JPH0147039B2

JPH0147039B2 -

Info

Publication number: JPH0147039B2
Application number: JP59115416A
Authority: JP
Inventors: Tooru Setoguchi; Koji Mizushima; Akira Watanabe; Hiroyasu Tokuda
Original assignee: Kyushu Refractories Co Ltd; Shimada Rika Kogyo KK
Current assignee: Shimada Rika Kogyo KK; Krosaki Harima Corp
Priority date: 1984-06-07
Filing date: 1984-06-07
Publication date: 1989-10-12
Also published as: JPS60260197A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、マイクロ波吸収特性がよく、しかも
熱的特性に優れたマイクロ波吸収体に関するもの
である。（従来技術）電磁波、特にマイクロ波のダミーロード減衰
器、或は漏洩防止のためのマイクロ波吸収体に要
求される特性としては、吸収体自体のマイクロ波
に対する損失が大きく、吸収体表面でのマイクロ
波の反射が少なく、しかも表皮効果が少なく吸収
体内部までマイクロ波が到達することである。ま
た、吸収されたマイクロ波エネルギーは通常熱に
変換されるので、高出力のマイクロ波に対する吸
収体の場合はかなりの発熱を伴うので、耐熱性や
耐熱衝撃性が更に必要となるため、高熱伝導率、
低熱膨脹性、高強度が必要である。更に、屋外で
使用されるものにあつては、耐候性が必要であ
り、緻密で経時変化の少ないことが望ましい。従来、マイクロ波吸収体としては、フエライト
系のもの、或は炭化珪素質の焼結体が使われてい
る。（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、大電力の場合にはマイクロ波吸
収体の発熱に対しフエライト系のマイクロ波吸収
体では、耐熱性、耐熱衝撃性の点で問題がある。
また、炭化珪素質のマイクロ波吸収体では、耐熱
衝撃性を重視すれば緻密性の点で問題があり、逆
に緻密にしたものは耐熱衝撃性が低下し、十分に
満足できるものが得られていないのが現状であ
る。本発明の目的は、炭化珪素のみの焼結体よりな
るマイクロ波吸収体の欠点を解消し、マイクロ波
吸収特性が良好で、高強度で、耐熱衝撃性に優れ
たマイクロ波吸収体を提供するにある。（問題点を解決する本発明の手段）本願の第１の発明に係るマイクロ波吸収体は、
炭化珪素10〜70重量％、窒化珪素15〜80重量％及
び窒化硼素１〜50重量％の焼結体よりなり、該焼
結体の結合組織は金属シリコンの反応焼結により
生じた前記窒化珪素であることを特徴とするもの
である。本願の第２の発明に係るマイクロ波吸収体は、
炭化珪素10〜70重量％、窒化珪素15〜80重量％及
び窒化硼素１〜50重量％と、前記炭化珪素と前記
窒化珪素と前記窒化硼素の合量100重量部に対し
0.1〜10重量部含有された炭素材との焼結体より
なり、該焼結体の結合組織は金属シリコンの反応
焼結により生じた窒化珪素であることを特徴とす
るものである。（発明の作用）窒化珪素による結合組織は、金属シリコン粉
末、炭化珪素粉末及び窒化硼素粉末、更には炭素
材を混合成形し、窒素やアンモニア等の窒化性雰
囲気中で高温加熱すると、シリコンが窒化珪素と
なると同時に炭化珪素及び窒化硼素と結合し、強
固な窒化珪素ボンドの焼結体となる。金属シリコ
ンの反応焼結によれば、炭化珪素のみで焼結体を
得るよりは低温で焼結体が得られる。炭化珪素と窒化珪素の割合は、焼結体において
窒化珪素15〜80重量％、炭化珪素10〜70重量％が
