JPH02296772A - 進行波管支持体 - Google Patents
進行波管支持体Info
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- JPH02296772A JPH02296772A JP1116334A JP11633489A JPH02296772A JP H02296772 A JPH02296772 A JP H02296772A JP 1116334 A JP1116334 A JP 1116334A JP 11633489 A JP11633489 A JP 11633489A JP H02296772 A JPH02296772 A JP H02296772A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は高純度窒化ホウ素焼結体製の進行波管支持体に
関するものである。
関するものである。
（従来の技術）
エレクトロニクスにおける構造体としての用途である進
行波管におけるＷやＭｏの金属らせんの支持体（サポー
トロッド）としては従来の技術として石英、ステアタイ
ト、サファイヤ、ベリリアが検討されてきた（丸首（株
）出版の日本電信電話公社電気通信研究所用で小山次部
著［進行波管］２０７ページ）。
行波管におけるＷやＭｏの金属らせんの支持体（サポー
トロッド）としては従来の技術として石英、ステアタイ
ト、サファイヤ、ベリリアが検討されてきた（丸首（株
）出版の日本電信電話公社電気通信研究所用で小山次部
著［進行波管］２０７ページ）。
一方、近年では通信衛星や放送衛星用の進行波管におい
て高周波数化のため支持体に対しで従来材料よりも優れ
た高周波特性としての低誘電率が重要になってきた。さ
らに電子ビームの流入や高周波損失による加熱による高
周波損失を防ぐためには支持体には熱放散のために高熱
伝導性も要求される。従来の支持体材料である石英、ス
テアタイト、サファイヤ、ベリリアでは各々の室温の誘
電率は４．３．６．０．９．６．６．９であり、また各
々の熱伝導率は７、３．４０．２６０ ｗ／ｍＫのよう
に低誘電率を実現しながら高熱伝導性を保持することが
困難であった。一方最近では六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ
）が低誘電率と高熱伝送率を兼ね備えた材料として注目
されつつある。
て高周波数化のため支持体に対しで従来材料よりも優れ
た高周波特性としての低誘電率が重要になってきた。さ
らに電子ビームの流入や高周波損失による加熱による高
周波損失を防ぐためには支持体には熱放散のために高熱
伝導性も要求される。従来の支持体材料である石英、ス
テアタイト、サファイヤ、ベリリアでは各々の室温の誘
電率は４．３．６．０．９．６．６．９であり、また各
々の熱伝導率は７、３．４０．２６０ ｗ／ｍＫのよう
に低誘電率を実現しながら高熱伝導性を保持することが
困難であった。一方最近では六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ
）が低誘電率と高熱伝送率を兼ね備えた材料として注目
されつつある。
（発明が解決しようとする問題点）
六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）は黒鉛と同じく六角網面の
積層構造を有し、層内のａ軸方向が共有結合性であり、
積層面に垂直なＣ軸方向はファンデエアワールス結合に
よる結晶構造のため誘電率や熱伝導率に顕著な異方性を
示す。すなわち、ｈＢＮのａ軸方向の誘電率と熱伝導率
は各々５．１と６２ｗ／ｍＫであり、Ｃ軸方向では３．
５と２ｗ／ｍＫとの報告がある。現在、進性液管支持体
材料として例えば気相成長法による熱分解窒化ホウ素（
ＰＢＮ）であるＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ社の商品名
ＢＯＲＡＬＬＯＹが検討され、一部実用もされている。
積層構造を有し、層内のａ軸方向が共有結合性であり、
積層面に垂直なＣ軸方向はファンデエアワールス結合に
よる結晶構造のため誘電率や熱伝導率に顕著な異方性を
示す。すなわち、ｈＢＮのａ軸方向の誘電率と熱伝導率
は各々５．１と６２ｗ／ｍＫであり、Ｃ軸方向では３．
５と２ｗ／ｍＫとの報告がある。現在、進性液管支持体
材料として例えば気相成長法による熱分解窒化ホウ素（
ＰＢＮ）であるＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ社の商品名
