JPH07501658A - 強磁性非晶質合金粒子を使用する電磁線サスセプター材料 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 強磁性非晶質合金粒子を使用する電磁線サスセプター材料（産業上の利用分野） 本発明は、誘電性バインダー内に分散した粒子を含有する電磁線サスセプター（ ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）材料に関する。

（発明の背景） 電磁線サスセプター材料は通常、誘電性バインダー材料中に分散した１種または それ以上の粒子を含有する。入射電磁線（通常スペクトルのＧＨｚ領域内）は熱 に変換され、その熱はサスセプターによって周囲環境へ再放射される。この点で 、サスセプター材料は、本質的に加熱なしに入射電磁線を反射するシールド材料 とは異なり、および、破壊的干渉によって入射電磁線を完全に打破しようとする 吸収材料とは異なる。

（発明の要旨） 本発明は、少なくとも１種の強磁性非晶質合金粒子およびその粒子が分散してい る誘電性バインダーを含有する電磁線サスセプター材料に関する。どの分散粒子 も組成Ｆ、。。−、、Ｍ、ＴＭ、を有する強磁性非晶質合金を含有している。式 中、ＦはＦｅ、　ＣｏおよびＮｉから成る群から選択される１種またはそれ以上 の磁性成分；ＭはＢ、　Ｃ，＾１．５ｉＳＰ、　ＧｅおよびＡｓから成る群から 選択される１種またはそれ以■、ＣｒｌＭｎ、　Ｚｒ、　ＮｂおよびＴａから選 択される１種またはそれ以上の遷移金属、０≦Ｘ≦２０；および１０≦ｙ≦３０ である。

遷移金属成分は合金のキューリー（Ｃｕｒｉｅ）温度および粒子の磁性応答を制 御し、サスセプター材料周囲の温度の自己調節を可能とする。

（発明の詳細な説明） 本発明のサスセプター材料は、誘電性バインダー材料内に分散した少なくとも１ 種の強磁性非晶質粒子を含有する。典型的な体積充填率は１〜５０％の範囲であ る。

どの分散粒子も組成Ｆ　Ｉｏ　ｏ　−、−、Ｍ　、　Ｔ　Ｍ　、を有する強磁性 合金を含有している。

式中、ＦはＦｅ％　ＣｏおよびＮ１から成る群から選択される１種またはそれ以 上の磁性成分１ＭはＢ、　Ｃ，＾１、Ｓｉ、　Ｐ、　ＧｅおよびＡｓから成る群 から選択される１種またはそれ以上のメタロイド、ＴＭは周期表第１［［Ｂ族（ 稀土類元素を含む）〜第■Ｂ族、特にＴｉ５Ｌ　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｚｒ、　Ｎｂ およびＴａから選択される１種またはそれ以上の遷移金属；０≦Ｘ≦２０；およ び１０≦ｙ≦３０である。

遷移金属成分は合金のキューリー（Ｃｕｒｉｅ）温度を制御し、通常５０〜４０ ０℃の範囲内でキューリ一温度を選択することを可能とする。キューリ一温度は 、強磁性非晶質合金粒子の磁性感受性（ｓｕｓｃｅｐｔａｂｉｌｉｔｙ）がＯと なり、入射電磁線との相互作用を終える温度を決定する。これにより、サスセプ ターがその材料と隣接する領域で温度を時間の関数として制御することを可能と する。材料のこの特徴は「自己調節（ｓｅｌ　ｆ−ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）Ｊと して既知である。勿論、キューリ一温度は、誘電性バインダーの特性が容認でき ないほど変化する温度、例えばバインダーの融点、またはバインダー内に存在し 得るポリマー材料の硬化に影響を及ぼす温度以下に選択するべきである。

強磁性非晶質合金は急冷を含む方法、例えば誘導炉内に製造される原型合金の溶 融紡糸によって製造され得る。好ましい合金は少なくとも５０％の非晶相を含む 。

結晶化温度以下での熱アニールにより、合金の透過性および性能が改良される。

通常アニール時間は３０分間である。

強磁性非晶質合金は耐酸化性および耐蝕性に非常に優れる。しかしながら、どん な通常の方法、例えば磨砕機または他の高エネルギーグラインダーによる研削に よっても合金がより小さな粒子となり得る一方、欧州特許出願筒８７３０７９６ ５．１号に示されるように、好ましい方法ではクロム酸処理を用い酸化を防止す る。他の適した方法には微粒化（ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）、例えば超音波カス 微粒化または回転ディスク微粒化を含む。

