CN103014417B

CN103014417B - 一种(FeCo)B微波吸收材料

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Publication number: CN103014417B
Application number: CN201310018707.0A
Authority: CN
Inventors: 张深根; 田建军; 潘德安; 朱行欣
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2033-01-17
Also published as: CN103014417A

Abstract

一种新型(FeCo)B微波吸收材料，涉及一种应用于吸收电磁波的新材料及其制备方法。该(FeCo)B微波吸收材料Fe、Co、B各元素的质量分数分别为47.0~50.0%、50.0~53.0%、0.6~0.9%，各成分之和为100%，包括如下步骤：(1)利用真空感应熔炼，制备成分均匀的(FeCo)B合金锭；(2)采用熔体溢流法进行快淬制备薄带，冷却辊的线速度为30~50m/s，真空度为1~2×10^-3Pa，厚度小于15μm的薄带；(3)将薄带制成粒径为100~150μm的粉体，处理时间为0.1~0.2h；(4)将粉体进行机械研磨，球料比为40:1，球磨时间6~12h。本发明的优点：一种新型(FeCo)B微波吸收材料及其制备方法，在低频段2~8GHz具有较高的磁导率和磁损耗，具有800℃以上的居里温度，1.8mm厚的该材料在2~8GHz频段范围内具有最高-11.5dB的微波吸收性能，在高温低频段具有广泛的应用前景。

Description

一种(FeCo)B微波吸收材料

技术领域

本发明提供了一种新型(FeCo)B微波吸收材料，涉及一种应用于吸收电磁微波的新材料及其方法，在2～8GHz频段范围内具有优异的吸波性能，同时在高温范围内具有广泛的应用前景，属于微波吸收领域。

背景技术

随着现代科学技术尤其是电子工业技术的高速发展，电磁辐射也在不断充斥着人们的生活空间，造成了严重的电磁污染，引起世界各国的关注。在21世纪，电磁波污染将成为生态环境首屈一指的物理污染。在军事方面，随着雷达、毫米波、红外、激光、多光谱和声波等现代探测和制导技术大量应用于武器***中，使得武器的命中率提高了1～2个数量级。因此，隐身技术作为提高武器***隐身生存、突防、以及总体作战效能的有效手段，受到世界各军事大国的高度重视，并与激光武器、巡航导弹一起被称为军事科学上最新三大技术成就。吸波材料是隐身技术中的基础和关键，因此新型吸波材料的研制与开发应用更加受到各国的高度重视。现有技术中关于这方面的公开文献可以参考CN101232799A、CN102206081A、CN101329921A、CN1338760、CN102031446A。

从吸波机理上，吸波材料主要分为介电耗型和磁损耗型，主要包括铁氧体材料、导电磁性纤维、碳化硅、纳米晶材料、金属磁性微粉。介电损耗型材料如石墨、碳化硅等，具有高的介电常数和较大的介电损耗角，以介质的电子极化或界面衰减来吸收电磁波；磁损耗型材料如铁氧体、金属磁性微粉、纳米隐身材料，吸收机理主要为铁磁共振吸收，具有较大的磁损耗角，以涡流损耗、磁滞损耗、剩余损耗机制来衰减电磁波达到吸波的效果。

随着人们认识到微波吸收材料的重要性以后，人们就开始进行相关方面的研究与探索，形成了相关的技术和知识产权。

2008年7月30日李素芳、陈宗璋申请了中国发明专利“多波段电磁波吸收复合材料及其制备方法”(申请号200710303448.0)，公开了一种具有激光、红外、微波多波段电磁波吸收性能的石墨复合材料，在高频段8～18GHz具有比较优越的吸波性能，在10GHz时具有最大反射率-15dB。

