JPH0228399A - 電波吸収材及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐熱性、耐薬品性、耐候性等に優れ、且つ軽量
で構造体として使用しうるとともに、塗料、合成樹脂、
又はガラス繊維、セメント等の無機材料等に混合するこ
とにより複合材としても使用しうる電波吸収材及びその
製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

電波吸収体とは到来した電波を吸収し、これを熱に変換
して反射波を生じさせないものである。

この電波吸収体は、例えばテレビやレーダのゴースト対
策、電波暗室、又は電磁シールド等に用いられている。

前記テレビゴースト対策としては、フェライト電波吸収
体、コンクリート電波吸収体等、レーダ虚像対策用とし
てはゴムフェライト系電波吸収体、ゴムカーボン系電波
吸収体等が用いられており、又電波暗室用としては発泡
ポリスチロールにカーボンを混合した多層型電波吸収体
やピラミッド型電波吸収体等が用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕 現在、上記のような従来の電波吸収体に対して、薄層化
、軽量化、広帯域化、構造体型電波吸収体の開発等が課
題として求められている。軽量型電波吸収体の開発につ
いては、現在ある程度は進んでいるものの、今後もます
ます軽いものが要求される。又、電波吸収体自体が構造
体であればその用途は広く、各目的に応じた構造体型電
波吸収体の開発が望まれている。そして、要望が大きい
塗料型電波吸収体についても実用的なものが完成してい
ない。

本発明は上記の問題点に鑑み、耐熱性、耐薬品性、耐候
性等に優れ、且つ軽量で構造体として使用利用可能であ
るとともに、粉体状又は粒体状に形成して合成樹脂、塗
料等に混入して使用可能とした電波吸収材を提供せんと
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る電波吸収材は上記の問題を解決するために
、多孔質セラミックス製基材の表面及び構造内部に炭素
を結合させてなり、耐熱性、耐候性、耐薬品性を有する
ものである。又、この電波吸収材はプレート状又はブロ
ック状としてだけでなく、粉体状又は粒体状としても使
用することができる。

上記の電波吸収材は、天然セラミックス原料、鉱物及び
粘土鉱物、又は人工セラミックス原料の１種又は２種以
上を気孔形成材料又は骨格を形成する焼失材料とともに
所定の温度で焼成してプレート状、ブロック状又は粉体
状、粒体状等、所望の形状の多孔質セラミックスに焼結
せしめてなる第一工程と、前記多孔質セラミックスを還
元雰囲気下の炉内で、所定の温度で炉内が均一のときに
ガス状又はミスト状の炭化水素化合物を炉内に導入して
還元焼成してなる第二工程とにより、基材としての多孔
質セラミックス製基材の表面及び構造内部に炭素を結合
させた電波吸収材として製造される。

前記セラミックスの原料としては、例えばシリカ質、ア
ルミナ質、シリカ−アルミナ質、石灰質、マグネシア質
、ジルコニア質、クロム質、炭素質等の天然鉱物、粘土
鉱物、又は天然物以外の人工セラミックス原料、アルミ
ナ、コープイライト質、合成マグネシア、合成ドロマイ
ト、ジルコニア、スピネル、合成ムライト、チタニア、
窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物及び炭化物とし
ての炭化珪素等のセラミックス原料の粉体を単独で、又
は混合して使用することができ、天然鉱物、粘土鉱物若
しくは人工セラミックス原料等を組成物の種類に制限さ
れることなく用いることができる。

又、上記セラミックス原料を多孔質セラミックスに焼結
させるための気孔形成材料又は骨格を形成するための焼
失材料としては、木質細片、モミガラ、バルプスラフジ
、有機ポリイソシアネート化合物、軟質ポリウレタンフ
ォーム、ポリビニルアセクール合成樹脂多孔体等の有機
化合物や、無機質の真珠岩、黒曜石等を粉砕して粒子径
を整えたもの、又は熱処理により発泡せしめたもの等を
用いることができる。これらの気孔形成材料を前記セラ
ミックス原料とともに混合成型するか、又はセラミック
ス原料を泥漿化して骨格形成材料に含浸又は付着させ、
これを充分に乾燥させた後、焼成することにより所望の
形状の多孔質セラミックスに焼結せしめる。このときの
焼成・焼結温度はセラミックス原料の組成、混合率によ
り異なるが、酸化雰囲気下にて多孔質セラミックスに焼
結する温度は通常９００〜１９００℃である。