その粒子サイズは入射電磁波長部分より小さいが、入射電磁線波長にも依存する 電磁波透過度（表皮厚さ）より数倍大きくなり得る。透過度が通常１０〜１００ μｍのオーダーの１〜］ＤＯＧ）ｌｚ　（即ち、Ｃｌ１ｌオーダーの波長）の範 囲の電磁線に対して、典型的な粒子サイズは０．１〜３００μｍの範囲である。

誘電性バインダー内に粒子を分散することは、混合または押出を用いるどんな通 常の方法でも可能であるが、押出が最も典型的である。

誘電性バインダーをセラミック、ポリマーまたはエラストマー材料から調製し得 る。ポリマーバインダーはその可撓性および軽量性に対して好ましい一方、セラ ミｙクバインダーは高温に暴す必要のある適用に対して好ましい。多くのポリマ ーが適当てあり、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレ ート、ウレタン、酢酸セルロース、エポキシおよびポリテトラフルオロエチレン （ＰＴＦＥ）が挙げられる。好適なエラストマーバインダーは天然ゴムおよび合 成ゴム、例えば商品名「ネオプレン（ＮＥＯＰＲＥＮＥ）Ｊとして既知のポリク ロロプレンゴム、およびエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）をベー スとしたものである。他の好ましいバインダーは、セネラル・エレクトリック・ カンパニー（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙ）から商品名 ＲＴＶ−１１およびＲＴｖ−６１５として市販のシリコーン化合物である。また 、紙も適した誘電性バインダーと成り得る。

誘電性バインダーを熱硬化性または熱可塑性材料から調製し得る。熱硬化性材料 は一度加熱すると不可逆的に硬化し、そして再溶融して非破壊的に再成形できな い。熱可塑性材料は加熱および再成形が繰り返し行われ得る。どちらの場合でも 、その材料を加熱し、そしてバインダー外部の１種またはそれ以上の力によって 成形し得る。通常、その力は熱伝導度または圧力に依存するが、重力または減圧 の影響もある。この点では、本発明に適したバインダーは、米国特許第４．８１ ４゜５４６号（ホイットニ−（Ｗｈｉｔｎｅｙ）等）に示される「適合した（ｃ ｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ）ｊ吸収体材料とは異なる。この特許のバインダーは、バ インダー内部の分子力（例えば、伸縮性材料内の機械的応力）を必要とし、吸収 体の形状変化に応答し得る。

多くのタイプの接着剤は、要求される熱可塑性または熱硬化性特性を有する。

接着剤は表面と緊密な接触を形成し、機械的力が接触界面を越えて移動し得る材 料である。適した熱可塑性または熱硬化性接着剤は、特に限定されないが、ポリ アミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ウレタン 、酢酸セルロース、酢酸ビニル、エポキシおよびシリコーンを含む。

更に、前述の適合した（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ）材料は本発明の他の態様にも 適している。

例えば、熱可塑性熱収縮性バインダーを、架橋または配向結晶性材料、例えばポ リエチレン、ポリプロピレンおよびポリ塩化ビニル：または非晶質材料、例えば シリコーン、ポリアクリレートおよびポリスチレンから調製し得る。溶剤収縮ま たは機械的伸縮性バインダーとしてエラストマー、例えば天然ゴムまたは反応性 ジエンポリマーのような合成ゴムがあり：適した溶剤として芳香族および脂肪族 炭化水素がある。そのような材料の特定の例が、米国特許第４．８１４．５４６ 号（ホイットニー（Ｗｈｉｔｎｅｙ）等）に示されている。

