CN101886330B

CN101886330B - Fe-Co磁性合金镀层碳纤维及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN101886330B
Application number: CN2010101960221A
Authority: CN
Inventors: 万怡灶; 王雷
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: CN101886330A

Abstract

本发明涉及一种Fe-Co磁性合金镀层碳纤维及其制备方法和应用。以高纯金属板为阳极，高温、强酸氧化后的连续碳纤维为阴极，铁和钴的硫酸盐作为主盐。其制备方法是在恒温电磁搅拌条件下进行电镀，镀层厚度通过施镀温度和时间来控制。本发明提供的磁性碳纤维具有均匀、致密的磁性镀层，镀层厚度约为0.5-1.5μm，磁性镀层成分为Co₃Fe₇。该磁性碳纤维的制备工艺简单，生产效率高，磁性能优异，有望作为具有高力学性能、低密度的新型吸波材料。

Description

Fe-Co磁性合金镀层碳纤维及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于电磁波吸收材料领域，特别涉及一种Fe-Co磁性合金镀层碳纤维及其制备方法和应用。

背景技术

吸波技术包括涂层吸波和结构吸波。涂层吸波是指在表面涂覆具有吸波功能的涂料以达到吸波的目的；结构吸波则赋予材料隐身和承载的双重功能，可以代替表面蒙皮、减轻重量、简化工艺，同时也容易保持对环境的良好适应能力。碳纤维具有密度低，强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好等优良性能，可作为理想的结构吸波材料。从材料的吸波机理来看，要求材料具有高的电损耗和磁损耗，碳纤维本身不具有磁性，因此通过表面镀覆，即在其表面获得一层磁性镀层，是使碳纤维基吸波材料具备磁损耗性能的一种有效途径。Fe-Co合金作为软磁材料具有一系列优异的磁性能，如高饱和磁化强度、高起始磁导率和最大磁导率、磁滞伸缩小、居里温度高等。纳米铁钴粉体作为一种频带宽、高衰减、耐高温的吸波材料已经得到了科研工作者的广泛研究。因此，通过在碳纤维表面镀覆一层Fe-Co磁性合金，有望得到新型高效的吸波材料。

目前碳纤维表面金属化大致分为物理方法和化学方法两大类：(1)物理方法，包括溅射法、离子镀膜法、金属粉末喷涂和金属涂敷等。(2)化学法，主要为化学镀或电镀。电镀法具有设备简单、成本低、可连续生产等特点，是一种有良好应用前景的方法。文献中已有大量碳纤维表面电镀Ni、Cu、Fe等单一金属的研究，镀Ni碳纤维已经在电磁屏蔽领域获得实际应用。合金镀层较之于单一金属镀层具有更多优异的物理、化学和力学机械性能，因而得到广泛研究与应用，但是有关碳纤维表面电镀功能合金镀层的研究较少，所以，碳纤维表面电镀Fe-Co磁性合金镀层具有重要的研究和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供Fe-Co磁性合金镀层碳纤维及其制备方法和应用。它是通过电镀法在碳纤维表面沉积出均匀致密的Fe-Co合金磁性镀层的制备方法。本发明利用Fe和Co具有相近的标准电极电位的特点，在常用电镀装置上进行合金的电镀。工艺简单，生产效率高，适合大规模工业生产。

本发明提供的Fe-Co磁性合金镀层碳纤维是在连续碳纤维表面电沉积Fe-Co磁性合金镀层，镀层合金成分为Co₃Fe₇，镀层厚度为0.5-1.5μm。

连续碳纤维是聚丙烯腈基连续碳纤维、沥青或胶粘基连续碳纤维，碳纤维丝束包括1K、3K、6K、12K、24K及以上。

本发明提供的一种Fe-Co磁性合金镀层碳纤维的制备方法包括如下步骤：

1)将连续碳纤维在马弗炉中450～500℃下保温氧化15～20min，然后在体积分数为50％的硝酸溶液中浸泡1～2h。目的在于用强酸对碳纤维表面进行进一步氧化。

2)配置镀液，铁和钴两种盐浓度均为90～100g/L(硫酸盐)，硼酸浓度为30～40g/L，十六烷基硫酸钠浓度为0.1g/L(硼酸作为络合剂，十二烷基硫酸钠作为分散剂)，pH值用稀硫酸溶液调节至3～4。

