一种具有替代原子调制特性的电磁波吸收材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有替代原子调制特性的电磁波吸收材料及其制备方法。该电磁波吸收材料的通式为R

【技术实现步骤摘要】
一种具有替代原子调制特性的电磁波吸收材料及其制备方法
本专利技术涉及一种电磁波吸收材料，特别涉及利用原子(Si,R等)替代方法对材料特性加以精确调制以后，专门适用于在高于1G赫兹频段的高频、宽频带环境要求下工作的电磁波材料，其中R为稀土元素Y、Ce、Nd、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Lu。
技术介绍
随着现代社会人们对电磁波的应用领域、使用频段的不断扩展和提高，以对电磁波的辐射防护和能量吸收为目的，开发新型、高效的电磁波吸收材料(简称吸波材料)，成为研究人员日益紧迫的挑战。从民用方面的电磁污染治理、电磁辐射防护；到军事应用方面，针对雷达信号的隐身技术；以及在科研领域，为精密测试、保密研发开展的电磁屏蔽与防护，都迫切需要的相关工程材料、结构材料、仪器配件等本身或其表面层材质，具有电磁波吸收特性。从而保证人员和仪器不被干扰和损害，或是在军事对抗中通过电子“隐身”占领先机。目前广泛使用的磁性吸波材料是铁氧体材料。“Broadbandandthinmicrowaveabsorberofnickel-zincferrite/carbonyliron”(JournalofAlloysandCompounds487(2009)708-711)公开了铁氧体和金属颗粒的吸波复合材料；“DependenceofMicrowaveAbsorbingPropertyonFerriteVolumeFractioninMnZnFerrite-RubberComposites”(D.Y.Kim，Y.C.Chung，T.W.Kang，andH.C.KimIEEETRANSACTIONSONMAGNETICS，VOL32，NO2，MARCH1996)公开了铁氧体的电磁波吸波材料。然而，铁氧体材料的饱和磁化强度较低，受到Snoek极限限制，难以获得更高共振频率与磁导率。稀土—过渡族金属间化合物中的长期被作为缺乏研究前途的基面磁晶各向异性材料在高频电磁波吸收领域近期成为研究热点。科技论文[1-3]报导了Nd(Fe1-xCox)10V2、Sm2Fe14B、Ce2Fe17Nx吸波材料([1]X.Liu,Q.Liang,F.S.Li,J.Phys.D:43,165004(2010).[2]R.Han,H.B.Yi,J.Q.Wei,L.Qiao,Appl.Phys.A108,665(2012).[3]L.Z.Li,J.Z.Wei,Y.H.Xia,R.Wu,C.Yun,Y.B.Yang,W.Y.Yang,H.L.Du,J.Z.Han,S.Q.Liu,Y.C.Yang,C.S.Wang,J.B.Yang,Appl.Phys.Lett.105,022902(2014).)。中国专利技术专利201010230672.3公开了平面型2:17稀土-过渡族金属间化合物电磁波吸收材料，材料的易磁化方向与C轴垂直。中国专利技术专利201010230671.9公开了由稀土元素和铁氮构成的2∶17相的材料，材料通式为R2Fe17N3。这些工作的吸波材料相对于铁氧体材料来说都有了显著的性能改善。但现有的稀土—过渡族金属间化合物吸波材料与相应技术在以下一个或几个方面仍存在不足之处：1.最佳工作频率偏低，尤其是在4GHz以上的频段，难以达到有效吸收强度；2.工作频段范围窄，尤其是能够达到有效吸收率(<-10dB)的带宽范围偏小；3.制作工艺复杂，尤其是需要做氮化处理的材料；4.稳定性较差，经过氮化处理的材料，在经历高温后会分解，从而失去应有的吸波性能。这些情况使得现有的稀土—过渡族金属间化合物吸波材料在一些特殊应用领域仍面临较大困难。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术的目的在于提供一种电磁波吸收材料及其制备方法。该材料可以在较薄匹配厚度对1GHz以上高频电磁波具有显著较强的吸收能力；并且利用本专利技术提供的材料组分和制备方法，能够实现精确调制最佳工作频率的特性。具体地，本专利技术通过适当的轻重稀土元素配比与适当的Fe、Si元素配比制成合金，可以实现材料易磁化方向在基面内连续转动，调制轴向各向异性与基面内各向异性、饱和磁化强度、居里温度以及材料的电导率和磁导率，从而满足实际吸波工作环境需要的技术指标。