そのバインダーは均一であり、または相互に絡み合ったフィブリルのマトリック ス、例えば米国特許第４．１５３．６６１号（リー（Ｒｅｅ）等）に示されるＰ ＴＦＥマトリックスであり得る。一般的に、本態様のサスセプターは、２層構造 の粒子およびＰＴＦＥ粒子の水の染み込んだペーストの形成、約５０〜約１００ ℃の範囲での強制混合、約５０〜約１００℃の範囲での２軸カレンダー加工、お よび約２０〜約１００℃の範囲での乾燥を含むフィブリル化プロセスによって形 成される。ＰＴＦＥフィブリルおよび粒子の複合物はＰＴＦＥマトリックスの高 引張強さを有する。

本発明は、ラジオ周波数領域（ＫＨｚ−ＭＨｚ）および２〜４ＱＧＨｚのマイク ロ波領域内でできるだけ広い入射周波数領域での用途に適している。

マイクロ波スペクトルに有効であるように、サスセプター材料は電磁線の伝搬方 向に入射波長の約１／４０（２，５％）以上の厚さを有し得る。２〜４０ＧＨｚ 領域は、約２ｍｍのオーダー以上の厚さを示唆する。一般的に層をより厚くする と性能が改良されるが、多くの適用において重量の増加および可撓性の減少は望 ましくない。従って、同時に入射波長の１／４０（２，５％）以下の厚さを有す る層が可能であるが、それらは好ましくない。例えば、同一周波数領域では、厚 さの上限は約３７．５ｍｍのオーダーであるが、厚さが２ｍｍ以下のオーダーの 層を用いて充分な吸収が得られ得る。

サスセプター材料は非導電性、即ち高直流抵抗率を有する。抵抗率が低ければ、 サスセプターは効果的に電磁線を吸収する代わりに反射する導電性シートになる 。

元素状態の鉄の抵抗率は、例えば室温で約１０−５Ωｃｍである。本発明で使用 した強磁性非晶質合金の抵抗率は有意には高くなく、１．５Ｘ１０”９ｃｍのオ ーダーである。

絶縁体は通常１０′２Ωｃｍ以上の抵抗率を有する。しかし、本発明のサスセプ ター材料は室温で１０６Ωａｍの抵抗率を示し、非導電性であることを示す。

サスセプター材料は、支持体上にサスセプター材料を押出し、硬化することによ ってどんな支持体、特に電気伝導性材料と結合していてもよい。多くの熱可塑性 バインダー、特にポリ塩化ビニル、ポリアミドおよびポリウレタンは押出しに適 している。支持体は平板の代わりにワイヤーまたはケーブルであってもよい。

押出しの代わりになるものとして、接着剤の使用、および現場加熱注型を含むプ ロセスがある。

更に、各々の単層が個々に前記のように構成された積層構造が可能である。例え ば、第１の単層は１種の強磁性非晶質粒子を含有するサスセプターであってもよ く、第２の単層は第２の強磁性非晶質粒子を含有するサスセプター材料であって もよく、第３の単層は更に第３の強磁性非晶質粒子を含有するサスセプター材料 であってもよい。好ましい態様では２〜５層が用いられる。一般的にそれぞれの 単層は前記層の厚さと合致するのであるが、積層構造の合計厚は４０ｃｍ以下で あってもよい。積層構造を用いることによって、複合構造の吸収異形材が興味の ある特定の周波数領域およびバンド幅に「同調（ｔｕｎｅｄ）Ｊすることを可能 とする。

本発明では、平板形状である必要はない。例えば、円筒状の導体に対して、プレ サイズ（ｐｒｅ−ｓｉｚｅｄ）可撓性円筒状外殻サスセプター材料は、伸縮、割 れまたは積層平板の表層剥離（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）をできる限り最小に するのに好ましい。プリフォーム円筒状外殻を長さ方向にスリットし、小さな歪 みを有する導体の回りを覆い（または導体の長軸に沿ってスリットする）、次い で現場接着し得る。スリットのエランにより形成した継ぎをソールしてもよい。