3)以纯度为99.99％的金属板为阳极，碳纤维作为阴极，通入直流电流，电流0.5～1A，在20-60℃下搅拌，电镀时间5～10min。镀层厚度通过施镀时间进行控制。

4)将电镀完成的碳纤维用去离子水冲洗若干次，室温放置自然干燥。

所用阳极为纯铁板、钴板或者铁钴合金板。

本发明提供的Fe-Co磁性合金镀层碳纤维的应用，该材料用于结构吸波材料领域。

本发明提供的Fe-Co磁性合金镀层碳纤维是通过电镀法在碳纤维表面获得均匀致密的Fe-Co磁性合金镀层，使碳纤维在保持其原有性能的基础上，具有优良的磁性。与其他磁性吸波材料相比具有以下优点：

1.本发明获得磁性吸波材料的工艺简单，生产效率高，适合大规模工业生产。

2.碳纤维原有的优良性能未遭到损害，具有磁性镀层的碳纤维柔软性良好，可作为结构吸波材料，而传统上的磁性纳米粒子只能作为涂层吸波材料。

3.该磁性结构吸波材料密度低、强度高、磁性能优良，有望满足“薄、轻、宽、强”等方面的吸波性能要求。

附图说明

图1为镀覆Fe-Co合金磁性碳纤维的SEM照片，a、b为实例1，c、d为实例2。

图2为实例1、2磁性碳纤维的X射线衍射图。

图3为实例1、2磁性碳纤维常温下的磁滞回线。

实施例1、

将连续碳纤维在马弗炉中500℃下保温15min，然后在40ml体积分数为50％的硝酸溶液中浸泡1h氧化处理。配置镀液，两种主盐浓度均为90g/L，硼酸浓度为30g/L，十六烷基硫酸钠浓度为0.1g/L，pH值用质量分数为10％的稀硫酸溶液调节至3～4。电镀以纯度为99.99％的高纯铁板为阳极，氧化处理之后的碳纤维作为阴极，电流0.5A，室温下电磁搅拌，电镀时间5min。产物用去离子水反复冲洗，室温下自然干燥48h。

实施例2、

将连续碳纤维在马弗炉中500℃下保温15min，然后在40ml体积分数为50％的硝酸溶液中浸泡1h。配置镀液，两种主盐浓度均为90g/L，硼酸浓度为30g/L，十六烷基硫酸钠浓度为0.1g/L，pH值用质量分数为10％的稀硫酸溶液调节至3～4。电镀以纯度为99.99％的高纯铁板为阳极，氧化处理之后的碳纤维作为阴极，电流0.5A，50℃电磁搅拌，电镀时间5min。产物用去离子水反复冲洗，室温下自然干燥48h。

产物进行SEM、XRD和磁性能测试。

测试结果：图1为SEM形貌照片，图a、b为实例1，c、d为实例2，可以看出镀层均匀，致密，镀层厚度分别约为约为0.5和1.0μm。图2中XRD结果显示，镀层合金均为Co₃Fe₇，无其它杂质相。图3常温下磁滞回线显示镀层均为典型的铁磁性，饱和磁化强度Ms在室温和50℃分别为为31.53和49.65emu/g，表明产物具有良好磁性能。

Claims

1.一种Fe-Co磁性合金镀层碳纤维的制备方法，它是在连续碳纤维表面电沉积Fe-Co磁性合金镀层，其特征在于它包括如下步骤：

1)将连续碳纤维在马弗炉中450～500℃下保温氧化15～20min，然后在体积分数为50％的硝酸溶液中浸泡1～2h；

2)配置镀液，铁和钴两种盐浓度均为90～100g/L，硼酸浓度为30～40g/L，十六烷基硫酸钠浓度为0.1g/L，pH值用稀硫酸溶液调节至3～4；

3)以纯度为99.99％的金属板为阳极，碳纤维作为阴极，通入直流电流，电流0.5～1A，在20-60℃下搅拌，电镀时间5～10min；

4)将电镀完成的碳纤维用去离子水冲洗，室温放置自然干燥。

2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的镀层合金成分为Co₃Fe₇，镀层厚度为0.5-1.5μm。

3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的连续碳纤维是聚丙烯腈基连续碳纤维、沥青或胶粘基连续碳纤维。

4.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的阳极为纯铁板、钴板或者铁钴合金板。

5.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的碳纤维丝束包括1K、3K、6K、12K、24K及以上。