本专利技术的电磁波吸收材料的通式为R2-x(Fe,Si)17+2x(x≥0)，通式中R为稀土元素Y、Ce、Nd、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu中的任一种或多种的任意组合，括号中Fe元素与Si元素成互相替代关系。根据需要，Si与Fe的原子比例一般在0:1至1:2之间。所述电磁波吸收材料是将稀土元素R与Fe、Si元素混合熔炼制成R2-x(Fe,Si)17+2x型合金坯，经退火处理后研磨制成电磁波吸收磁粉，最后将磁粉与绝缘材料按一定比例充分混合(混合质量比一般在1:1至6:1之间)，制成电磁波吸波材料。具体地，本专利技术的电磁波吸收材料制备过程为：1、将2-x重量份的稀土元素R(上述任一种或多种稀土的任意组合)原料和17+2x重量份的Fe、Si原料混合熔炼成铸锭；2、在保护气氛下，将铸锭进行退火处理；3、将退火处理后的合金破碎、研磨至亚微米级别(即颗粒至少在某一个维度上的尺寸小于1微米)，即得到可以作为吸收剂的材料。优选地，步骤2)在Ar气环境下进行退火热处理，退火处理的温度控制在900～1100℃，时间为2～5天。优选地，为了获得饱和磁化强度较高的吸波剂，稀土元素应以轻稀土为主。优选地，变化Fe与Si元素配比可以调制轴向与基面各向异性场，从而获得可调制的最优电磁波吸收频率。优选地，为了降低吸收剂电导率以增强电磁匹配、获得较宽频带并提高吸波剂在高频区域的吸波强度，可适当增加Si含量。本专利技术的有益效果是：本专利技术的电磁波吸收材料可以在较薄匹配厚度对1GHz以上高频电磁波具有显著较强的吸收能力；并且利用本专利技术提供的材料组分和制备方法，能够实现精确调制最佳工作频率的特性。附图说明图1为实施例1所制备复合材料不同厚度的电磁波反射损耗曲线。图2为实施例2所制备复合材料不同厚度的电磁波反射损耗曲线。图3为实施例3所制备复合材料不同厚度的电磁波反射损耗曲线。图4为实施例4所制备复合材料不同厚度的电磁波反射损耗曲线。图5为实施例5所制备四种复合材料的电磁频谱曲线。图6为实施例5所制备四种复合材料厚度为1.00毫米时的电磁波反射损耗曲线。图7为实施例1-5所制备8种合金磁粉XRD图谱。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术做进一步说明，但不以任何方式限制本专利技术的范围。实施例1：按Nd1.90Fe15.29Si1.91元素配比，制备具有完全平面各向异性的合金，1000℃热处理2天，破碎为粒径为50-100微米的粗粉。将得到的粉末进一步在汽油和助磨剂(油酸3％Vol)溶液中球磨12小时。球磨出料后沥去液体，烘干磁粉，磁粉与石蜡质量比1:1均匀混合，粘结压模成内径为3.04毫米，外径为7.00毫米的圆柱环，圆柱环厚度为3.00毫米。在安捷伦矢量网络分析仪上测量电磁性质。根据所测电磁参数，经计算可得到不同厚度(1.0mm，1.4mm，2.0mm，2.9mm，6mm)复合材料对应的电磁波反射损耗曲线，如图1所示。实施例2：按Sm0.57Gd1.33Fe17.20元素配比，制备具有完全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁波吸收材料，其特征在于，其通式为R

【技术特征摘要】
1.一种电磁波吸收材料，其特征在于，其通式为R2-x(Fe,Si)17+2x，其中x≥0，R为稀土元素Y、Ce、Nd、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu中的任一种或多种的任意组合，Fe元素与Si元素成互相替代关系。2.如权利要求1所述的电磁波吸收材料，其特征在于，将所述稀土元素R与Fe、Si元素混合熔炼制成R2-xFe17+2x型合金坯，经退火处理后研磨制成电磁波吸收磁粉，与绝缘材料按一定比例充分混合，即得到所述电磁波吸收材料。3.如权利要求1所述的电磁波吸收材料，其特征在于，所述电磁波吸收材料为满足所述通式中的一种或多种的混合物。4.一种制备权利要求1所述电磁波吸收材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将2-x重量份的稀土元素R原料和1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金波，杨文云，刘顺荃，王常生，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11