(57)【要約】【課題】電界集中による過熱を防ぎ、製作が容易で組成バラツキを減少させるとともに、誘電率（εｒ）と損失係数（ｔａｎδ）の値を任意に可変させることが出来る電磁波吸収体を提供する。【解決手段】酸化マグネシウムを含んだ誘電材料に炭化珪素粒を分散させ誘電率及び損失係数を変数とする誘電特性を制御した電磁波吸収体において、前記誘電材料は、酸化マグネシウムに前記誘電特性を制御するためのチタン酸化合物或いは酸化チタンが混合してあることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化マグネシウムを含んだ誘電材料に炭化珪素粒を分散させ誘電率及び損失係数を変数とする誘電特性を制御した電磁波吸収体において、
前記誘電材料は、酸化マグネシウムに前記誘電特性を制御するためのチタン酸化合物或いは酸化チタンが混合してあることを特徴とする電磁波吸収体。
【請求項２】
前記誘電材料は、酸化マグネシウムに前記誘電特性を制御するためのチタン酸マグネシウム或いはチタン酸カルシウムが混合してあることを特徴とする請求項１記載の電磁波吸収体。
【請求項３】
前記誘電材料中の前記チタン酸化合物或いは酸化チタンの濃度が０．１〜５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の電磁波吸収体。
【請求項４】
前記炭化珪素粒の濃度が２〜３０ｗｔ％であることを特徴とする請求項３記載の電磁波吸収体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電率と損失係数を変数とする誘電特性の制御性に優れた電磁波吸収体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波、特にマイクロ波帯領域の電磁波吸収体の単一組成材料として炭化珪素が良く知られている。しかし、炭化珪素単体では微量不純物や焼成方法で誘電特性に若干の差が生じるものの、基本的には固有の誘電特性を持ち可変できないことから、近年、誘電率と損失係数をパラメータとする誘電特性を制御する目的で複合誘電体材料を使うことが多くなっている。
【０００３】
図３は、結合空胴型進行波管の部分断面を示したものである。キャビティ３の同調棒２には不要周波数を抑制するために設けられた不要周波数での吸収特性を有する電磁波吸収体１が搭載されている。電磁波吸収体１は、マイクロ波を吸収し加熱された際にも脱ガス量が少ないことや熱伝導性が高いこと、及び所望の誘電特性（誘電率：εｒ，損失係数：ｔａｎδ）を備えていることが要求される。このため、基材として、酸化物の中で最も熱伝導率が高い酸化ベリリウムや酸化マグネシウム或いはこれらの複合材を用いるとともに、電磁波吸収効果のある炭化珪素粒を分散させることによって誘電特性を制御している（例えば、特許文献１参照）。なお、上記の酸化ベリリウムは、極めて有用な材料であるが有害な材料の為、昨今では窒化アルミニウム材が代替材料となりつつある。
【０００４】
このような酸化マグネシウムなどの基材に炭化珪素粒を分散させた電磁波吸収体は、炭化珪素粒の濃度により誘電率と損失係数を可変できるものの、誘電率と損失係数の値は一方の値が決まればもう一方の値も一義的に決まるため、誘電率と損失係数の値の組み合わせを任意に選ぶことができず、特性変更が難しいという実用上の使いにくさがあった。
【０００５】
そこで、混合させる複数種類の誘電物質のうち一つを金属粒とすることで所望の誘電特性を正確に得られる材料についても提案されており（例えば、特許文献２参照）、この方法を利用して、現在では基材に金属粒と炭化珪素粒を分散させることで、金属粒と炭化珪素粒の組み合わせにより、誘電率と損失係数の値を任意に可変できるようにした材料も開発されている。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許３７６５９１２号公報
【特許文献２】
特開昭５８−２１２００６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、基材に金属粒と炭化珪素粒を分散することで、誘電率と損失係数の値は任意に可変できるようになるものの、大電力のマイクロ波を吸収した場合は、分散させた金属粒周辺で、金属粒と金属粒間の放電や、基材と金属粒との隙間で発生する絶縁破壊による放電などから電界集中が生じ、局所的に過熱され溶融することがあった。また、誘電特性は金属粒の粒度、即ち表面積と強く相関があり、粒度管理も難しいという問題があった。更に、製造工程においても、金属粉末は他の原料粉末よりも比重が大きいために均質な分散が難しく、組成バラツキが大きかった。
【０００８】
