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JP2007313749A - Manufacturing method of composite structure - Google Patents

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JP2007313749A
JP2007313749A JP2006145699A JP2006145699A JP2007313749A JP 2007313749 A JP2007313749 A JP 2007313749A JP 2006145699 A JP2006145699 A JP 2006145699A JP 2006145699 A JP2006145699 A JP 2006145699A JP 2007313749 A JP2007313749 A JP 2007313749A
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alumina
sintered
composite structure
titanium oxide
powder
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JP2006145699A
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Takuji Nakagawa
卓二 中川
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a composite structure in which each dielectric has a high Q value and the contrast of the dielectric constants is large. <P>SOLUTION: The composite structure, in which a titanium oxide sintered structure and an alumina sintered structure are periodically three-dimensionally arranged, is obtained by mixing alumina powders permeable to UV and a photocurable resin, by obtaining from the mixture of the photocurable resin and the alumina powders a structure of the above mixture by a photofabrication method, by sintering, in the structure of the above mixture, the alumina powders and at the same time removing the photocurable resin to obtain the alumina sintered structure, by putting a slurry containing titanium oxide and not containing an organic binder into a mold holding the alumina sintered structure, and by sintering in the mold the titanium oxide below the sintering temperature of the alumina. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、互いに屈折率もしくは誘電率の異なる複数の材料が3次元に周期的に配置された複合構造体の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a composite structure in which a plurality of materials having different refractive indexes or dielectric constants are periodically arranged in three dimensions.

屈折率もしくは誘電率が周期的に変化する複雑な形状の3次元構造体は、電磁波干渉作用や共振作用を示し、特定周波数領域の電磁波に対する作用素子として用いることができる。特に結晶構造に欠損のない3次元構造体は、電磁波の照射方向によらずに電磁波干渉作用や共振作用を示すことで知られている。   A three-dimensional structure having a complicated shape whose refractive index or dielectric constant changes periodically exhibits an electromagnetic interference effect and a resonance effect, and can be used as an element for an electromagnetic wave in a specific frequency region. In particular, a three-dimensional structure having no defect in the crystal structure is known to exhibit an electromagnetic interference effect and a resonance effect regardless of the irradiation direction of the electromagnetic wave.

また、誘電率の異なる3次元構造体を組み合わせた複合構造体は、空隙部分が存在しないため構造が堅固であることで知られている。   Further, a composite structure in which three-dimensional structures having different dielectric constants are combined is known to have a firm structure because there is no void portion.

このような複合構造体が特許文献1に開示されている。図1に、特許文献1に示された複合構造体の構成を示す。
複合構造体50は、高誘電率3次元構造体51Aと低誘電率3次元構造体51Bとを交互に周期的に配置して構成される。高誘電率3次元構造体51Aと低誘電率3次元構造体51Bとはそれぞれ屈曲率もしくは誘電率が大きく異なる誘電体物質からなる3次元構造体であり、それぞれは複数の極めて小さな立方体52から構成されている。各立方体52は一辺が数百ないし千数百nmであり、対象とする特定周波数領域の電磁波の半波長に設定されている。
Such a composite structure is disclosed in Patent Document 1. In FIG. 1, the structure of the composite structure shown by patent document 1 is shown.
The composite structure 50 is configured by alternately and periodically arranging a high dielectric constant three-dimensional structure 51A and a low dielectric constant three-dimensional structure 51B. The high-dielectric-constant three-dimensional structure 51A and the low-dielectric-constant three-dimensional structure 51B are three-dimensional structures made of dielectric materials having greatly different bending rates or dielectric constants. Has been. Each cube 52 has a side of several hundred to several hundreds of nanometers, and is set to a half wavelength of an electromagnetic wave in a specific frequency region of interest.