このようにして焼結せしめた多孔質セラミックスの構造
は焼結時に用いる気孔形成材料又は骨格形成材料の種類
により異なる。例えば、セラミックス原料と水及び気孔
形成材料として木質細片又はモミガラを粉砕したものを
混合・混練して所定の形状に成型し、充分乾燥させた後
、焼成炉内で１３５０〜１３７０℃で焼結せしめると無
数の連続気孔を有する多孔質セラミックスとなる。又、
セラミックス原料に無機質の気孔形成材料としてのパー
ライト等、有機質のものでは樹脂等のベレット状のもの
を混合し、所定量の水を加えて混合、混練して所定の形
状に成型し、充分に乾燥させた後、焼成炉にて１２００
〜１３００℃で焼結すると、独立気泡を有し一部連続気
孔からなる多孔質セラミックスを得る。更に、内部空間
が連通した三次元網目構造をなした多孔質セラミックス
とするには、軟質ポリウレタンフォームのセル膜を除去
したものを所定の形状に成型し、これにセラミックス原
料を泥漿化したものを含浸させて余剰の泥漿を除去した
後充分に乾燥させ、焼成炉にて１５００〜１８００℃で
焼成・焼結すればよい。

上記の如くして得られたセラミックスは多孔質で内部に
連続気孔を有するものである。この多孔質セラミックス
を基材とし、その表面及び構造内部に炭素を結合させて
なる電波吸収材とするには、前記多孔質セラミックスを
還元雰囲気で所定温度の炉内で、炭化水素化合物の存在
下で還元焼成する。この還元焼成は、還元雰囲気下で所
定の温度、即ち５００℃より高い温度の炉内にガス又は
ミスト状の炭化水素化合物を導入して前記多孔質セラミ
ックスと反応させる。このときの還元焼成温度は、セラ
ミックス基材への炭素結合量や還元焼成に要する時間に
影響を与えるものであり、焼成温度を高く設定する程セ
ラミックス基材への炭素結合量は増大し、又還元焼成に
要する時間は短縮される。

上記の還元焼成を行うための炉としては、燻し窯の構造
機能を有する炉、又は還元雰囲気炉、真空炉等が用いら
れる。そして炭化水素としては、都市ガス（天然ガス）
、家庭用プロパンガス、工業用燃焼ガス、又は灯油、Ａ
重油等を用いることができ、炭素数１７までの、即ち気
体状又は液体状の炭化水素、例えばメタン、エタン、プ
ロパン、ブタン、アセチレンの鎖式炭化水素又はヘキサ
ン、ベンゼン、キシレン等の環式炭化水素が用いられる
。

これらの炭化水素を還元雰囲気下の炉内に、炉内温度が
５００℃より高い温度で、又通常１２０Ｑ　’Ｃ以内の
温度においてガス状又はミスト状として導入する。この
ガス又はミスト状態の炭化水素の導入開始から導入停止
までは連続して行い、このような温度範囲において還元
焼成に要する時間は通常６〜６５分間である。

前記炭化水素化合物の種類を適宜選択し、且つ炉内への
導入時の温度及び導入時間を上記の範囲で適宜調節する
ことにより、多孔質セラミックス製基材への炭素結合量
を調節する。即ち、前記還元雰囲気の炉内の温度制御に
より、気相中での熱分解炭素の成長を抑制するとともに
多孔質セラミックス組織内部に分散した炭素の成長を抑
制する。

前記セラミックス製基材への炭素結合量は、基材に対し
て約２．７重量％以下、好ましくは０．０６〜２．７重
量％の範囲に設定する。この基材としての多孔質セラミ
ックスに対する炭素結合量が少ないときには、電波吸収
材としての電波の吸収率が低下するとともに電波透過率
が高くなる。一方、基材に対する炭素結合量が２．７重
量％より多くなると電波透過率は低下するが、電波の反
射率が著しく高くなる。又、二次工程における還元焼成
時の温度が５００℃以下の場合や炉内への炭化水素の導
入時間が５分以下の場合には、炭素結合量が上記の範囲
にあっても、電波吸収材の電波透過率は著しく高くなる
。