（実施例Ｉ） 組成ＦｅｙＪ＋ｏＳｉ５ＰｚＣｒ＋ｏを有する強磁性非晶質合金を、リボン形状 に製造した。

それらの本発明への適性を誘導加熱によって試験した。それは、１０ｋｆ高周波 電源（周波数２０ＣＩ−４５０ｋＨｚ）を用い、３種の電力設定、２０．３０お よび４０％で行った。２０％電力で、リボンを室温（２３°Ｃ）から約４５℃ま でを５秒間で、約５３℃までを１０秒問および約５７℃までを１５秒間で急昇温 した。しかし、２５秒後に温度は約６０℃であるだけであった。３０％電力で、 リボンを室温から約５０℃までを５秒間で、約５７℃までを１０秒間で急昇温し た。しかし、１５秒後に温度は約６０℃であるだけであり、３５秒間で徐々に約 ６３℃まで上昇しただけであった。４０％電力で、リボンを３０％電力と大体同 じ昇温速度で加熱した。急昇温後一定温度にすることに対する時間のグラフは、 強磁性非晶質合金が温度自己調整に優れていることを示している。

（実施例■） ２種のサスセプター材料をＲＴＶ６１５ノリコーン誘電性バインダーを使用して 作成した。各サスセプター材料は、前記のように製造した３２５メツシユ（４４ μＩｌ］）サイズの強磁性非晶質合金粒子を含有した。１種は組成Ｆｅ、。Ｐ＋ 　ＪｔＣｒｇ、もう１種は組成ｃｏ６□Ｂ、　５Ｓｉ　９Ｍｎ６Ｎｂ３を有した 。その粒子のキューリ一温度は、それぞれ１９０°Ｃおよび２３５℃であった。

ｌ？ｎ’６１５バインダー内の体積充填率は各サスセプター材料に対して２０％ であった。

一片の各材料を一般のマイクロ波オーブン内で加熱した。鉄ベースの合金サスセ プター材料は、室温から約８０℃までを５０秒問および約１２５℃までを１００ 秒間の急昇温を示した：その後、約１４０℃までを１５０秒問および約１５０℃ までを２００秒間、続いて、５５０秒間は徐々に約１８０℃まで昇温した。コバ ルトベースの合金サスセプター材料も、約８０°Ｃまてを５０秒問および約１４ ０°Ｃまてを１００秒間；その後、２２５秒後に約１８０℃および４００秒後に 約２００℃まで徐々に昇温した。

（実施例■） 体積充填２０％てＲＴＶ６１５誘電性バインダー内に分散した組成Ｆｅ７□Ｐ、 　３Ｂ７Ｃｒ８を有する３２５メツツユ（４４μｍ）サイズの強磁性非晶質合金 粒子を含有したサスセプター材料を用いて、標準マイクロ波反射および吸収の測 定を行った。０〜１０Ｇｌｌｚ領域の周波数の関数としての透過度の計算虚部（ ｉｍａｇｉｎａｒｙ　ｐａｒｔ）は、回転磁気機構に依存する吸収の理論的モデ ルによく一致した。

（実施例■） 組成Ｆｅ７６５Ｐ１２Ｂ６Ｃｒ５５を有する強磁性非晶質合金粒子を、同一組成 の非晶質リボンを３２５メツンユ（４ｈｍ）サイズ以下の粉体に粉砕することに よって製造した。

その粒子は、１０ｋＧ以上の磁性および２１５℃のキューリ一温度を有した。そ の粒子を２０体積％の粒子充填率で前記プロセスに従ってＰＴＦＥ膜内に分散し た。その膜を厚さ０．２５４．０．５０８および０．２２９ｍｍにカレンダー加 工することによって、３種の試料を作成した。マイクロ波ブロック加熱試験によ り、４０秒後に約１２０〜１６０℃まで（厚さに依存）の急昇温を示し、その後 約１３５〜１６０℃で６０〜１８０秒間は一定昇温した。

（実施例Ｖ） ２００メツツユ（７０μｍ）以下のサイズの強磁性非晶質合金粒子を５体積％の 粒子充填率てＲＴＶ１１バインダー内に分散した。試料１は、組成Ｆｅ７６．５ Ｐ１２Ｂ６Ｃｒ５．５および約２１５℃のキューリ一温度を有した：試料２は、 組成Ｆｅ、４Ｐ、　２８＠Ｃｒａおよび約１９０℃のキューリ一温度を有した： および試料３は、組成Ｆｅ７６Ｂ＠Ｐ６Ｓｉ３Ｃｒ６および約２１０℃のキュー リ一温度を有した。試料１を高周波誘導（５〜８ＭＨｚで３６０Ｖ）によるブロ ック加熱により、室温から約２００℃までを１０秒問および約２２５℃までを２ ０秒間の急昇温を示し、続いて、約２３５℃で３０〜９０秒間は一定昇温した。