このような構成の複合構造体50は、結晶構造に欠損の無い場合、特定周波数領域(特定波長)の電磁波をあらゆる方向に対して遮断する。また、結晶構造の一部に欠損がある場合、特定周波数領域の電磁波を特定方向にのみ低損失で伝搬させたり、低損失で屈曲させたりする。このように複合構造体50は結晶構造に従って、特定周波数領域の電磁波に対して様々な電磁波伝搬特性を発現する。   The composite structure 50 having such a configuration blocks electromagnetic waves in a specific frequency region (specific wavelength) in all directions when there is no defect in the crystal structure. When there is a defect in a part of the crystal structure, an electromagnetic wave in a specific frequency region is propagated only in a specific direction with a low loss or bent with a low loss. Thus, the composite structure 50 expresses various electromagnetic wave propagation characteristics with respect to electromagnetic waves in a specific frequency region according to the crystal structure.

このような複合構造体の製造には微細加工が必要であるため、従来、光造形法と鋳造法とを組み合わせて製造することが試みられている(特許文献2参照。)。特許文献2に示されている方法では、まず紫外線に対する透光性を有する低誘電率材料粉末を、光により硬化する光硬化性樹脂に混合(混練)する。次に、この光硬化性樹脂と低誘電率材料粉末との混合物を光造形装置によって硬化させることによって、所定の空隙を有する低誘電率3次元構造体を形成する。次に、この低誘電率3次元構造体を型として用いて、空隙部分に高誘電率材料粉末と樹脂とを混合した高誘電率3次元構造体を鋳造する。このようにして複合構造体を製造する。
特開2002−169052号公報 特表2001−502256号公報
Since microfabrication is necessary for the manufacture of such a composite structure, it has been attempted to manufacture the composite structure by combining an optical modeling method and a casting method (see Patent Document 2). In the method disclosed in Patent Document 2, first, low dielectric constant material powder having translucency to ultraviolet rays is mixed (kneaded) with a photocurable resin that is cured by light. Next, the mixture of the photocurable resin and the low dielectric constant material powder is cured by an optical modeling apparatus to form a low dielectric constant three-dimensional structure having a predetermined gap. Next, using this low dielectric constant three-dimensional structure as a mold, a high dielectric constant three-dimensional structure in which a high dielectric constant material powder and a resin are mixed in the gap is cast. In this way, a composite structure is manufactured.
JP 2002-169052 A JP-T-2001-502256

上記のように複合構造体は、高誘電率3次元構造体と、低誘電率3次元構造体とを組み合わせて構成される。このような複合構造体(フォトニック結晶)は、その結晶構造とともに誘電率のコントラストが重要であり、誘電率のコントラストを大きくすることで、結晶構造に起因して生じる電磁波伝搬特性を顕著化できる。   As described above, the composite structure is configured by combining a high dielectric constant three-dimensional structure and a low dielectric constant three-dimensional structure. In such a composite structure (photonic crystal), the contrast of the dielectric constant is important together with the crystal structure, and by increasing the contrast of the dielectric constant, the electromagnetic wave propagation characteristics caused by the crystal structure can be made remarkable. .

しかしながら、従来の複合構造体の製造方法では、高誘電率3次元構造体、低誘電率3次元構造体ともに樹脂を多く含んで構成されていたため、高誘電率3次元構造体の誘電率には上限があり、したがって高誘電率3次元構造体の誘電率を高めることができず、結晶構造に起因して生じる伝搬特性の顕著化にも限界があった。また、各誘電体のQ値が低く、使用する際に大きな誘電損失が生じる問題もあった。   However, in the conventional composite structure manufacturing method, both the high dielectric constant three-dimensional structure and the low dielectric constant three-dimensional structure are configured to contain a large amount of resin. There is an upper limit, and therefore, the dielectric constant of the high dielectric constant three-dimensional structure cannot be increased, and there is a limit to the remarkable propagation characteristics caused by the crystal structure. In addition, each dielectric has a low Q value, and there is a problem in that a large dielectric loss occurs during use.

そこで、この発明の目的は、各誘電体のQ値が高く誘電率のコントラストが大きい複合構造体の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a composite structure in which each dielectric has a high Q value and a large dielectric constant contrast.

