一种耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂及其制备方法。该微波吸收剂为由Fe、Co和Cr组成的三元片状纳米晶合金粉。其制备为：1)将含有Fe、Co和Cr三种元素的混合粉，在无氧条件下通过机械合金化法或者气雾化法进行合金化，得到合金粉；2)将步骤1)得到的合金粉进行搅磨，然后分离、真空干燥后即得耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂。该微波吸收剂可在空气氧化500℃热处理后保持物相与结构稳定，具备优良的耐高温氧化性能和在0.1

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及磁性吸波材料
，具体涉及一种耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]在微波远程探测技术飞速发展的今天，规避电磁波的探测并隐藏我方的电磁波特征信息决定着飞行器执行任务的成功率，因此，飞行器蒙皮上覆盖微波吸收材料是必不可少的。但在高速飞行中，由于气动发热与燃烧放热，飞行器各部位蒙皮的温度尤其是发动机、尾喷管处的甚至高达500℃，所以微波吸收材料在高温大气环境下维持正常的吸波性能的能力尤为重要。
[0003]微波吸收剂作为吸波材料中决定电磁性能的关键组分，可依据损耗机制的差别划分为电损耗型与磁损耗型微波吸收剂两种，电损耗型微波吸收剂主要可以分为碳系材料、陶瓷类材料与碳化硅及氮化硅等，这类材料因受到单一损耗机理的限制，表现出厚度大、吸收频带窄与介电频散不易调控等不足。磁损耗型微波吸收剂如金属微粉、铁氧体等材料，具有磁损耗与介电损耗双重损耗机制，因此可制备具有“薄、轻、宽、强”等优点的微波吸收剂，在吸波领域具有更大的应用前景。
[0004]目前，磁损耗型微波吸收剂在飞行器高温部位应用面临的最大挑战之一是高温氧化问题，在高温大气环境中，高温氧化会造成吸收剂的组分、结构与铁磁性能等发生一系列的改变。其一，随着温度的上升，原子热运动增强，原子磁矩的规则取向逐渐被破坏，磁畴逐渐瓦解，饱和磁化强度降低，磁性能恶化，进而损害吸波性能。比如铁氧体的居里温度为200-400℃，在高温环境下会发生铁磁-顺磁的转变，限制了其在高温领域下应用。其二，高温环境下的氧化会造成吸收剂组分的改变，磁损耗型吸收剂的组成元素大都化学性质活泼，在高温大气环境中易发生氧化失效，即反应生成顺磁性及亚铁磁性的氧化产物，减少吸收剂内单位质量的铁磁性物质含量，降低磁导率，造成吸波性能恶化。
[0005]针对磁损耗型微波吸收剂在高温大气环境中吸收性能变差的问题，研究者们分别从两个角度来解决吸收剂在高温大气环境下的应用问题，例如研究者们发展了表面包覆技术用以设计耐高温氧化吸收剂，例如Fe@SiO2(Physica B:Condensed Matter,2011,406(4):777-780.)和 Fe@Co(Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2015,393:445-451.)等，这类方法通过在吸收剂粒子表面形成稳定、连续的壳层以隔绝吸收剂与氧气间的接触，一般可提升吸收剂的起始氧化温度至300～350℃，但是由于壳层孔隙率较大，高温稳定性不佳故不能应用于更高的温度环境。除此之外，研究者们发展了将内核材料的表面部分氧化或磷化生成钝化膜的方法来获得耐高温氧化吸收剂，例如Fe@Fe3O4(Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2013,340:65-69.)和Fe@AlPO4(Applied Surface Science,2018,427:594-602.)等，这类方法一般能提升吸收剂的起始氧化温度至[300,400]℃，但因制备工艺复杂、易发生二次氧化，限制了其在高温环境进一步的应用，这些已有研究无法维持吸收剂在500℃甚至更高温的大气环境下正常的静磁性能与电磁性能，因
此吸波能力也会恶化。
[0006]因此，如何解决因高温氧化带来复磁导率的改变，造成吸波性能恶化的问题，已成为耐高温氧化吸波材料制备的一个技术难题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有的技术不足，提供一种耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂及其制备方法，该微波吸收剂可在空气氧化500℃热处理后保持物相与结构稳定，具备优良的耐高温氧化性能和在0.1-18GHz区间稳定的复磁导率，制备方法简易可控，有利于推广。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0009]一种耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂，是由Fe、Co和Cr组成的三元片状纳米晶合金粉。