ＢＯＲＡＬＬＯＹが検討され、一部実用もされている。
しかしながらＢＯＲＡＬＬＯＹは黒鉛などの基板上に気
相法により成膜するため配向性が高く、材料の面内方向
と厚み方向では前述したように誘電率や熱伝導率が顕著
に異なる高異方性を示すため、低誘電率と高熱伝導率を
同時に発揮できない。すなわち、低誘電率（３，５）を
利用するためにＣ軸方向を支持体の使用方向とした場合
には熱伝導率は約２ｗ／ｍＫと従来の石英、ステアタイ
ト、サファイヤ、ベリリアよりもかなり小さく、放熱性
に問題があった。また熱放散のため熱伝導性の良いａ軸
方向（６２ｗ／ｍＫ）を支持体の使用方向とした場合に
は誘電率が５．１と高周波化のための低誘電率の要求と
しては十分ではなかった。またＢＯＲＡＬＬＯＹは六方
晶窒化ホウ素の本質的な性質である積層構造に基づいた
ａ軸とＣ軸の異方性を有する配向構造のため層間でしば
しば剥離および亀裂を生ずるなど構造体としての信頼性
にも問題が多くあった。さらに気相成長法による製造方
法で熱分解窒化ホウ素は作られているため、大型で厚い
製品が多量に生産できないうえコストが高いなどの工業
的問題点も存在していた。
相法により成膜するため配向性が高く、材料の面内方向
と厚み方向では前述したように誘電率や熱伝導率が顕著
に異なる高異方性を示すため、低誘電率と高熱伝導率を
同時に発揮できない。すなわち、低誘電率（３，５）を
利用するためにＣ軸方向を支持体の使用方向とした場合
には熱伝導率は約２ｗ／ｍＫと従来の石英、ステアタイ
ト、サファイヤ、ベリリアよりもかなり小さく、放熱性
に問題があった。また熱放散のため熱伝導性の良いａ軸
方向（６２ｗ／ｍＫ）を支持体の使用方向とした場合に
は誘電率が５．１と高周波化のための低誘電率の要求と
しては十分ではなかった。またＢＯＲＡＬＬＯＹは六方
晶窒化ホウ素の本質的な性質である積層構造に基づいた
ａ軸とＣ軸の異方性を有する配向構造のため層間でしば
しば剥離および亀裂を生ずるなど構造体としての信頼性
にも問題が多くあった。さらに気相成長法による製造方
法で熱分解窒化ホウ素は作られているため、大型で厚い
製品が多量に生産できないうえコストが高いなどの工業
的問題点も存在していた。
本発明者はこのような点に対処して鋭意研究を進めた結
果、高純度窒化ホウ素焼結体が低誘電率と高熱伝導率を
兼ね備え、構造上の信頼性にも優れるため進行波管の支
持体として最適であることを見出し、本発明を完成する
に至った。
果、高純度窒化ホウ素焼結体が低誘電率と高熱伝導率を
兼ね備え、構造上の信頼性にも優れるため進行波管の支
持体として最適であることを見出し、本発明を完成する
に至った。
（問題点を解決するための手段）
本発明は窒化ホウ素粉末を焼結することによる望ましく
は純度が９８〜９９．９重量％であることを特徴とする
高純度窒化ホウ素焼結体製の進行波管支持体である。
は純度が９８〜９９．９重量％であることを特徴とする
高純度窒化ホウ素焼結体製の進行波管支持体である。
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
窒化ホウ素原料粉末は六方晶窒化ホウ素粉末であり、純
度としては９８％以上のものが好ましいが、９６〜９８
％程度のものも使用可能である。平均粒径は３０ｐｍ以
下、好ましくは１０ｐｍ以下のものが適している。不純
物としては酸素、炭素、 Ｃａ、 Ｍｇ、 ＡＩ、 Ｓ
ｉ、 Ｆｅ。
度としては９８％以上のものが好ましいが、９６〜９８
％程度のものも使用可能である。平均粒径は３０ｐｍ以
下、好ましくは１０ｐｍ以下のものが適している。不純
物としては酸素、炭素、 Ｃａ、 Ｍｇ、 ＡＩ、 Ｓ
ｉ、 Ｆｅ。
Ｃｒ、 Ｃｕ、 Ｚｎが通常の市販の窒化ホウ素粉末に
は多く含まれるが、これらのうち酸素以外の不純物の合
計が１重量％以下であることが重要である。また酸化ホ
ウ素（Ｂ２０３）としての不純物は３重量％まで含むこ
とが本発明の技術に利用可能である。本発明の進行波管
支持体は上述の窒化ホウ素粉末を焼結助剤無添加もしく
は助剤として酸化ホウ素（Ｂ２０３）や酸化ケイ素（Ｓ
ｉ０２）を微量添加して成形後、非酸化雰囲気で高温焼
成して得られる。成形法としてはスリップキャスティン
グ、テープキャスティング、金型プレス、冷間等方加圧
成形法などが利用可能である。非酸化性雰囲気としては
窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、真空中等が使
用できるが、中でも窒素ガス雰囲気や真空中が便利で好
ましい。焼結は１７００〜２２００°Ｃで行なわれ、特
に１８００〜２０００°Ｃが便利で有効である。焼結方