(1)この発明の複合構造体は、紫外線に対して透光性のある第1材料の粉末と、光硬化性樹脂とを混合する工程と、前記光硬化性樹脂と前記第1材料の粉末との混合物から光造形法により前記混合物の構造体を得る工程と、前記混合物の構造体内で、前記第1材料を焼結させるとともに前記光硬化性樹脂を除去して、前記第1材料の焼結構造体を得る工程と、前記第1材料の焼結構造体を収容する型内に、第2材料の粉末を含むスラリーを注入する工程と、前記型内で、前記第1材料の焼結温度以下で前記第2材料を焼結させて、前記第2材料の焼結構造体と前記第1材料の焼結構造体とが3次元に周期的に配置された複合構造体を得る工程により製造する。   (1) The composite structure of the present invention includes a step of mixing a powder of a first material that is transparent to ultraviolet light and a photocurable resin, and a powder of the photocurable resin and the first material. Obtaining the structure of the mixture from the mixture by stereolithography, sintering the first material and removing the photocurable resin in the structure of the mixture, and firing the first material. A step of obtaining a bonded structure, a step of injecting a slurry containing a powder of the second material into a mold containing the sintered structure of the first material, and a sintering of the first material in the mold. Sintering the second material at a temperature lower than the temperature to obtain a composite structure in which the sintered structure of the second material and the sintered structure of the first material are periodically arranged in three dimensions To manufacture.

(2)この発明の複合構造体の前記第2材料は、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムのうちいずれかを含む。   (2) The second material of the composite structure of the present invention includes any of titanium oxide, barium titanate, strontium titanate, and calcium titanate.

(3)この発明の複合構造体の前記第1材料は、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、石英ガラス、酸化ハフニウムのうちいずれかを含む。   (3) The first material of the composite structure of the present invention includes any one of alumina, zirconium oxide, magnesium oxide, quartz glass, and hafnium oxide.

(4)この発明の複合構造体の前記第2材料の粉末を含むスラリーは、有機バインダーを含有しないスラリーである。   (4) The slurry containing the powder of the second material of the composite structure of the present invention is a slurry containing no organic binder.

(1)紫外線に対して透光性のある第1材料の粉末を光硬化性樹脂に混練すると、その混合物は紫外線を透過する。したがって第1材料の粉末と光硬化性樹脂との混合物から光造形法により混合物の構造体を作成することが可能である。   (1) When a powder of a first material that is transparent to ultraviolet rays is kneaded with a photocurable resin, the mixture transmits ultraviolet rays. Therefore, it is possible to create a structure of the mixture from the mixture of the powder of the first material and the photocurable resin by an optical modeling method.

その混合物の構造体に対して加熱処理を行うことで、光硬化性樹脂を燃焼、除去するとともに第1材料を焼結させる。したがって、光硬化性樹脂を含まない第1材料の焼結構造体を得ることができる。   By heat-treating the structure of the mixture, the photocurable resin is burned and removed, and the first material is sintered. Therefore, a sintered structure of the first material that does not contain a photocurable resin can be obtained.

さらに、この第1材料の焼結構造体を収容した型内に、第2材料の粉末を含むスラリーを注入し、そのスラリーと第1材料の焼結構造体とを収容した型内で、第2材料を焼結させる。これにより、上記型内の第1材料の焼結構造体以外の空間に第2材料による焼結構造体を設けることができる。   Further, a slurry containing the powder of the second material is injected into the mold containing the sintered structure of the first material, and the first material is sintered in the mold containing the slurry and the sintered structure of the first material. Sinter the two materials. Thereby, the sintered structure by the second material can be provided in a space other than the sintered structure of the first material in the mold.

この第2材料の焼結工程では第1材料の焼結温度以下で第2材料を焼結させるが、このような温度では第1材料の焼結構造体に熱変形が殆んど生じない。したがって、この第1材料の焼結構造体を型として焼結される第2材料の焼結構造体の形状精度を高めることができる。   In the second material sintering step, the second material is sintered at a temperature equal to or lower than the sintering temperature of the first material. However, at such a temperature, almost no thermal deformation occurs in the sintered structure of the first material. Therefore, the shape accuracy of the sintered structure of the second material that is sintered using the sintered structure of the first material as a mold can be increased.