本発明は上記の問題を解決し、電界集中による過熱を防ぎ、製作が容易で組成バラツキを減少させるとともに、誘電率と損失係数の値を任意に可変させることが出来る電磁波吸収体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、本発明は、酸化マグネシウムを含んだ誘電材料に炭化珪素粒を分散させ誘電率及び損失係数を変数とする誘電特性を制御した電磁波吸収体において、前記誘電材料は、酸化マグネシウムに前記誘電特性を制御するためのチタン酸化合物或いは酸化チタンが混合してあることを特徴とする。特に、前記誘電材料は、酸化マグネシウムに前記誘電特性を制御するためのチタン酸マグネシウム或いはチタン酸カルシウムが混合してあることを特徴とする。また、前記誘電材料中の前記チタン酸化合物或いは酸化チタンの濃度が０．１〜５ｗｔ％であることを特徴とする。更に、前記炭化珪素粒の濃度が２〜３０ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１０】
上記の様に構成することにより、炭化珪素濃度とチタン酸化合物或いは酸化チタンの濃度の組み合わせで、電磁波吸収体の誘電率（εｒ）と損失係数（ｔａｎδ）の値の組み合わせを連続的に任意に選択することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の電磁波吸収体の実施例でチタン酸マグネシウムと炭化珪素粒の濃度を変化させたときの誘電特性（誘電率：εｒ，損失係数：ｔａｎδ）を示している。電磁波吸収体は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び焼成助材、更に、チタン酸化合物としてチタン酸マグネシウム（ＴｉＭｇＯ３）を０．１〜５ｗｔ％の濃度で混合した基材に、粒径約４５μｍの炭化珪素粒（ＳｉＣ）を２〜３０ｗｔ％の濃度で分散させたものである。図１の●印はチタン酸マグネシウム濃度が３ｗｔ％で炭化珪素の濃度を２〜３０％で変えた場合の誘電特性を示しており、▲印及び■印はチタン酸マグネシウム濃度を０．１から５ｗｔ％の範囲で可変した場合の誘電特性の上限・下限を示したものである。
【００１２】
図１において、例えばチタン酸マグネシウムの濃度を３ｗｔ％よりも低くすると、特性曲線は図１の左矢印方向に移動する。また、濃度を３ｗｔ％よりも高くすると、特性曲線は図１の右矢印方向に移動する。
【００１３】
即ち、チタン酸マグネシウム０．１〜５ｗｔ％、炭化珪素２〜３０ｗｔ％の範囲でそれぞれの濃度を選択することで、誘電率（εｒ）が１０〜２０、損失係数（ｔａｎδ）が０．００１〜０．０７の範囲で誘電率と損失係数の値は、任意の組み合わせを得ることができる。しかも、損失係数は誘電率に対して線形性が高く誘電特性の制御が容易である。特に、図３に示す結合空胴型進行波管の電磁波吸収体１で要求される、誘電率１０〜１４、誘電損失係数０．０１〜０．０５の範囲はチタン酸マグネシウムと炭化珪素の濃度を制御することで、任意の値の組み合わせを得ることができる。
【００１４】
更に、図１は焼成温度１６００℃の場合であり、焼成温度を低くした場合は、密度が下がり誘電特性が低下するので特性曲線は左方向に略平行に動く。このようにして、上記の誘電率と誘電損失係数の範囲を連続的に網羅することも可能である。一例として、チタン酸マグネシウム３ｗｔ％、炭化珪素５ｗｔ％で焼成温度１６００℃の時、誘電率１２．７、誘電損失係数０．００８であるが、１５００℃にすると、誘電率１０．４、誘電損失係数０．００５になる。尚、上記実施例はチタン酸マグネシウムの場合であるが、チタン酸カルシウムなどのチタン酸化合物或いは酸化チタンでも同様の傾向になる。
【００１５】
次に、本実施例の製造工程を図２に示す。代表例として、チタン酸マグネシウムを混合した酸化マグネシウム基材に炭化珪素粒を分散させた電磁波吸収体の製造工程を工程順に説明する。
【００１６】
第１工程では、チタン酸マグネシウム粉末を濃度０．１〜５ｗｔ％の範囲内で、また焼成助材を濃度１ｗｔ％で酸化マグネシウム粉末に添加する。更に、純水を加えてスラリー状としボールミルなどの混合機で２時間以上十分に基材原料の混合を行う。ここで、チタン酸マグネシウム濃度を０．１〜５ｗｔ％としたのは、０．１ｗｔ％に満たないと、その効果は極僅かであり未添加の場合と誘電特性に有意な差がなく、また、５ｗｔ％を超えると誘電損失が過大となり実用的でないためである。焼成助材は、酸化マグネシウムの焼結を促進させるため添加するもので、酸化マグネシウムはそれだけでは焼成が難しいことから、焼成助材を用いて焼成工程中に適量の液層を生じさせ、酸化マグネシウム粒界面をぬらして活性にし焼成反応を進めるものである。本実施例では焼成助材に酸化珪素（Ｓｉ０２）と酸化カルシウム（ＣａＯ）の共晶粉末（ＳｉＯ２：ＣａＯ＝６４：３６（重量比））を使用する。酸化珪素は炭化珪素粒の表面が酸化した際に生じる不純物であり、酸化カルシウムは酸化マグネシウムの典型的な不純物であり、電磁波吸収体の特性を安定化することからも新たな不純物元素が増えないような材料を焼成助材として選択する。なお、焼成時は、上記の酸化珪素と酸化カルシウムに酸化マグネシウムを加えた３元共晶点で液層を生じる。