望ましい。窒化珪素が15重量％未満では強度等が
十分でなく、80重量％を越えると窒化珪素にはマ
イクロ波吸収性能がないため焼結体のマイクロ波
吸収性能が低下する。各成分及び組織の作用は次の通りである。炭化珪素マイクロ波吸収体のマイクロ波吸収の主体とな
るものであるが、該マイクロ波吸収体中で炭化珪
素量が70重量％を越えるとマイクロ波吸収性能が
大きすぎて、該マイクロ波吸収体の入口付近及び
表面付近で局所的な発熱をしスポーリングを起こ
すし、マイクロ波吸収体の周波数特性も悪くな
る。窒化珪素金属シリコンの反応焼結により得られるもの
で、炭化珪素粒子を強固に結合するマトリツクス
部を形成するものである。かかる窒化珪素は、高
強度、高硬度で耐酸化性を有し、しかも電気的絶
縁体であるので、焼結体中での炭化珪素の分散
と、焼結体の強度を与え、炭化珪素の高温におけ
る酸化を防止する。窒化硼素ダミーロードのように間欠的或いは急激に高電
力が印加される場合は、マイクロ波吸収体は急熱
急冷されるため、高い耐熱衝撃性が要求される。
窒化硼素は比較的熱伝導率が大きく、低弾性率で
あるため、耐熱衝撃性がある。この窒化硼素を窒
化珪素マトリツクス中に分散させることにより、
急熱急冷により生ずる熱応力を吸収し、またマト
リツクス中に微小亀裂が発生しても、その亀裂の
伸長を防止する。従つて、窒化硼素の添加により
窒化珪素の反応焼結により結合した焼結体の耐熱
衝撃性は大幅に向上する。更に、この窒化硼素は炭化珪素ほどではない
が、マイクロ波の吸収性能を有するため、窒化硼
素を多量に加えても、焼結体のマイクロ波吸収性
能をそれほど低下させずに耐熱衝撃性の大幅な向
上が可能となる。炭素材炭素材も熱伝導率が大きく、低弾性率であるた
め、添加により耐熱衝撃性の向上に寄与する。炭
素材は粉体や燐片状でもよいが、繊維状のものを
用いると亀裂の発性防止効果は大である。しかし、炭素材は電気の良導体であり、多量に
添加すると表皮効果が生じ、焼結体のマイクロ波
吸収性能が低下するので、その添加量は制限され
る。反応焼結一般に、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素は共に
難焼結性のため、これらの混合粉を焼結するには
焼結助剤を添加してホツトプレス或は1600℃以上
の非酸化性雰囲気下で焼結しないと、復雑な形状
のマイクロ波吸収体を寸法精度よく加工できるだ
けの強度は得られない。また、焼結時に生成する
ガラス相のため、焼結体の電磁波吸収性能は悪
く、耐熱衝撃性も非常に悪い。これに対して、反応焼結により製造された本発
明のマイクロ波吸収体はガラス相の生成もなく、
得られた窒化珪素ボンドは極めて強固であり、小
型で複雑な形状のものも寸法精度よく加工でき
る。更に、窒化珪素ボンドは熱伝導性がよく、熱
膨脹率も小さいため、マイクロ波吸収体の耐熱衝
撃性及び放熱特性を向上する。以上説明した通り、本発明に係るマイクロ波吸
収体は、窒化硼素又は炭素材を適量含有すること
により耐熱衝撃性を大幅に向上させることができ
る。（実施例）本発明のマイクロ波吸収体の理解を深めるため
表にて実施例１〜８と比較例１〜４とを対比して
焼結体の各組成の場合の諸特性を示す。なお、この表においては、金属シリコンはSi含
有料98重量％、粒径0.1mm以下、炭化珪素はSiC含
有料98重量％、粒径１mm以下、炭素材は鱗状天然
黒鉛で粒径0.5mm以下のもの、窒化硼素はBN含有
料99.5重量％で粒径5μ以下のものをそれぞれ用い
た。また、実施例６、比較例３では窒化硼素は粒
径0.3mm以下のものを用いた。そして、表に示した配合に対しバインダーを加
えて混練した後、30×30×150mmに成形した、こ
の成形体を電気炉中で窒素雰囲気下1000℃、2hr、
次いで1400℃で50hr加熱した。この表において、◎は特性が非常に良い場合、
〇は特性が良い場合、×は特性が悪い場合の判定
結果を示している。