このようにして、第1材料の焼結構造体と第2材料の焼結構造体それぞれに樹脂を含まない複合構造体が構成できる。この複合構造体は樹脂を含まないフォトニック結晶であり、各焼結構造体の誘電率のコントラストが大きなものとなる。また、各焼結構造体を精度よく製造できるため、結晶構造に従った電磁波伝搬特性を顕著化できる。   In this way, a composite structure that does not include a resin can be formed in each of the sintered structure of the first material and the sintered structure of the second material. This composite structure is a photonic crystal containing no resin, and the contrast of the dielectric constant of each sintered structure is large. Moreover, since each sintered structure can be manufactured with high accuracy, the electromagnetic wave propagation characteristics according to the crystal structure can be made remarkable.

(2)前記第2材料は、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムのうちいずれかを含む。これらの材料は、誘電率が極めて高く、また、焼結によっても誘電損失が大きくならないものである。したがってこのような材料を用いることで、誘電率が極めて高い第2材料の焼結構造体が得られ、電磁波伝搬特性を顕著化した複合構造体が得られる。なお、第2材料として酸化チタンを用いれば、使用の対象となるミリ波帯又はテラヘルツ帯の高周波帯域において、他の酸化チタン化合物の場合よりも誘電率がさらに高い第2材料の焼結構造体が得られ、結晶構造に従った伝搬特性をさらに顕著化した複合構造体が得られる。   (2) The second material contains any one of titanium oxide, barium titanate, strontium titanate, and calcium titanate. These materials have extremely high dielectric constants, and dielectric loss does not increase even when sintered. Therefore, by using such a material, a sintered structure of the second material having a very high dielectric constant can be obtained, and a composite structure having remarkable electromagnetic wave propagation characteristics can be obtained. If titanium oxide is used as the second material, the sintered structure of the second material having a higher dielectric constant than that of other titanium oxide compounds in the high frequency band of the millimeter wave band or terahertz band to be used. And a composite structure in which the propagation characteristic according to the crystal structure is further remarkable is obtained.

(3)前記第1材料は、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、石英ガラス、酸化ハフニウムのうちいずれかを含む。これらの材料は、紫外線に対する透光性を有する。また、光硬化性樹脂の消失温度や第2材料(例えば酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムなど)の焼結温度よりも高い焼結温度特性を有する。また、第2材料よりも低い誘電率を有する。また、第2材料に殆んど反応しない材料である。また、焼結により誘電損失が大きくならない材料である。したがって、電磁波伝搬特性をさらに顕著化した複合構造体が得られる。   (3) The first material includes any of alumina, zirconium oxide, magnesium oxide, quartz glass, and hafnium oxide. These materials have translucency with respect to ultraviolet rays. Moreover, it has a sintering temperature characteristic higher than the disappearance temperature of the photocurable resin and the sintering temperature of the second material (for example, titanium oxide, barium titanate, strontium titanate, calcium titanate, etc.). Also, it has a lower dielectric constant than the second material. Further, the material hardly reacts with the second material. In addition, the material does not increase dielectric loss due to sintering. Therefore, a composite structure with more remarkable electromagnetic wave propagation characteristics can be obtained.

(4)前記第2材料を含むスラリーは、有機バインダーを含有しないスラリーであることが望ましい。このスラリーを用いれば、第2材料を焼結する際に、有機バインダー、およびその炭素成分が残留することがない。また、有機バインダーには加熱による大きな収縮を引き起こす性質があるが、有機バインダーを用いないことで、収縮を小さなものにでき、高精度な結晶構造が得られる。したがって、電磁波伝搬特性をさらに顕著化した複合構造体が得られる。 (4) The slurry containing the second material is preferably a slurry containing no organic binder. When this slurry is used, the organic binder and its carbon component do not remain when the second material is sintered. In addition, the organic binder has the property of causing large shrinkage due to heating, but by not using the organic binder, the shrinkage can be reduced and a highly accurate crystal structure can be obtained. Therefore, a composite structure with more remarkable electromagnetic wave propagation characteristics can be obtained.

この発明の複合構造体の製造方法について図2を参照して説明する。
図2は、複合構造体を製造する各工程の一部での構造体の外観を図示したものである。
The manufacturing method of the composite structure of this invention is demonstrated with reference to FIG.
FIG. 2 illustrates the appearance of the structure in a part of each process for manufacturing the composite structure.