上記の本発明に係る電波吸収材は、プレート状又はブロ
ック状に形成することにより構造体型電波吸収体として
用いることができる。このとき、前記の如く本発明に係
る電波吸収材は、基材としてのセラミックスへの炭素結
合量によって電波に対する反射率、吸収率及び透過率等
が変化するものであるから、炭素量の異なるプレート状
又はブロック状の電波吸収材を積層し、例えば、表面位
置に炭素結合量の少ない電波吸収材、即ち表面における
電波の反射率が小さな電波吸収材を配するとともに内部
に向かって炭素結合量が多く吸収率の高い電波吸収材を
配置して複数の電波吸収材を積層することにより、電波
を高効率で吸収しうる電波吸収体を構成することが可能
となる。又、この電波吸収材は粉体状又は粒体状に形成
して合成樹脂、ゴム、塗料、繊維、紙、又はガラス繊維
、セメント等の無機材料等に混合して使用することがで
きる。このような粉体状又は粒体状の電波吸収材を作成
するには、前記の方法以外に基材としての多孔質セラミ
ックスを還元雰囲気下で二次焼成して炭素を結合させた
ものを破砕して粉体状又は粒体状に形成してもよいし、
又、基材としての多孔質セラミックスを予め破砕して粉
体状又は粒体状とした後、この粉体状又は粒体状の多孔
質セラミックスを還元雰囲気下で二次焼成することによ
り炭素を結合させて粉体状又は粒体状の電波吸収材とす
ることもできる。

〔作用〕

上記のような本発明に係る電波吸収材は、多孔質セラミ
ックスを基材としており、この基材としての無機多孔質
セラミックスは電波の反射係数が小さく、気孔率６０〜
９０％、嵩比重０．３〜０．７程度と軽量で比表面積０
．１０〜２５ｍ２／ｇを有し、耐熱性、耐候性、耐薬品
性、耐腐食性、耐摩耗性に優れている。そのうえ、前記
の如く、この多孔質セラミックスは０．１０〜２５ｍ２
／ｇ程度の比表面積を有するため、電波の吸収作用を有
する炭素が多孔質セラミックス中の連続気孔及び細孔内
壁面全体にくまなく結合されるため、炭素に被覆される
面積が極めて広くなる。即ち、電波と相互作用を行う領
域が格段に増大する。その結果、従来の他の材料に較べ
、電波の吸収効果を著しく高めることができる。本発明
に係る電波吸収材は、これら多孔質セラミックスの優れ
た特性に加えて、炭素を該セラミックスの表面及び構造
内部に結合させたことにより従来にない電波吸収材であ
る。

更に、この電波吸収材は、多孔質セラミックスを還元雰
囲気下、所定温度にて二次焼成して多孔質セラミックス
の表面及び構造内部に炭素が結合された多孔質のセラミ
ックス炭素となっており、この多孔質セラミックス炭素
は、従来の電波吸収に用いられているカーボン、カーボ
ンファイバー等を用いた電波吸収材に較べ、入射される
電波を高効率で吸収することができ、例えば厚さ４ｃ１
１程度とした場合の電波吸収効率は１０〜１００倍大き
いものとなる。更に、前記セラミックスの構造内部に炭
素密度を制御して結合させることができるので、カーボ
ンやカーボンファイバーを混合均一化するよりも電波の
反射に対しての制御がしやすいのである。

加えて、粉体状又は粒体状に形成して適度の粒径に整え
ることにより、合成樹脂、塗料等に混合して使用するこ
とができるのである。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例を上げて説明するが、これら実施
例は本発明を何ら限定するものではない。

先ず、第一工程として、下記に示すＡ、　Ｂ、　　Ｃの
三通りの方法で基材としての多孔質セラミックスを焼成
、焼結した。

Ａ、蛙目粘土、長石の粉末状原料に気孔形成材料として
オガクズを混合し、それに水を加え混練した後、所定の
形状の型枠に充填して成型物となし、これを充分に乾燥
させたものを酸化雰囲気下１３２０℃で焼成焼結をなし
、気孔形成材料を焼失して無数の連続気孔を有する多孔
質セラミックスを得た。

この多孔質セラミックスは気孔率７６〜８４％、嵩比重
０．３２〜０．４５、比表面積は１６〜２２ｍ２／ｇで
あった。

Ｂ、ケイ凍土、本節粘土の粉末状原料に気孔形成材料と
して真珠岩、黒曜石を焼成して発泡させたものを混合し
、それに水を加え混練し、所定の形状の型枠に充填して
成型物となし、これを充分に乾燥させたものを酸化雰囲
気下１２５０℃で焼成焼結をなし、独立気孔を有し、一
部連続気孔からなる多孔質セラミックスを得た。