法としては常圧焼結でも良いし、加圧焼結法によっても
良い。加圧焼結法としてはホットプレス法（−軸加工焼
結法）とＨＩＰ法（熱間静水加圧焼結法）のどちらでも
可能である。特にホットプレス法により焼結した場合、
高密度で高熱伝導性窒化ホウ素焼結体が得られる。焼結
後の窒化ホウ素焼結体は純度が９９重量％以上になるよ
うに高純度化処理する工程も必要に応じて行なわれる。
は多く含まれるが、これらのうち酸素以外の不純物の合
計が１重量％以下であることが重要である。また酸化ホ
ウ素（Ｂ２０３）としての不純物は３重量％まで含むこ
とが本発明の技術に利用可能である。本発明の進行波管
支持体は上述の窒化ホウ素粉末を焼結助剤無添加もしく
は助剤として酸化ホウ素（Ｂ２０３）や酸化ケイ素（Ｓ
ｉ０２）を微量添加して成形後、非酸化雰囲気で高温焼
成して得られる。成形法としてはスリップキャスティン
グ、テープキャスティング、金型プレス、冷間等方加圧
成形法などが利用可能である。非酸化性雰囲気としては
窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、真空中等が使
用できるが、中でも窒素ガス雰囲気や真空中が便利で好
ましい。焼結は１７００〜２２００°Ｃで行なわれ、特
に１８００〜２０００°Ｃが便利で有効である。焼結方
法としては常圧焼結でも良いし、加圧焼結法によっても
良い。加圧焼結法としてはホットプレス法（−軸加工焼
結法）とＨＩＰ法（熱間静水加圧焼結法）のどちらでも
可能である。特にホットプレス法により焼結した場合、
高密度で高熱伝導性窒化ホウ素焼結体が得られる。焼結
後の窒化ホウ素焼結体は純度が９９重量％以上になるよ
うに高純度化処理する工程も必要に応じて行なわれる。
高純度化処理の一例としては酸化ホウ素（Ｂ２０３）を
除くため真空雰囲気中で１０００〜２０００°Ｃで加熱
する方法が簡便で有効である。
除くため真空雰囲気中で１０００〜２０００°Ｃで加熱
する方法が簡便で有効である。
上述の本発明の製造方法で得られる高純度窒化ホウ素焼
結体製の進行波管支持体は六方晶窒化ホウ素を主成分と
した高純度多結晶焼結体である。
結体製の進行波管支持体は六方晶窒化ホウ素を主成分と
した高純度多結晶焼結体である。
窒化ホウ素焼結体の純度が９８〜９９．９重量％である
ことが重要であり、高純度化処理を行っても純度を９９
．９重量％以上に増大することは困難である。またＢ２
Ｏ３を多量に含んで純度が９８重量％未満になると進行
波管支持体の前処理および使用環境である３００〜９０
０’Ｃの高温真空雰囲気下においてガス放出が生じて、
安定性や信頼性に問題が生じる。高純度窒化ホウ素焼結
体は相対密度として５０〜９０％（密度として１．１〜
２．０ｇ／ａｍ３）であり、気孔を多く含む多孔質体で
ある。相対密度が５０％以下では熱伝導率が著しく低下
し、しかも機械的強度も不十分である。
ことが重要であり、高純度化処理を行っても純度を９９
．９重量％以上に増大することは困難である。またＢ２
Ｏ３を多量に含んで純度が９８重量％未満になると進行
波管支持体の前処理および使用環境である３００〜９０
０’Ｃの高温真空雰囲気下においてガス放出が生じて、
安定性や信頼性に問題が生じる。高純度窒化ホウ素焼結
体は相対密度として５０〜９０％（密度として１．１〜
２．０ｇ／ａｍ３）であり、気孔を多く含む多孔質体で
ある。相対密度が５０％以下では熱伝導率が著しく低下
し、しかも機械的強度も不十分である。
また相対密度が９０％以上の窒化ホウ素焼結体は本発明
の方法では製造が困難である。本発明の高純度窒化ホウ
素焼結体は前述の気相法による熱分解窒化ホウ素のよう
に配向性は無く、誘電率や熱伝導率などの特性の異方性
は無く、しかも剥離および亀裂を生ずるなどの問題も生
じない。さらに常圧焼結法で製造した場合、大型で厚い
製品を低コストで製造できるなどの数多くの利点がある
。
の方法では製造が困難である。本発明の高純度窒化ホウ
素焼結体は前述の気相法による熱分解窒化ホウ素のよう
に配向性は無く、誘電率や熱伝導率などの特性の異方性
は無く、しかも剥離および亀裂を生ずるなどの問題も生
じない。さらに常圧焼結法で製造した場合、大型で厚い
製品を低コストで製造できるなどの数多くの利点がある
。
本発明を更に具体的に説明するため次に実施例を挙げて
説明するが本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
説明するが本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