この複合構造体の製造の手順は次のとおりである。
平均粒径10μmで比重4.0の球状アルミナからなるアルミナ粉末(第1材料の粉末)64gに対して比重1.1の光硬化性樹脂13gを加え、撹拌脱泡装置に入れて10分間撹拌脱泡して、アルミナ粉末の含有率約57.5vol%のアルミナ混合光造形用樹脂を得る。なお、用いるアルミナ粉末の粒度によって、酸化チタンの焼結時の型としての精度が定まるので、得るべき複合構造体の精度に応じてアルミナ粉末の粒径を定めることが望ましい。例えば空隙部分の内径が1〜10mm程度の複合構造体を製造する場合には数10μm以下の粒径とすることが望ましい。
The procedure for manufacturing this composite structure is as follows.
13 g of a photocurable resin having a specific gravity of 1.1 is added to 64 g of alumina powder (first material powder) made of spherical alumina having an average particle size of 10 μm and a specific gravity of 4.0, and the mixture is stirred for 10 minutes in a stirring deaerator. By defoaming, an alumina mixed stereolithography resin having an alumina powder content of about 57.5 vol% is obtained. In addition, since the precision as a type | mold at the time of sintering of a titanium oxide is decided by the particle size of the alumina powder to be used, it is desirable to determine the particle diameter of an alumina powder according to the precision of the composite structure to be obtained. For example, when a composite structure having an inner diameter of the gap portion of about 1 to 10 mm is manufactured, the particle size is preferably several tens of μm or less.

次に、平均粒径1.5μmの酸化チタン粉末(第2材料の粉末)、水、および分散剤を、粉末100g、水14g、分散剤1gの割合で混ぜ、ボールミルにより24時間粉砕、分散混合し、真空脱泡処理をしてエマルジョンスラリーを得る。この第2材料の粉末を含むスラリーは有機バインダーを含まないスラリーである。   Next, titanium oxide powder (second material powder) having an average particle diameter of 1.5 μm, water, and a dispersing agent are mixed at a ratio of 100 g of powder, 14 g of water, and 1 g of dispersing agent, and pulverized and dispersed and mixed for 24 hours by a ball mill. And vacuum defoaming to obtain an emulsion slurry. The slurry containing the powder of the second material is a slurry containing no organic binder.

次に、アルミナ混合光造形用樹脂を用い、光造形装置によって図2(a)に示すアルミナ混合光造形用樹脂構造体1を作成する。なお、このアルミナ混合光造形用樹脂構造体1の形状および寸法はCADにより設計されたものであり、例えば半径1mmφで3mm高さの柱で構成されたテトラポット状の空隙を複数、3次元的、且つ周期的に配置したダイヤモンド型の結晶構造を有するものである。なお、この結晶構造はどのようなものでもよく、求める電磁波通過特性に応じて定める。   Next, an alumina mixed optical modeling resin structure 1 shown in FIG. 2A is created by an optical modeling apparatus using an alumina mixed optical modeling resin. The shape and dimensions of the alumina mixed stereolithography resin structure 1 are designed by CAD. For example, a plurality of tetrapot-like voids each having a radius of 1 mmφ and a height of 3 mm are provided in a three-dimensional manner. And having a diamond-type crystal structure arranged periodically. This crystal structure may be any structure and is determined according to the required electromagnetic wave transmission characteristics.

