KR101585910B1 - 전파흡수체의 제조 방법 및 전파흡수체 - Google Patents

Abstract

전파흡수체의 제조 방법 및 전파흡수체에서, 산화철(Fe₂O₃)과 세라믹의 혼합물을 고온 열처리하고, 고온 열처리로 형성된 페라이트-세라믹 화합물과 탄소 물질이 혼합된 배합물을 준비한 후, 배합물을 저온 열처리함으로써 전파흡수체를 제조한다.

Description

전파흡수체의 제조 방법 및 전파흡수체{METHOD OF MANUFACTURING AN ELECTRIC WAVE ABSORBER AND ELECTRIC WAVE ABSORBER}

본 발명은 고성능 전파흡수체의 제조 방법 및 고성능 전파흡수체에 관한 것으로, 전파흡수대역폭이 넓은 고성능 전파흡수체의 제조 방법 및 전파흡수체에 관한 것이다.

천연세라믹-탄소 복합체를 이용한 전파흡수체는 가볍고 전파흡수능이 뛰어나지만, 전파흡수대역폭이 좁고 20 GHz 이상의 주파수에서는 전파흡수능이 저하되는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해서, 천연세라믹-탄소 복합체를 기반으로 하고, 여기에 추가적으로 금속 산화물 등이 첨가된 전파흡수체들이 제안되고 있다.

그러나 전파흡수체를 제조하는 공정은 950℃ 이상의 고온처리 단계를 필수적으로 수반하기 때문에, 고온처리 단계에서 천연세라믹-탄소 복합체가 만들어지기 전에 탄소 물질이 발화될 가능성이 매우 높다. 이와 같은 공정은 고난도의 제어가 필요하고, 발화점이 매우 높은 고가의 탄소 물질을 이용하지 않는 한 원천적으로 이와 같은 문제들을 해결하기가 어렵기 때문이 제조 신뢰성과 생산성이 낮은 단점이 있다.

본 발명의 일 목적은 탄소 물질의 손상이 없고 특성이 향상된 전파흡수체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전파흡수대역폭이 넓고 고주파 대역에서도 전파흡수능이 높은 전파흡수체를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전파흡수체의 제조 방법이 제공된다. 상기 제조 방법에서, 산화철(Fe₂O₃)과 세라믹의 혼합물을 고온 열처리하고, 고온 열처리로 형성된 페라이트-세라믹 화합물과 탄소 물질이 혼합된 배합물을 준비한 후, 상기 배합물을 저온 열처리하여 전파흡수체를 제조하되, 상기 고온 열처리하는 단계는 950℃ 내지 1,250℃에서 수행되고, 상기 저온 열처리하는 단계는 60℃ 내지 100℃에서 수행된다.

일 실시예에서, 상기 혼합물은 탄산바륨(BaCO₃)을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 탄소 물질은 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 세라믹은 심성화강암을 포함할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전파흡수체는 상기와 같은 방법으로 제조되고, 복소비유전율(ε_r=ε_r′-jε_r″)이 6.5-j0.1인 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전파흡수체는 바륨페라이트(BaOㆍ6Fe₂O₃)-천연세라믹 화합물 및 탄소 물질을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 천연세라믹은 심성화강암이고, 상기 탄소 물질은 탄소나노튜브일 수 있다.

본 발명의 전파흡수체의 제조 방법 및 전파흡수체에 따르면, 먼저 고온 안정성이 매우 높은 재료들을 1차적으로 고온 열처리한 후에 탄소 물질을 첨가하여 저온 열처리함으로써 상기 탄소 물질의 손상 없이 세라믹-탄소 복합체를 제조할 수 있다. 즉, 전파흡수체를 제조하는 공정 중에 상기 탄소 물질이 연소되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다. 따라서 고가의 특수 탄소 물질을 이용하지 않고도 안정적으로 전파흡수체를 제조할 수 있다.