この多孔質セラミックスは気孔率４０〜６０％、嵩比重
０．５〜０．８％、比表面積０．８〜１．７ｍ２／ｇで
あった。

Ｃ，シリカ、アルミナ、マグネシアの粉末原料を泥漿化
し、骨格を形成する焼失材料として軟質ポリウレタンフ
ォームのセル膜を除去したものに含浸付着した後、余剰
の泥漿を除去して充分に乾燥させたものを酸化雰囲気下
１７００℃で焼成焼結をなし、軟質ポリウレタンフォー
ムが焼失して内部空間が連続をなした三次元網目状構造
をなす多孔質セラミックスを得た。

この多孔質セラミックスは気孔率７８〜８９％、嵩比重
０．３５〜０．５、比表面積０．１９〜０．２５ｍ２／
ｇであった。

上記、第一工程において焼結せしめた多孔質セラミック
スを、二次工程としての以下に示した各実施例のとおり
の方法により、還元雰囲気下の炉内において炭化水素を
導入して二次焼成し、基材としての多孔質セラミックス
の表面及び構造内部に炭素を結合して各種の電波吸収材
を得た。

１〜　４．５ 上記のＡの構造を有する多孔質セラミックスの平面板状
及び粉体状のものを、還元雰囲気の炉内において、炉内
温度、炉内へ導入する炭化水素の種類及び流量を一定と
し、炉内への炭化水素の導入時間を変化させることによ
り、基材としての多孔質セラミックスへの炭素結合量の
異なる電波吸収材を得た。

爽止皿旦反堕１ 上記Ａの構造を有する多孔質セラミックスを粉砕し、２
〜６謳の粒体状に整えたのものを、還元雰囲気の炉内に
おいて、炉内へ導入する炭化水素の種類、導入時間及び
流量を一定とし、炭化水素の炉内への導入開始時の炉内
温度を変化させることにより、炭素結合量の異なる電波
吸収材を得た。

皇上皿工及堕工 上記Ｂの構造を有する多孔質セラミックスの平面板状の
ものを、還元雰囲気の炉内において炉内温度、炉内へ導
入する炭化水素の種類及び流量を一定とし、炉内への炭
化水素の導入時間を変化させて炭素結合量の異なる電波
吸収材を得た。

実ｍニュ」− 上記Ｃの構造を有するセル数６（セル数：セラミックス
フオームの網目サイズの表示であり、セラミックスフオ
ーム表面の直線１エン当たりに並んだセルの数である。

以下、同じ）及びセル数１３の多孔質セラミックスの平
面板状のものを、還元雰囲気の炉内で、炉内への炭化水
素導入開始時の炉内の温度、炭化水素の種類、及び導入
流量を一定とし、炉内への炭化水素の導入時間を変化さ
せて炭素結合量の異なる電波吸収材を得た。

次ｊ側「ＬＬニュ」− 上記Ｃの構造を有するセル数１３の平面板状の多孔質セ
ラミックスを、還元雰囲気の炉内で、炉内への炭化水素
導入開始時の炉内温度、炭化水素の種類、及び導入流量
を一定とし、炉内への炭化水素の導入時間を変えて炭素
結合量の異なる電波吸収材を得た。

上記の実施例の如くして得られた各種電波吸収材を図に
示した装置を用い、垂直入射空間定在波直接測定法によ
り、９．４ＭＨｚの周波数に対する電波吸収特性を測定
し、各実施例における電波吸収材の反射率、透過率、及
び吸収率を算出し、結果を別表に示した。

尚、図中１はクライストロン、２は減衰器、３は定在波
測定器、４はＵＳＷＲメーター、５はスクリュースラブ
チューナー、６及び７は電磁ホーン、８はサーミスタマ
ウント、９はパワーメーター、Ｓは測定試料を示すもの
であり、電磁ホーン６と７との距離は３ｍである。又、
表中、炭化水素の流量は炉内容積１ｍ３当たりの数値で
あり、又粉体状及び粒体状の電波吸収材においては、こ
れを発泡スチロール容器に充填し、粉体状のものは厚み
２龍、又粒体状のものは厚み１５寵に設定して測定した
結果である。