次に、このアルミナ混合光造形用樹脂構造体1を加圧脱脂炉に入れて脱脂処理する。まず、炉内に気圧0.5MPaに加圧した窒素を充填する。そしてアルミナ混合光造形用樹脂構造体1を炉内で380℃まで加熱する。これにより、光硬化性樹脂の樹脂成分を酸化(燃焼・気化)して除去(消失)する。次に、この構造体を焼結炉に移し焼結処理する。焼結炉に流量1リットル/minで空気を供給しながら構造体を1700℃まで加熱し、1700℃になってから2時間、温度を維持する。これによりアルミナ粉末の焼結を行う。このようにしてアルミナ混合光造形用樹脂構造体1からアルミナ焼結構造体(第1材料の焼結構造体)2を得る。なお、アルミナは融点が2000℃程度であって、その粉末は1700℃程度で焼結する高温焼結材料である。この焼結温度は、アルミナ粉末の焼結条件を最も左右するが、焼結温度以外に焼結雰囲気や粒径、アルミナの含有率も関係がある。例えばアルミナの純度が高くなる程、焼結に要する温度が高くなる。逆にアルミナの純度が低くなる程、焼結に要する温度が低くなる。したがって、後述する酸化チタンの焼結を高温で行う場合には高純度アルミナを用いることが望ましい。一方、酸化チタンの焼結を低温で行う場合には低純度アルミナを用いることが望ましい。   Next, this alumina mixed stereolithographic resin structure 1 is put into a pressure degreasing furnace and degreased. First, the furnace is filled with nitrogen pressurized to a pressure of 0.5 MPa. Then, the alumina mixed optical modeling resin structure 1 is heated to 380 ° C. in a furnace. Thereby, the resin component of the photocurable resin is removed (disappeared) by oxidation (combustion / vaporization). Next, this structure is transferred to a sintering furnace and sintered. The structure is heated to 1700 ° C. while air is supplied to the sintering furnace at a flow rate of 1 liter / min, and the temperature is maintained for 2 hours after reaching 1700 ° C. Thereby, the alumina powder is sintered. In this way, an alumina sintered structure (sintered structure of the first material) 2 is obtained from the alumina mixed optical modeling resin structure 1. Alumina has a melting point of about 2000 ° C., and its powder is a high-temperature sintered material that is sintered at about 1700 ° C. This sintering temperature has the most influence on the sintering conditions of the alumina powder. In addition to the sintering temperature, the sintering atmosphere, particle size, and alumina content are also related. For example, the higher the purity of alumina, the higher the temperature required for sintering. Conversely, the lower the purity of alumina, the lower the temperature required for sintering. Therefore, it is desirable to use high-purity alumina when sintering titanium oxide described later at a high temperature. On the other hand, when sintering titanium oxide at a low temperature, it is desirable to use low-purity alumina.

次に、図2(b)に示すように、アルミナ焼結構造体2をアルミナ製または樹脂製の外枠3の内部に入れ、外枠内で且つアルミナ焼結構造体2の空隙部分内に脱水成形機で前記エマルジョンスラリーを含浸させる。このエマルジョンスラリーを含浸させたアルミナ焼結構造体2を乾燥させて図2(c)に示す酸化チタン注入体4を構成する。このエマルジョンスラリーには、分散剤以外の有機バインダーが含まれないため、酸化チタン注入体4に有機バインダーが含有されることが無く、酸化チタン注入体4の酸化チタン含有率が高まる。   Next, as shown in FIG. 2 (b), the alumina sintered structure 2 is put inside the outer frame 3 made of alumina or resin, and inside the outer frame and in the void portion of the alumina sintered structure 2. The emulsion slurry is impregnated with a dehydration molding machine. The alumina sintered structure 2 impregnated with the emulsion slurry is dried to form a titanium oxide injection body 4 shown in FIG. Since this emulsion slurry does not contain an organic binder other than the dispersant, the titanium oxide injector 4 does not contain an organic binder, and the titanium oxide content of the titanium oxide injector 4 is increased.

次に、乾燥させた酸化チタン注入体4を外枠3から取り出し、電気炉に投入し、大気中雰囲気で350℃4時間の加熱の後、さらに700℃で4時間加熱し、脱脂を行う。これにより、分散剤成分を酸化(燃焼・気化)して除去(消失)する。なお、この工程により樹脂の残留炭素もほとんど除去できる。続いて、1250℃で4時間本焼成を行う。これにより酸化チタンが焼結し、第2材料の焼結構造体が得られる。なお、アルミナは、1250℃程度では殆んど熱変形が生じない。また、酸化チタンとアルミナは1250℃程度では反応しない。   Next, the dried titanium oxide injection body 4 is taken out from the outer frame 3, put into an electric furnace, heated at 350 ° C. for 4 hours in an air atmosphere, and further heated at 700 ° C. for 4 hours to perform degreasing. As a result, the dispersant component is oxidized (combusted and vaporized) and removed (disappeared). This process can also remove most of the residual carbon of the resin. Subsequently, main baking is performed at 1250 ° C. for 4 hours. Thereby, the titanium oxide is sintered, and a sintered structure of the second material is obtained. Alumina hardly undergoes thermal deformation at about 1250 ° C. Titanium oxide and alumina do not react at about 1250 ° C.