（実施例）
平均粒径２１１ｍ、純度９９．５％のｈＢＮ粉末を常圧
窒素ガス雰囲気下で１９００°Ｃ１１００ｋｇ／ｃｍ２
．１時間の条件でホットプレスして、高純度窒化ホウ素
焼結体を作製した。焼結体は相対密度８５％（密度１．
９ｇ／ｃｍ３）であり、純度９９．７重量％であった。
窒素ガス雰囲気下で１９００°Ｃ１１００ｋｇ／ｃｍ２
．１時間の条件でホットプレスして、高純度窒化ホウ素
焼結体を作製した。焼結体は相対密度８５％（密度１．
９ｇ／ｃｍ３）であり、純度９９．７重量％であった。
ホットプレス軸に平行方向と垂直方向のＩＭＨｚでの誘
電率は各々、３．５と３．７であり、熱伝導率は６０ｗ
／ｍＫと６５ｗ／ｍＫであつた。このため熱分解窒化ホ
ウ素のような物性の異方性はほとんど無く、しかも低誘
電率と高熱伝導率が実現された。この高純度窒化ホウ素
焼結体を切断加工後、０．２５ Ｘ Ｏ，５Ｘ １００
ｍｍの長い直方体状の進行波支持体を作製して進行波管
に実装した状態を第１図（ａ）、 （ｂ）に示す。
電率は各々、３．５と３．７であり、熱伝導率は６０ｗ
／ｍＫと６５ｗ／ｍＫであつた。このため熱分解窒化ホ
ウ素のような物性の異方性はほとんど無く、しかも低誘
電率と高熱伝導率が実現された。この高純度窒化ホウ素
焼結体を切断加工後、０．２５ Ｘ Ｏ，５Ｘ １００
ｍｍの長い直方体状の進行波支持体を作製して進行波管
に実装した状態を第１図（ａ）、 （ｂ）に示す。
タングステンコイル２は３本の支持体１で３方向から保
護管５により圧縮保持されている。３はカソード、４は
コレクターである。支持体１はタングステンコイル２と
ステンレス保護管５の内壁の３点から圧縮およびせん断
の応力を受けているが、熱分解窒化ホウ素で生じる剥離
や亀裂は発生しなかった。
護管５により圧縮保持されている。３はカソード、４は
コレクターである。支持体１はタングステンコイル２と
ステンレス保護管５の内壁の３点から圧縮およびせん断
の応力を受けているが、熱分解窒化ホウ素で生じる剥離
や亀裂は発生しなかった。
次に平均粒径１ｐｍ、純度９８．０％（不純物としてＢ
２Ｏ３を１重量％含む）のｈＢＮ粉末を２０００ｋｇ／
ｃｍ２の圧力で冷間等方加圧成形した後、常圧窒素ガス
雰囲気下で１８５０°Ｃ１４時間の条件で焼結して高純
度窒化ホウ素焼結体を作製した。焼結体は相対密度６２
％（密度１．４ｇ／ｃｍ３）であり、純度９９．０重量
％であった。焼結体の厚み方向と面内方向のＩＭＨｚで
の誘電率は各々、３．２と３．３であり、熱伝導率は３
５ｗ／ｍＫと３８ｗ／ｍＫであった。このため熱分解窒
化ホウ素のような物性の異方性はほとんど無く、しかも
低誘電率と高熱伝導率が実現された。
２Ｏ３を１重量％含む）のｈＢＮ粉末を２０００ｋｇ／
ｃｍ２の圧力で冷間等方加圧成形した後、常圧窒素ガス
雰囲気下で１８５０°Ｃ１４時間の条件で焼結して高純
度窒化ホウ素焼結体を作製した。焼結体は相対密度６２
％（密度１．４ｇ／ｃｍ３）であり、純度９９．０重量
％であった。焼結体の厚み方向と面内方向のＩＭＨｚで
の誘電率は各々、３．２と３．３であり、熱伝導率は３
５ｗ／ｍＫと３８ｗ／ｍＫであった。このため熱分解窒
化ホウ素のような物性の異方性はほとんど無く、しかも
低誘電率と高熱伝導率が実現された。
さらに平均粒径１μｍ、純度９９重量％（不純物として
Ｂ２Ｏ３を０．８重量％含む）のｈＢＮ粉末を第１表に
示す条件の焼結したところ第１表に示す低誘電率と高熱
伝導率（焼結体の厚み方向測定値）が実現された。これ
らの特性は進行波管の支持体として良好な値である。
Ｂ２Ｏ３を０．８重量％含む）のｈＢＮ粉末を第１表に
示す条件の焼結したところ第１表に示す低誘電率と高熱
伝導率（焼結体の厚み方向測定値）が実現された。これ
らの特性は進行波管の支持体として良好な値である。
（以下余白）
（発明の効果）
以上説明したように、本発明の高純度窒化ホウ素焼結体
製の進行波管支持体は従来の支持体材料である石英、ス
テアタイト、サファイヤ、ベリリア、熱分解窒化ホウ素
より優れた低誘電率と高熱伝導率を兼ね備えた材料であ
り、熱分解窒化ホウ素での特性の異方性も少なく、しか
も剥離や亀裂などの発生の問題もない。さらに熱分解窒
化ホウ素では困難な大型で厚い製品を多量に低コストで
製造可能なと工業的に多くの利点を有するものである。
製の進行波管支持体は従来の支持体材料である石英、ス
テアタイト、サファイヤ、ベリリア、熱分解窒化ホウ素
より優れた低誘電率と高熱伝導率を兼ね備えた材料であ
り、熱分解窒化ホウ素での特性の異方性も少なく、しか
も剥離や亀裂などの発生の問題もない。さらに熱分解窒