試料２は、室温から約１７０℃までを１０秒問および約１８０℃までを２０秒間 の急昇温を示し、続いて、５５秒間は徐々に約２００℃まて昇温した。試料３は 、約１８０℃までを１０秒問および約２００℃までを２０秒間の急昇温を示し、 続いて、約２００℃で９０秒までは一定昇温した。

５０℃／ｓｅｃのこれら急昇温速度は、５体積％でＲＴＶＩＩに充填する従来材 料のものと比較すると有利である。例えば、ニッケル粒子を含有するサスセプタ ーを５５°Ｃ／ｓｅｃで加熱したが、ステンレス鋼およびマイカ粒子を含有する サスセプターを６０’Ｃ／ｓｅｃ以下の昇温速度で加熱した。適さないものとし て、約２０℃／ｓｅｃでマグネタイト含有サスセプター；約１５℃／ｓｅｃで鉄 含有サスセプター；約１５℃／ｓｅｃで微小気泡被覆ステンレス鋼含有サスセプ ター：約１５°Ｃ／ｓｅｅ以下てニッケルー亜鉛フェライト含有サスセプター、 約１０℃／ｓｅｃでＰＭ３１６１合金含有サスセプター：約２℃／ｓｅｃで鉄カ ーホニール（ｃａｒｂｏｎｙｌ　１ｒｏｎ）含有サスセプターがあった。

しかし、同一体積％て４０ｕｍ粒子を含有する本発明の他の試料は、約９０℃／ ｓｅｅの昇温速度を示した。

国際調査報告　。ｒＴ／、ＩｃＱ、ｌ。９゜、。

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Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．誘電性バインダー内に分散している少なくとも１種の強磁性非晶質合金粒子 を含有し、どの分散粒子も組成Ｆ１００−ｙ−ｘＭｙＭｘ（式中、ＦはＦｅ、Ｃ ｏおよびＮｉから成る群から選択される１種またはそれ以上の磁性成分；ＭはＢ 、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、ＧｅおよびＡｓから成る群から選択される１種またはそ れ以上のメタロイド；ＴＭは周期表第ＩＩＩＢ族（稀土類元素を含む）〜第ＶＩ ＩＢ族から選択される１種またはそれ以上の遷移金属；０≦ｘ≦２０；および１ ０≦ｙ≦３０）を有する強磁性非晶質合金を含有している電磁線サスセプター（ ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）材料。
2. ２．ＴＭがＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、ＮｂおよびＴａから成る群から選択さ れる１種またはそれ以上の遷移金属である請求項１記載のサスセプター材料。
3. ３．誘電性バインダーがセラミックである請求項１記載のサスセプター材料。
4. ４．誘電性バインダーがポリマーである請求項１記載のサスセプター材料。
5. ５．ポリマーバインダーがポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリ レート、ウレタン、酢酸セルロースおよびポリテトラフルオロエチレンから成る 群から選択されるポリマーである請求項４記載のサスセプター材料。
6. ６．ポリマーバインダーが熱硬化性ポリマー接着剤および熱可塑性ポリマー接着 剤から成る群から選択されるポリマーである請求項４記載のサスセプター材料。
7. ７．ポリマーバインダーが熱収縮性ポリマー、溶剤収縮性ポリマーおよび機械的 に伸縮性のポリマーから成る群から選択されるポリマーである請求項４記載のサ スセプター材料。
8. ８．誘電性バインダーがエラストマーである請求項１記載のサスセプター材料。
9. ９．どの種の分散粒子も体積充填率１〜５０％の範囲で誘電性バインダー内に分 散している請求項１記載のサスセプター材料。
10. １０．支持体に結合している請求項１記載のサスセプター材料。
11. １１．電気伝導性支持体に結合している請求項１記載のサスセプター材料。
12. １２．それぞれの層が請求項１記載の制限に合致している電磁線サスセプター材 料の２層またはそれ以上の層から成る積層構造。