以上の工程により、図2の(d)に示すようにアルミナ焼結構造体2と酸化チタン焼結構造体5を組み合わせた複合構造体を得る。このような方法により製造した複合構造体は誘電率のコントラストを所望のものにでき、結晶構造に起因する電磁波伝搬特性を所望の強さにすることができる。また空隙部分が無く雰囲気による影響を受けにくいものである。   Through the above steps, a composite structure obtained by combining the alumina sintered structure 2 and the titanium oxide sintered structure 5 is obtained as shown in FIG. The composite structure manufactured by such a method can have a desired dielectric constant contrast, and can have a desired strength of electromagnetic wave propagation characteristics due to the crystal structure. Further, there is no void portion and it is difficult to be influenced by the atmosphere.

なお、以上に示した実施形態では第2材料として酸化チタンを用いたが、その他にチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムなどの酸化チタン化合物を用いて、本発明の複合構造体を製造、および構成することができる。   In the embodiment described above, titanium oxide is used as the second material. In addition, the composite structure of the present invention is manufactured using a titanium oxide compound such as barium titanate, strontium titanate, or calcium titanate. And can be configured.

また、第1材料としてアルミナを用いたが、その他に酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、石英ガラス、酸化ハフニウムを用いて、本発明の複合構造体を製造、および構成することができる。   Further, although alumina is used as the first material, the composite structure of the present invention can be manufactured and configured by using zirconium oxide, magnesium oxide, quartz glass, and hafnium oxide.

なお、発明者らは、以上のようにして製作したアルミナと酸化チタンによる複合構造体の、フォトニック結晶としての電磁波透過特性について実験を行った。以下に示す実験に用いたのは、上記製造方法により製造したアルミナと酸化チタンによる格子定数7mmのダイヤモンド構造の複合構造体と、比較対象として従来手法で製造したアルミナのみによる格子定数7mmのダイヤモンド構造の3次元構造体である。   The inventors conducted experiments on electromagnetic wave transmission characteristics as a photonic crystal of the composite structure of alumina and titanium oxide manufactured as described above. The following experiments were used: a composite structure of a diamond structure having a lattice constant of 7 mm made of alumina and titanium oxide produced by the above production method, and a diamond structure having a lattice constant of 7 mm made only of alumina produced by a conventional method as a comparison object. This is a three-dimensional structure.

図3(A)にアルミナ−酸化チタン複合構造体の電磁波通過特性を、図3(B)にアルミナ3次元構造体の電磁波通過特性を示す。図の縦軸は減衰量を、横軸には周波数を表している。   FIG. 3A shows the electromagnetic wave transmission characteristics of the alumina-titanium oxide composite structure, and FIG. 3B shows the electromagnetic wave transmission characteristics of the alumina three-dimensional structure. In the figure, the vertical axis represents attenuation, and the horizontal axis represents frequency.

本発明のアルミナ−酸化チタン複合構造体の場合、約0.6GHzの低周波から約7GHzの高周波まで10dBを超える遮断性能を、また、約1.2GHzの低周波から約6GHzの高周波まで30dBを超える遮断性能を示した。一方、従来のアルミナ3次元構造体の場合、約2.0GHzの低周波から約6.5GHzの高周波まで10dBを超える遮断性能を示したが、30dBを超える遮断性能を安定して得ることができなかった。   In the case of the alumina-titanium oxide composite structure of the present invention, a cutoff performance exceeding 10 dB from a low frequency of about 0.6 GHz to a high frequency of about 7 GHz, and 30 dB from a low frequency of about 1.2 GHz to a high frequency of about 6 GHz. Exceeded the blocking performance. On the other hand, in the case of the conventional alumina three-dimensional structure, the cutoff performance exceeding 10 dB was shown from the low frequency of about 2.0 GHz to the high frequency of about 6.5 GHz, but the cutoff performance exceeding 30 dB can be stably obtained. There wasn't.