2011年10月5日金海波、李丹等申请了中国发明专利“一种铝-氮共掺杂碳化硅吸波材料的制备方法”(申请号201110075328.6)，公开了一种提供铝-氮共掺杂碳化硅吸波材料的制备方法，能够提高碳化硅的浓度及导电性和微波损耗性能，生产周期短、设备及工艺简单，且可以实现可控掺杂。碳化硅是一种理想的新型高温吸波材料，具有密度小、耐高温、热稳定性高、耐磨损性好等优良性能，主要应用在高频段(8～18GHz)。

2008年12月24日张晏清、张雄申请了中国发明专利“用于电磁吸波的铁氧体-镍复合粉体及制备方法”(申请号200810041222.2)，公开了一种以金属镍粉为基体材料，采用化学方法在镍粉表面包覆铁氧体层获得铁氧体-金属镍复合粉体。铁氧体吸波材料在低频段(2～8GHz)具有优异的吸波性能，不足之处主要在于频带狭窄、密度大、居里温度低等。

2002年3月6日陈国梁申请了中国发明专利“介电性电磁吸收材料及其制造方法和应用”(申请号00121295.8)，公开了一种导电纤维以及炭粉、无机微空心球复合而成的介电性电磁吸波材料，通过介质的电子极化或界面衰减来吸收电磁波，将电磁波转变成热能。，主要应用在高频段(8～18GHz)。

2011年4月27日钱坤明、纪松等申请了中国发明专利“一种吸波材料的制备方法”(申请号201010619559.4)，公布了一种以单辊急冷的方法制备铁基纳米晶材料作为母材，将母材在氮气保护下进行纳米晶化、高速切削以及气流磨处理，得到微米级的纳米晶材料。采用该方法制备出来的吸波材料在2～5GHz具有不错的吸波性能，较铁氧体材料居里温度有所提高，但是还不能应用于高温范围。

由此可见，在吸波材料的研究上，传统的吸波材料的吸波性能主要集中在高频段8GHz以上，在低频段2～8GHz具有优异的吸波性能一直是微波吸收材料的技术难题。从目前的研究进展来看，在2～8GHz频段范围内的吸波材料主要以金属磁性微粉为主，金属磁性微粉微波吸收材料主要是通过磁滞损耗、涡流损耗来吸收衰减电磁波，具有居里温度高、饱和磁化强度高以及磁导率高的特点，有利于实现吸波材料的薄层化。在金属磁性微粉中，FeCo基磁性微粉在Fe基磁性微粉中具有最大的饱和原子磁矩，在Fe、Co原子比为1:1时具有最高的磁导率，居里温度能达到800℃以上，在高温低频段(2～8GHz)具有优异的吸波性能。

发明内容

本发明的目的是提出了一种在2～8GHz的频段范围内具有优异吸波性能的新型(FeCo)B微波吸收材料及其制备方法。

针对这一目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种新型(FeCo)B微波吸收材料，由Fe粉、Co粉以及FeB合金制成，所述材料中Fe、Co、B各元素的质量分数分别为47.0～50.0％、50.0～53.0％、0.6～0.9％，各成分之和为100％。

进一步的，所述新型(FeCo)B微波吸收材料的制备方法包括如下步骤：

(1)采用电工纯铁、电解钴和FeB合金为原料，进行真空感应熔炼，精炼温度为1500℃～1600℃，精炼时间3min～5min，浇铸得到成分均匀的(FeCo)B合金锭；

(2)采用熔体溢流法将(FeCo)B合金进行氩气保护快淬制备薄带，冷却辊的线速度30～50m/s，真空度为1～2×10^-3Pa，厚度小于15μm的薄带；

(3)将薄带制成粒径100μm～150μm的粉体，处理时间为0.1～0.2h；

(4)对粉体进行机械研磨，球料比为40:1，球磨时间6～12h，得到平均粒径为0.5μm～2μm的粉末。

进一步的，所述步骤(1)中采用电工纯铁、电解钴和FeB合金为原料，在高频真空感应炉中进行熔炼，真空感应炉采用MgO坩埚，熔炼前用纯Fe洗炉。

进一步的，所述步骤(2)中真空快淬采用LZK-12A型真空快淬炉，所述LZK-12A型真空快淬炉由真空室、料仓、自动给料、电极夹、水冷铜坩埚、坩埚倾倒机、钼质转轮及主轴、转轮罩、收料桶、真空机组、可控硅整流电源和控制器等12个主要部件构成，采用熔体溢流法在氩气保护下进行快淬，冷却辊的线速度为30～50m/s，真空度为1～2×10^-3Pa，制备出厚度小于15μm的薄带。