【表】

【表】本発明のマイクロ波吸収体は、電気的特性が劣
化しないことを図面で明らかにするため表に示し
た従来のマイクロ波吸収体と本発明のマイクロ波
吸収体について比較した結果を第１図及び第２図
に示す。第１図は大電力減衰器の電気的特性の比較を示
したもので、比較例１と実施例５と実施例７に示
すマイクロ波吸収体をそれぞれ使用した大電力減
衰器の減衰量特性を示したものである。第２図は無反射終端器の電気的特性の比較を示
したものである。比較例１と実施例５と実施例７
に示したマイクロ波吸収体を使用した無反射終端
器のVSWR特性を示したものである。以上、第１図及び第２図によつて明らかなよう
に、本発明によれば減衰特性を損うことなく、ま
たこれらの装置の重要な機能である周波数特性は
むしろ向上していることが判明した。マイクロ波吸収体を従来の方法のように炭化珪
素のみで作製したものでは耐熱衝撃性と強度にお
いて劣つており（比較例１）、これを炭化珪素を
金属シリコンの反応焼結によつて生じた窒化珪素
による結合組織で結合したものとすると、強度特
性は大幅に改善されるが耐熱衝撃性の改善は十分
ではない（比較例２）。これにさらに窒化珪素マ
トリツクス中に窒化硼素を分散させた本発明のマ
イクロ波吸収体は十分な吸収特性と共に高強度で
耐熱衝撃性を兼ね備えた吸収体が得られることが
わかる（実施例１〜６）。この特性は炭素材の添
加により一層強化される（実施例７、８）。しか
し、マイクロ波吸収体中に依存する窒化硼素の量
が炭化珪素と窒化珪素の合量より多くなつてくる
と、気孔率が増加し、強度も低下して好ましくな
い（比較例３）。また窒化硼素を添加しないで炭
素材のみの添加では、やはり熱衝撃性は改善され
ない（比較例４）。（製造方法）次に、本発明のマイクロ波吸収体の製造方法に
ついて説明する。窒化珪素は、反応焼結によつて得られ、原料と
して金属シリコンを使用する。金属シリコンの粒
径は100μ以下の微粉を使用するのが、窒化性ガ
スとの反応性の点だけでなく、シリコン自体の分
散もよくなつて強固な結合組織が均一に生成され
る。炭化珪素は、５mm以下、好ましくは３mm以下の
粒径のものを主として粗粒域（５〜１mm）と中粒
域（１〜0.125mm）のものを用いる。他の配合と
の関係で微粉域（0.125mm以下）のものを用るこ
とはかまわない。なお、粒径が５mmを越えると、
マイクロ波吸収体の加工性に問題が生じる。窒化硼素としては、粒径50μ以下の微粒を使用
する。50μ以下の窒化硼素を使用することでマイ
クロ波吸収体中での分散がよくなり、窒化硼素の
もつているマイクロ波吸収性能と共に熱衝撃に対
し亀裂の発生と伸長防止の特性が発揮される。な
お、窒化硼素を多量に使用するときには、微粉域
のみでなく、１mm以下の中粒域までのものを使用
する方が粒度構成上好ましい。炭素材としては、黒鉛、コークス、カーボンブ
ラツク等の粒状のもの、或はカーボンフアイバー
等の繊維状のもの、或はそれらの併用が用いられ
る。フエノール樹脂等の結合剤で炭化収率のなる
べく高いものを用いて、シリコンの反応焼結の際
に炭化させることも可能である。分散性の点から
粒状のものでは１mm以下、繊維状のものでは平均
径10〜100μ、平均長0.2〜100mmが好ましい。これらの材料を調合して混合し、フエノール樹
脂、ケイ酸ソーダ、デキストリン、CMC、PVA
等の結合剤を加え、混練後加圧成形する。成形体
は非酸化性雰囲気中1000℃以下の温度で熱処理
し、揮発分を除去後に窒素やアンモニア等の窒化
性雰囲気中で1000〜1500℃の温度で20〜120時間
窒化焼成する。窒化焼成は、最初1000〜1200℃で
10〜80時間、次いで1200〜1500℃で10〜80時間の
２段階で行うと更に良好な焼結体が得られる。マイクロ波吸収体の形状が複雑で成形後に精密
加工が必要な場合は、成形後に揮発分を除去し、
その後の１段階の窒化終了後、或は焼成完了後の
いずれの段階でも可能能であるが、２段階の窒化
焼成の１段階の窒化後の加工が最も好ましい。（発明の効果）以上説明したように本発明に係るマイクロ波吸
収体は、炭化珪素を窒化珪素で結合した焼結体の
マトリツクス中に窒化硼素を分散した構成になつ
ていて、該焼結体の結合組織は特に金属シリコン
の反応焼結により生じた窒化珪素で形成されてい
るので、炭化珪素粒子を強固に結合するマトリツ
クス部を形成し、しかもこの窒化珪素は高強度、
高硬度で耐酸化性を有し、且つ電気絶縁体なの
で、焼結体中での導電性を防止でき、焼結体の強
度を向上させることができ、且つ炭化珪素の高温
における酸化を防止することができる。また、本
発明では比較的熱伝導率が大きく、低弾性率で、
優れた耐熱衝撃性をもつ窒化硼素を窒化珪素マト
リツクス中に分散させているので、急熱急冷によ
り生ずる熱応力を吸収でき、またマトリツクス中
に微小亀裂が発生しても、その亀裂の伸長を防止
することができる。従つて、焼結体の耐熱衝撃性
を大幅に向上させることができる。更に、本発明
では、反応焼結によりマイクロ波吸収体を形成し
ているので、得られるマイクロ波吸収体はガラス
相の生成もなく、得られた窒化珪素ボンドは極め
て強固であり、小型で複雑な形状のものでも寸法
精度よく加工することができる。かつまた、窒化
珪素ボンドは熱伝導性がよく、熱膨脹率も小さい
ため、マイクロ波吸収体の耐熱衝撃性及び放熱特
性も向上させることができる。次に、本願の第２
の発明では、熱伝導率が大きく、低弾性率の炭素
材を含有させているので、耐熱衝撃性をより一層
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明と従来のマイクロ波吸収体を用
いた大電力減衰器の減衰量−周波数特性の比較
図、第２図は本発明と従来のマイクロ波吸収体を
用いた無反射終端器のVSWR−周波数特性の比
較図である。

Claims

【特許請求の範囲】１炭化珪素10〜70重量％、窒化珪素15〜80重量
％及び窒化硼素１〜50重量％の焼結体よりなり、
該焼結体の結合組織は金属シリコンの反応焼結に
より生じた前記窒化珪素であることを特徴とする
マイクロ波吸収体。２炭化珪素10〜70重量％、窒化珪素15〜80重量
％及び窒化硼素１〜50重量％と、前記炭化珪素と
前記窒化珪素と前記窒化硼素の合量100重量部に
対し0.1〜10重量部含有された炭素材との焼結体
よりなり、該焼結体の結合組織は金属シリコンの
反応焼結により生じた窒化珪素であることを特徴
とするマイクロ波吸収体。