このように、本発明のアルミナ−酸化チタン複合構造体は、誘電率の極めて高い酸化チタンによる高誘電率3次元構造体と、比較的誘電率の低いアルミナの3次元構造体とによって、大きな誘電率のコントラストを実現するものである。この構成は、結晶構造に起因して生じる電磁波伝搬特性、ここでは、電磁波遮断性能を顕著化し、より広い周波数帯に対して、従来よりも強い電磁波通過特性を示すものである。   As described above, the alumina-titanium oxide composite structure of the present invention has a high dielectric constant due to the high dielectric constant three-dimensional structure made of titanium oxide having a very high dielectric constant and the alumina three-dimensional structure having a relatively low dielectric constant. This is to realize the contrast of rate. This configuration makes the electromagnetic wave propagation characteristics caused by the crystal structure, in this case, the electromagnetic wave blocking performance remarkable, and exhibits a stronger electromagnetic wave passage characteristic than before for a wider frequency band.

特許文献1に示されている複合構造体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the composite structure shown by patent document 1. FIG. この発明の実施形態に係る複合構造体を製造する工程の一部での構造体の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the structure in a part of process of manufacturing the composite structure which concerns on embodiment of this invention. この発明の複合構造体と従来の3次元構造体それぞれの実験結果の電磁波遮断特性を示す図である。It is a figure which shows the electromagnetic wave shielding characteristic of each experimental result of the composite structure of this invention, and the conventional three-dimensional structure.

符号の説明Explanation of symbols

1−アルミナ混合光造形用樹脂構造体
2−アルミナ焼結構造体
3−外枠
4−酸化チタン注入体
5−酸化チタン焼結構造体
1-Alumina mixed optical modeling resin structure 2-alumina sintered structure 3-outer frame 4-titanium oxide injection body 5-titanium oxide sintered structure

Claims (4)

紫外線に対して透光性のある第1材料の粉末と、光硬化性樹脂とを混合する工程と、
前記光硬化性樹脂と前記第1材料の粉末との混合物から光造形法により前記混合物の構造体を得る工程と、
前記混合物の構造体内で、前記第1材料を焼結させるとともに前記光硬化性樹脂を除去して、前記第1材料の焼結構造体を得る工程と、
前記第1材料の焼結構造体を収容する型内に、第2材料の粉末を含むスラリーを注入する工程と、
前記型内で、前記第1材料の焼結温度以下で前記第2材料を焼結させて、前記第2材料の焼結構造体と前記第1材料の焼結構造体とが3次元に周期的に配置された複合構造体を得る工程と、を有する複合構造体の製造方法。
A step of mixing a powder of a first material that is transparent to ultraviolet rays and a photocurable resin;
Obtaining a structure of the mixture by stereolithography from a mixture of the photocurable resin and the powder of the first material;
In the structure of the mixture, sintering the first material and removing the photocurable resin to obtain a sintered structure of the first material;
Injecting slurry containing powder of the second material into a mold containing the sintered structure of the first material;
In the mold, the second material is sintered at a temperature equal to or lower than the sintering temperature of the first material, and the sintered structure of the second material and the sintered structure of the first material are periodically three-dimensionally. Obtaining a composite structure that is arranged in a mechanical manner.
前記第2材料は、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムのうちいずれかを含む請求項1に記載の複合構造体の製造方法。   The method for producing a composite structure according to claim 1, wherein the second material includes any one of titanium oxide, barium titanate, strontium titanate, and calcium titanate. 前記第1材料は、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、石英ガラス、酸化ハフニウムのうちいずれかを含む請求項1または2に記載の複合構造体の製造方法。   3. The method of manufacturing a composite structure according to claim 1, wherein the first material includes any one of alumina, zirconium oxide, magnesium oxide, quartz glass, and hafnium oxide. 前記第2材料の粉末を含むスラリーは、有機バインダーを含有しないスラリーである請求項1〜3のいずれかに記載の複合構造体の製造方法。   The method for producing a composite structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the slurry containing the powder of the second material is a slurry not containing an organic binder.
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