化ホウ素では困難な大型で厚い製品を多量に低コストで
製造可能なと工業的に多くの利点を有するものである。
また本発明の高純度窒化ホウ素焼結体は進行波の支持体
以外の用途である電子部品、絶縁板、高温シールド、高
温炉治具などにも利用できる効果もある。
以外の用途である電子部品、絶縁板、高温シールド、高
温炉治具などにも利用できる効果もある。
第１図（ａ）、 （ｂ）は進行波管の断面図（ａ）と正
面図（ｂ）である。 １・・・支持体 ２・・・タングステンコイル ３・・・カソード ４・・・コレクター ５・・・ステンレス保護管
面図（ｂ）である。 １・・・支持体 ２・・・タングステンコイル ３・・・カソード ４・・・コレクター ５・・・ステンレス保護管
Claims (1)
- １．窒化ホウ素焼結体からなることを特徴とする進行波
管支持体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1116334A JPH02296772A (ja) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | 進行波管支持体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1116334A JPH02296772A (ja) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | 進行波管支持体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02296772A true JPH02296772A (ja) | 1990-12-07 |
Family
ID=14684386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1116334A Pending JPH02296772A (ja) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | 進行波管支持体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02296772A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005145737A (ja) * | 2003-11-12 | 2005-06-09 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 六方晶窒化硼素質成形体、その製造方法及び用途 |
| JP2008050221A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化ホウ素焼結体、その製造方法及び用途 |
| CN111029229A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-04-17 | 南京三乐集团有限公司 | 一种行波管用氮化硼夹持杆除气装置及方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5111364A (ja) * | 1974-06-13 | 1976-01-29 | Varian Associates |
-
1989
- 1989-05-09 JP JP1116334A patent/JPH02296772A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5111364A (ja) * | 1974-06-13 | 1976-01-29 | Varian Associates |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008050221A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化ホウ素焼結体、その製造方法及び用途 |
| CN111029229A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-04-17 | 南京三乐集团有限公司 | 一种行波管用氮化硼夹持杆除气装置及方法 |
| CN111029229B (zh) * | 2019-11-26 | 2022-06-21 | 南京三乐集团有限公司 | 一种行波管用氮化硼夹持杆除气装置及方法 |
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