뿐만 아니라, 이와 같이 제조된 전파흡수체는 전파흡수대역폭이 향상되고, 고주파 대역에서도 높은 전파흡수능을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전파흡수체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전파흡수체의 주파수별 복소비투자율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 2에 따른 전파흡수체의 전파흡수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 1에 따른 전파흡수체의 전파흡수 특성을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들에 대해서만 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전파흡수체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 전파흡수체의 제조를 위해서 먼저 산화철(Fe₂O₃)과 천연 세라믹의 혼합물을 준비한다(단계 S110). 이때, 상기 혼합물은 산화철과 함께 탄산바륨(BaCO₃)을 더 포함할 수 있다.

상기 천연 세라믹은 심성화강암을 포함할 수 있다. 심성화강암은 산화규소(SiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화철(Fe₂O₃), 산화칼륨(K₂O), 산화나트륨(Na₂O), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 등의 산화물과 미량의 게르마늄(Ge)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 심성화강암은, 전체 중량에 대해서 79.7 중량%의 산화규소, 9.87 중량%의 산화알루미늄, 3.79 중량%의 산화칼륨, 2.8 중량%의 산화나트륨, 1.59 중량%의 산화칼슘, 0.86 중량%의 산화마그네슘을 포함하고, 0.5 ppm 내지 2 ppm의 게르마늄을 포함할 수 있다.

일례로, 상기 혼합물이 산화철, 탄산바륨 및 심성화강암을 포함하는 경우, 상기 혼합물 전체 중량에 대해서 산화철과 탄산바륨은 0.5 내지 85 중량%일 수 있고, 심성화강암은 15 내지 99.5 중량%일 수 있다.

상기 혼합물을 고온 열처리한다(단계 S120).

고온 열처리 공정은 950℃ 내지 1,250℃에서 수행된다. 상기 온도는 상기 혼합물이 화학 반응하여 페라이트-천연세라믹 화합물을 형성하는 온도이다. 고온 열치리 공정이 950℃보다 낮은 온도에서 수행되면 화학 반응이 제대로 수행되지 않고, 1,250℃보다 높은 온도에서 수행되면 오히려 상기 혼합물이 손상되는 문제가 있다. 페라이트-천연세라믹 화합물은 바륨페라이트(BaOㆍ6Fe₂O₃)-심성화강암 복합체일 수 있다.

이어서, 상기 페라이트-천연세라믹 화합물에, 탄소 물질을 첨가한다(단계 S130).

상기 탄소 물질은 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.

상기 혼합물 전체 중량에 대해서, 상기 페라이트-천연세라믹 화합물은 5 내지 40 중량%일 수 있고, 상기 탄소 물질은 60 내지 95 중량%일 수 있다.

이때, 상기 페라이트-천연세라믹 화합물과 상기 탄소 물질의 배합물에, 보지재가 첨가될 수 있다. 상기 보지재는 열가소성 수지를 포함할 수 있고, 구체적으로 열가소성 엘라스토머일 수 있다. 예를 들어, 상기 보지재는 염소화 폴리에틸렌(chlorinated polyethylene, CPE)를 포함할 수 있다.

상기 배합물을 저온 열처리한다(단계 S140).

저온 열처리 공정은 60℃ 내지 100℃에서 수행된다. 상기 저온 열처리 공정이 60℃보다 낮으면 탄소 물질이 페라이트-천연세라믹 화합물과 복합화되지 않고, 100℃보다 높으면 탄소 물질이 연소되는 문제가 있다. 이와 같이, 상기 저온 열처리 공정은 상기 탄소 물질이 손상되지 않는 온도 범위 내에서 수행되면서도 페라이트-천연세라믹 화합물과 함께 복합 화합물을 형성하므로 안정적으로 전파흡수체를 제조할 수 있다.

실시예 1-전파흡수체의 제조

전체 중량에 대해서, 탄산바륨 및 산화철 중량의 합이 95 중량%이고 심성화강암이 5 중량%인 혼합물을 준비하였고, 상기 혼합물을 1,150℃에서 고온 열처리하였다.

상기 고온 열처리 공정을 통해 제조된 화합물을, 탄소나노튜브와 중량비 70:30으로 배합하고 배합물에 염소화 폴리에틸렌(CPE)을 첨가한 후에 80℃에서 저온 열처리하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 시트형의 전파흡수체를 제조하였다.