所述步骤(3)中快速压紧制粉是通过撞击力和摩擦力使薄带迅速制成粉体，可以减少后续的机械研磨时间。

所述步骤(4)中利用高能球磨机对粉体进行机械研磨，球磨机采用的是南京大学生产的QM-4SP3型行星式球磨机，球磨罐体积为2升，磨球为淬火不锈钢球，进一步的，湿法研磨的研磨介质(球磨的过程控制剂)为无水乙醇，无水乙醇的体积为球磨罐的三分之一，球磨机转速为300r/min，球料比为40:1，球磨时间为6～12h。

本发明的优点在于：一种新型(FeCo)B微波吸收材料及其制备方法，在低频段2～8GHz具有较高的磁导率和磁损耗，具有800℃以上的居里温度，1.8mm厚的该材料在2～8GHz频段范围内具有最高-11.5dB的微波吸收性能，在高温低频段具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施实例1制备所得材料的吸波性能与频率的关系；

图2为本发明实施实例2制备所得材料的吸波性能与频率的关系；

图3为本发明实施实例3制备所得材料的吸波性能与频率的关系；

图4为本发明实施实例4制备所得材料的吸波性能与频率的关系；

图5为本发明实施实例1制备所得材料的电镜示意图；

图6为本发明实施实例2制备所得材料的电镜示意图；

图7为本发明实施实例3制备所得材料的电镜示意图；

图8为本发明实施实例4制备所得材料的电镜示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

实施实例1

采用电工纯铁、电解钴和FeB合金为原料，Fe、Co、B的质量分数分别为47.4％、52.0％、0.60％。在高频真空感应炉中进行熔炼，真空感应炉采用MgO坩埚，熔炼前用纯Fe洗炉，精炼温度为1500℃～1600℃，精炼时间3min～5min，浇铸得到成分均匀的(FeCo)B合金锭；利用真空快淬炉，采用熔体溢流法将(FeCo)B合金在氩气保护下进行快淬制备薄带，冷却辊的线速度30m/s，真空度为1×10^-3Pa，制备出厚度小于15μm的薄带；利用快速压粉机将薄带制成粒径为100～150μm的粉体，处理时间为0.15h；利用高能球磨机对粉体进行机械研磨，球磨的过程控制剂为无水乙醇，无水乙醇的体积为球磨罐的三分之一，球磨机转速为300r/min，球料比为5:1，球磨时间为6h。

制备出来的粉体平均粒径在2μm左右，电镜照片如图5所示；将粉体样品与石蜡按质量比5:1加热混合均匀后，用模具压制成内径为3.04mm、外径7.0mm、厚度为2～4mm的同轴环试样在2～18GHz范围内进行电磁性能测试，利用所得的电磁参数模拟出厚度为1.8mm试样的吸波性能与频率的关系，如图1所示；试样在2GHz的反射率R＝–1.6dB，在8GHz的反射率R＝–8.4dB，最大反射率出现在5.8GHz，为–11.5dB。