夫ｌ拠）上 実施例４において得たＡの構造を有する多孔質セラミッ
クス電波吸収材（粉体状、粒径＝５０μｍ）をビニル系
樹脂に体積量５０％で混合分散させ、これを厚さ１０．
２ｍの試料として作成した。

この試料に金属を裏貼りし、周波数９．４ＭＨｚの電波
に対する吸収特性の測定を行い反射率を求めた。その結
果、電波反射率は０．２３％以下であり、本発明に係る
電波吸収材を粉体状として複合化したものが優れた電波
吸収性能を有することが確認された。

〔発明の効果〕

以上の如（、本発明に係る電波吸収材は基材として嵩比
重が０．３〜０．７と軽量な多孔質セラミックスを用い
ているので、軽量な構造体型電波吸収体として使用しう
る。又、この電波吸収材は耐熱性、耐薬品性、耐腐食性
、耐摩耗性に優れている。

そのうえ、基材として用いてなる多孔質セラミックスは
０．１０〜２５ｍ２７ｇ程度の比表面積ををするため導
電損失材としての炭素を結合させるための面積が大きく
、その結果、従来の材料に較べて電波吸収効果が高いも
のとなっている。

しかも、この電波吸収材は粉末状セラミックス原料を気
孔形成材料又は骨格を形成する焼失材料４゜ とともに酸化雰囲気下で焼成・焼結して多孔質セラミッ
クスとし、これを還元雰囲気下で二次焼成するだけの極
めて簡単な操作で、製造することができる。

そのうえ、本発明に係る電波吸収材は、プレート状又は
ブロック状として構造型電波吸収体を構成するのみでな
く、粉体状又は粒体状に形成することにより、合成樹脂
、ゴム、塗料、繊維、又はガラス繊維、セメント等の無
機材料等と混合して複合材料としても使用でき、その利
用範囲は格段に広いものとなっている。

【図面の簡単な説明】

図面は電波吸収特性を測定するための装置の概略図であ
る。 １：クライストロン、２：減衰器、３：定在波測定器、
４　：　ＶＳＷＲメーター、５：スクリュースラブチェ
ーナー、６．７：電磁ホーン、８：サーミスタマウント
、９：パワーメーター Ｓ：試料。 手続ネ甫正書（方式） ■。 ２゜ ３゜ ４゜ 事件の表示 特願昭６３−１７８８３９号 発明の名称 電波吸収材及びその製造方法 補正をする者 事件との関係：特許出願人 シンワインターナショナル株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）多孔質セラミックス製基材の表面及び構造内部に炭
   素を結合させてなる電波吸収材。 ２）多孔質セラミックス製基材に対する炭素の結合量を
   ２．７重量％以下の範囲としてなる特許請求の範囲第１
   項記載の電波吸収材。 ３）プレート状又はブロック状に形成してなる特許請求
   の範囲第１項記載の電波吸収材。 ４）粉体状又は粒体状に形成してなる特許請求の範囲第
   １項記載の電波吸収材。 ５）天然セラミックス原料、鉱物及び粘土鉱物、又は人
   工セラミックス原料の１種又は２種以上を気孔形成材料
   又は骨格を形成する焼失材料とともに所定の温度で焼成
   して多孔質セラミックスに焼結せしめてなる第一工程と
   、前記多孔質セラミックスを還元雰囲気下の炉内で、所
   定の温度で炉内が均一のときにガス状又はミスト状の炭
   化水素化合物を炉内に導入して還元焼成してなる第二工
   程と、からなる電波吸収材の製造方法。 ６）第二工程は、炉内が５００℃より高い温度のときに
   、炭化水素化合物を６〜６５分間以内の時間で連続して
   炉内に導入してなることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の電波吸収材の製造方法。 ７）第一工程及び第二工程により多孔質セラミックスに
   炭素を結合した後、これを破砕して粉体状又は粒体状に
   形成してなる特許請求の範囲第５項記載の電波吸収材の
   製造方法。 ８）第一工程により焼結した多孔質セラミックスを破砕
   して粉体状又は粒体状に形成した後、この粉体状又は粒
   体状の多孔質セラミックスに第二工程により炭素を結合
   させてなる特許請求の範囲第５項記載の電波吸収材の製
   造方法。