[0010]按上述方案，所述微波吸收剂纳米晶尺寸为5～50nm。
[0011]按上述方案，所述微波吸收剂中，Cr质量百分数为10％～50％，优选为15～30％，更优选为15-20％；Co和Fe的质量比为1:(0.1～200)，优选为1:(0.1～10)，更优选为1:(0.5～2)。
[0012]提供一种耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0013]1)将含有Fe、Co和Cr三种元素的混合粉，在无氧条件下通过机械合金化法或者气雾化法进行合金化，得到合金粉；
[0014]2)将步骤1)得到的合金粉进行搅磨，然后分离、真空干燥后即得耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂。
[0015]按上述方案，含有Fe、Co和Cr三种元素的混合粉为Fe、Co、Cr混合粉或FeCo、Cr 混合粉。
[0016]按上述方案，所述步骤1)中机械合金化法采用高能球磨工艺，球磨速度为300～500rpm，球磨时间为5～120h，优选球磨时间为80～100h。
[0017]按上述方案，高能球磨工艺中，球料比为(20～40):1，球磨分散剂为环己烷，混合粉与球磨分散剂的质量比为1：(0.4～0.8)，无氧条件下球磨，球磨结束后球料分离并用无水乙醇清洗，然后置于真空干燥箱中40～80℃温度下干燥1～20h得到合金粉。
[0018]按上述方案，所述步骤1)中气雾化法采用真空熔炼紧耦合气雾化工艺，熔炼环境为真空，雾化法制备时用惰性气体保护。
[0019]按上述方案，所述步骤2)中，搅磨频率为5～15Hz，搅磨时长为5～25h。
[0020]按上述方案，搅磨工艺中，球料比为(20～80):1；搅磨分散剂为无水乙醇，合金粉与搅磨分散剂的质量比为1：(10～15)；搅磨结束后，将磨球与浆料用筛网分离，并用磁选法分离粉料与无水乙醇，然后置于真空干燥箱中40～80℃温度下干燥1～20h。
[0021]按上述方案，步骤1)中含有Fe、Co和Cr三种元素的混合粉中，Cr质量百分数为 10％～50％，优选为15～30％，更优选为15-20％；Co和Fe的质量比为1:(0.1～200)，优选为 1:(0.1～10)，更优选为1:(0.5～2)。
[0022]本专利技术提供的片状纳米晶微波吸收剂为FeCoCr三元纳米晶合金粉，纳米晶晶粒尺寸小，晶粒间的强交换耦合作用使得吸收剂具有较高的起始磁导率与较低的矫顽力；Co原
子的加入能显著的提高粒子的居里温度，增强微波吸收剂的高温磁稳定性。同时，微波吸收剂中具有更低氧化反应活化能的Cr原子会通过纳米晶结构内大量存在的晶界作为传质的快速通道，与Fe和Co两种元素共同在吸收剂粒子表面与氧气反应形成致密的氧化膜，有效阻碍氧原子的扩散，提升吸收剂的耐高温氧化性。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024]1.本专利技术提供的耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂，为由Fe、Co和Cr组成的三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂，其特征在于，所述是微波吸收剂为由Fe、Co和Cr组成的三元片状纳米晶合金粉。2.根据权利要求1所述的耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂，其特征在于，所述微波吸收剂纳米晶尺寸为5～50nm。3.根据权利要求1所述的耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂，其特征在于，所述微波吸收剂中，Cr质量百分数为10％～50％，Co和Fe的质量比为1:(0.1～200)。4.根据权利要求3所述的耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂，其特征在于，所述微波吸收剂中，Cr的质量百分数为15～30％，Co和Fe的质量比为1:(0.1～10)。5.一种权利要求1-4任一项所述的耐高温氧化片状纳米晶微波吸收剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1)将含有Fe、Co和Cr三种元素的混合粉，在无氧条件下通过机械合金化法或者气雾化法进行合金化，得到合金粉；2)将步骤1)得到的合金粉进行搅磨，然后分...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵素玲，黄凌宇，陈志宏，陈涛，官建国，李维，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：