제조된 전파흡수체의 복소비유전율(ε_r=ε_r′-jε_r″)은 6.5-j0.1이었다. 주파수별 복소비투자율(u_r = u_r′-ju_r″)을 측정하였으며 그 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2에서, 실수부(real part)가 비투자율의 u_r′를 나타내고, 허수부(imaginary part)가 비투자율의 u_r″를 나타낸다.

실시예 2-시트형 전파흡수체

실시예 1에 따라 제조된 전파흡수체를 이용하여 두께가 2 mm인 실시예 2에 따른 전파흡수체를 제조하였다. 실시예 2에 따른 전파흡수체의 특성을 측정하였고, 그 결과를 도 3에 나타낸다.

비교예 1-시트형 전파흡수체

심성화강암 및 이산화티타늄(TiO₂)를 혼합하여, 1,150℃에서 열처리하여, 두께가 2 mm인 비교예 1에 따른 전파흡수체를 제조하였다. 비교예 1에 따른 전파흡수체의 특성을 측정하였고, 그 결과를 도 4에 나타낸다.

비교예 2

탄소나노튜브, 심성화강암 및 이산화티타늄의 중량비가 85:5:10인 혼합물을 준비하였고, 상기 혼합물을 염소화 폴리에틸렌(CPE)과 중량비 70:30으로 배합한 후, 1,150℃에서 열처리하여, 비교예 2에 따른 전파흡수체를 제조하였다.

도 3은 실시예 2에 따른 전파흡수체의 전파흡수 특성을 나타낸 그래프이고, 도 4는 비교예 1에 따른 전파흡수체의 전파흡수 특성을 나타낸 그래프이다.

도 3을 도 2와 함께 참조하면, 도 2에서와 같이 본 발명의 실시예 2에 따른 전파흡수체는 6 GHz 내지 18 GHz의 주파수 범위에서 상대적으로 고주파대에서의 전파흡수능이, 저주파대에 비해서 낮게 나타나기는 하지만, 도 3에서 나타내는 바와 같이, 8 GHz 내지 18 GHz 범위 내에서 전파흡수능이 10 dB 이상인 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 2에 따른 전파흡수체는 고주파대에서도 전파흡수능이 10 dB 이상인 범위, 즉 전파흡수대역폭이 넓은 것을 알 수 있다. 반면, 도 4를 도 3과 함께 참조하면, 비교예 1에 따른 전파흡수체는 10 GHz 이상에서는 전파흡수능이 10 dB 미만으로 저하되므로, 비교예 1에 따른 전파흡수체의 전파흡수대역폭은 8 내지 9 GHz로 매우 좁은 것과 비교하여, 본 발명의 실시예 2에 따른 전파흡수체의 전파흡수대역폭은 현저하게 광대역화됨을 확인할 수 있다.

한편, 비교예 2에 따른 전파흡수체는 심성화강암 및 이산화티타늄과 함께 탄소나노튜브가 1,150℃에서 열처리되기 때문에, 탄소나노튜브의 대부분이 연소되어 정상적인 전파흡수체를 제조하기 어려움을 알 수 있다. 또하는, 전파흡수체를 제조하더라도 다량의 연소된 탄소나노튜브를 포함하고 있기 때문에 전파흡수 특성이 매우 낮음을 알 수 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

1. 산화철(Fe₂O₃)과 세라믹의 혼합물을 950℃ 내지 1,250℃에서 고온 열처리하는 단계;
   고온 열처리로 형성된 페라이트-세라믹 화합물과 탄소 물질이 혼합된 배합물을 준비하는 단계; 및
   상기 배합물을 60℃ 내지 100℃에서 저온 열처리하는 단계를 포함하는 전파흡수체의 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 혼합물은 탄산바륨(BaCO₃)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   전파흡수체의 제조 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 탄소 물질은 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   전파흡수체의 제조 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 세라믹은 심성화강암을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   전파흡수체의 제조 방법.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 방법으로 제조되고,
   복소비유전율(ε_r=ε_r′-jε_r″)이 6.5-j0.1인 것을 특징으로 하는
   전파흡수체.
   
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