【００１７】
第２工程では、基材原料の混合が終了したスラリーをスプレードライヤーで乾燥・再紛末化させ、チタン酸マグネシウムを含む酸化マグネシウム基材の原料粉末を得る。次に、第３工程では、基材原料の粉末に炭化珪素粒を分散させる。この分散時に、炭化珪素粒の粒度が変化すると誘電特性のバラツキの要因になるので、粒度変化が生じ難いＶ式混合機を用いる。さらに、この炭化珪素の粒度は４５μｍ程度が良い。特に、粒度が１０μｍ以下の微粉末となると濃度当たりの粒数が増大し、酸化マグネシウム同士の接触が少なくなり、酸化マグネシウム基材の焼結が阻害される。また、１５０μｍを超える粗粒となると外形加工時にチッピングが生じ易く加工が難しくなる。
【００１８】
第４工程では、基材原料の粉末に炭化珪素粒を分散させた粉末にバインダー溶液を加え造粒し、直径１００〜２００μｍの造粒粉末を得る。バインダー材はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等を用いることができる。次に、第５工程では、この造粒粉末を冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）で圧粉し、成形体を得る。この時の圧力は、２〜４ｔ／ｃｍ２とした。
【００１９】
第６工程では、この成形体をカーボン製のサヤ（蓋付）に入れ、水素雰囲気で１６００℃、３０ｍｉｎの焼成を行う。本発明における電磁波吸収体は、焼結時の条件で最もバラツキが出やすいので、焼成ムラを軽減するためにサヤ（蓋付）を用いる。或いは、カーボン製ダイスにセットしてホットプレスを用いても良い。ホットプレスを用いると、比較的低温の１４５０℃、１０ｍｉｎの条件で十分な密度が得られ、良質な電磁波吸収体が得られる。最後に、第７工程で焼成の際にできた電磁波吸収体表層の変質層を研磨加工で除去すると同時に、必要な外形寸法を得るようにする。
【００２０】
以上、発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記内容に限らず種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、チタン酸化合物としてチタン酸マグネシウムを用いたがチタン酸カルシウムや種々の酸化チタンを用いても良い。また、本発明による電磁波吸収体は、結合空胴型進行波管に限らず、高周波領域、特にマイクロ波領域の電磁波吸収用として種々利用可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、酸化マグネシウムを含んだ誘電材料に炭化珪素粒を分散させ誘電率及び損失係数を変数とする誘電特性を制御した電磁波吸収体において、前記誘電材料は、酸化マグネシウムに前記誘電特性を制御するためのチタン酸化合物或いは酸化チタンを混合してあるため、炭化珪素濃度とチタン酸化合物或いは酸化チタンの濃度の組み合わせで、誘電率と損失係数の値の組み合わせを任意に選ぶことができる利点がある。また、製作上においても、チタン酸化合物或いは酸化チタンは焼成により酸化マグネシウム内に拡散してゆくので、均質な混合ができ、誘電特性の再現性が良い。更に、金属粒を拡散させた時のような電界集中も起きない。
【００２２】
特に、誘電材料として、酸化マグネシウムに誘電特性を制御するためのチタン酸マグネシウム或いはチタン酸カルシウムを混合させた基材に炭化珪素粒を分散させた電磁波吸収体は、誘電率に対する損失係数の線形性が高く誘電特性の制御が容易である。また、誘電材料中のチタン酸化合物或いは酸化チタンの濃度を０．１〜５ｗｔ％の範囲にすることで、誘電損失が過大になるなどの悪影響がなく、誘電特性の制御性に優れた電磁波吸収体が得られる。更に、炭化珪素粒の濃度を２〜３０ｗｔ％にすることで、誘電率が１０〜２０、損失係数が０．００１〜０．０７の範囲で任意の値の組み合わせを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の電磁波吸収体の誘電特性を示す図である。
【図２】本発明の電磁波吸収体の製造工程の一例を示す図である。
【図３】従来例或いは本発明の実施例での電磁波吸収体を搭載した結合空胴型進行波管の部分断面の説明図である。
【符号の説明】
１    電磁波吸収体
２    同調棒
３    キャビティ
【図１】
2004296489.tif 000003
【図２】
2004296489.tif 000004
【図３】
2004296489.tif 000005