 4 Base material

Claims (4)

炭化ケイ素系粉末からなるマイクロ波吸収材と、水和性の珪酸塩ガラスからなる結合材とを含有するマイクロ波発熱複合材であって、
上記炭化ケイ素系粉末としては、Si−Zr−C−O又はSi−Ti−C−Oからなる複合酸化物を採用しており、
上記水和性の珪酸塩ガラスとしては、Na 2 O−SiO 2 、K 2 O−SiO 2 、Li 2 O−SiO 2 、MgO−SiO 2 、CaO−SiO 2 、BaO−SiO 2 、PbO−SiO 2 、Al 2 3 −SiO 2 、Na 2 O−CaO−SiO 2 、及びこれらの化合物や混合物、並びにケイ酸ソーダ(Na 2 O−SiO 2 −H 2 O)からNa成分を除去したコロイダルシリカから選ばれる物質の水和物又はOH含有物を含有することを特徴とするマイクロ波発熱複合材。
A microwave exothermic composite containing a microwave absorber made of silicon carbide-based powder and a binder made of hydratable silicate glass,
As the silicon carbide-based powder, a composite oxide composed of Si—Zr—C—O or Si—Ti—C—O is adopted ,
Examples of the hydrated silicate glass include Na 2 O—SiO 2 , K 2 O—SiO 2 , Li 2 O—SiO 2 , MgO—SiO 2 , CaO—SiO 2 , BaO—SiO 2 , PbO—SiO 2 . 2 , Al 2 O 3 —SiO 2 , Na 2 O—CaO—SiO 2 , and compounds and mixtures thereof, and colloidal silica from which Na component has been removed from sodium silicate (Na 2 O—SiO 2 —H 2 O) A microwave exothermic composite comprising a hydrate or OH-containing substance selected from the group consisting of:
請求項1において、上記マイクロ波発熱複合材においては、上記結合材がマトリックスを形成し、該マトリックス中に上記マイクロ波吸収材が分散されていることを特徴とするマイクロ波発熱複合材。   2. The microwave heat generating composite material according to claim 1, wherein in the microwave heat generating composite material, the binding material forms a matrix, and the microwave absorbing material is dispersed in the matrix. 炭化ケイ素系粉末からなるマイクロ波吸収材と、水和性の珪酸塩ガラスからなる結合材とを含有するマイクロ波発熱複合材であって、
上記炭化ケイ素系粉末としては、β−SiCを採用し、
上記水和性の珪酸塩ガラスとしては、Na 2 O−SiO 2 、K 2 O−SiO 2 、Li 2 O−SiO 2 、MgO−SiO 2 、CaO−SiO 2 、BaO−SiO 2 、PbO−SiO 2 、Al 2 3 −SiO 2 、Na 2 O−CaO−SiO 2 、及びこれらの化合物や混合物、並びにケイ酸ソーダ(Na 2 O−SiO 2 −H 2 O)からNa成分を除去したコロイダルシリカから選ばれる物質の水和物又はOH含有物を含有し、
上記マイクロ波発熱複合材においては、上記結合材がマトリックスを形成し、該マトリックス中に上記マイクロ波吸収材が分散されていることを特徴とするマイクロ波発熱複合材。
A microwave exothermic composite containing a microwave absorber made of silicon carbide-based powder and a binder made of hydratable silicate glass,
As the silicon carbide based powder, β-SiC is adopted,
Examples of the hydrated silicate glass include Na 2 O—SiO 2 , K 2 O—SiO 2 , Li 2 O—SiO 2 , MgO—SiO 2 , CaO—SiO 2 , BaO—SiO 2 , PbO—SiO 2 . 2 , Al 2 O 3 —SiO 2 , Na 2 O—CaO—SiO 2 , and compounds and mixtures thereof, and colloidal silica from which Na component has been removed from sodium silicate (Na 2 O—SiO 2 —H 2 O) Containing a hydrate or OH-containing substance selected from
In the microwave heat-generating composite material, the microwave heat-generating composite material, wherein the binding material forms a matrix, and the microwave absorbing material is dispersed in the matrix.
請求項1〜3のいずれか一項において、上記マイクロ波発熱複合材は、上記結合材を10〜80wt%含有することを特徴とするマイクロ波発熱複合材。   The microwave heat generating composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the microwave heat generating composite material contains 10 to 80 wt% of the binder.
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