实施实例2

采用电工纯铁、电解钴和FeB合金为原料，Fe、Co、B的质量分数分别为48.3％、51.0％、0.70％。在高频真空感应炉中进行熔炼，真空感应炉采用MgO坩埚，熔炼前用纯Fe洗炉，精炼温度为1500℃～1600℃，精炼时间3min～5min，浇铸得到成分均匀的(FeCo)B合金锭；利用真空快淬炉，采用熔体溢流法将(FeCo)B合金在氩气保护下进行快淬制备薄带，冷却辊的线速度40m/s，真空度为1×10^-3Pa，制备出厚度小于15μm的薄带；利用快速压粉机将薄带制成粒径为100～150μm的粉体，处理时间为0.15h；利用高能球磨机对粉体进行机械研磨，球磨的过程控制剂为无水乙醇，无水乙醇的体积为球磨罐的三分之一，球磨机转速为300r/min，球料比为20:1，球磨时间为8h。

制备出来的粉体平均粒径在1.5μm左右，电镜照片如图6所示；将粉体样品与石蜡按质量比5:1加热混合均匀后，用模具压制成内径为3.04mm、外径7.0mm、厚度为2～4mm的同轴环试样在2～18GHz范围内进行电磁性能测试，利用所得的电磁参数模拟出厚度为1.8mm试样的吸波性能与频率的关系，如图2所示；试样在2GHz的反射率R＝–3.5dB，在8GHz的反射率R＝–4.5dB，最大反射率出现在3.2GHz，为–7.2dB。

实施实例3

采用电工纯铁、电解钴和FeB合金为原料，Fe、Co、B的质量分数分别为49.2％、50.0％、0.80％。在高频真空感应炉中进行熔炼，真空感应炉采用MgO坩埚，熔炼前用纯Fe洗炉，精炼温度为1500℃～1600℃，精炼时间3min～5min，浇铸得到成分均匀的(FeCo)B合金锭；利用真空快淬炉，采用熔体溢流法将(FeCo)B合金在氩气保护下进行快淬制备薄带，冷却辊的线速度40m/s，真空度为2×10^-3Pa，制备出厚度小于15μm的薄带；利用快速压粉机将薄带制成粒径为100～150μm的粉体，处理时间为0.15h；利用高能球磨机对粉体进行机械研磨，球磨的过程控制剂为无水乙醇，无水乙醇的体积为球磨罐的三分之一，球磨机转速为300r/min，球料比为30:1，球磨时间为10h。

制备出来的粉体平均粒径在1μm左右，电镜照片如图7所示；将粉体样品与石蜡按质量比5:1加热混合均匀后，用模具压制成内径为3.04mm、外径7.0mm、厚度为2～4mm的同轴环试样在2～18GHz范围内进行电磁性能测试，利用所得的电磁参数模拟出厚度为1.8mm试样的吸波性能与频率的关系，如图3所示；试样在2GHz的反射率R＝–3.4dB，在8GHz的反射率R＝–3.8dB，最大反射率出现在3.1GHz，为–5.0dB。

实施实例4

采用电工纯铁、电解钴和FeB合金为原料，Fe、Co、B的质量分数分别为49.0％、50.1％、0.90％。在高频真空感应炉中进行熔炼，真空感应炉采用MgO坩埚，熔炼前用纯Fe洗炉，精炼温度为1500℃～1600℃，精炼时间3min～5min，浇铸得到成分均匀的(FeCo)B合金锭；利用真空快淬炉，采用熔体溢流法将(FeCo)B合金在氩气保护下进行快淬制备薄带，冷却辊的线速度50m/s，真空度为2×10^-3Pa，制备出厚度小于15μm的薄带；利用快速压粉机将薄带制成粒径为100～150μm的粉体，处理时间为0.15h；利用高能球磨机对粉体进行机械研磨，球磨的过程控制剂为无水乙醇，无水乙醇的体积为球磨罐的三分之一，球磨机转速为300r/min，球料比为40:1，球磨时间为12h。

制备出来的粉体平均粒径在0.5μm左右，电镜照片如图8所示；将粉体样品与石蜡按质量比5:1加热混合均匀后，用模具压制成内径为3.04mm、外径7.0mm、厚度为2～4mm的同轴环试样在2～18GHz范围内进行电磁性能测试，对所得的电磁参数模拟出厚度为1.8mm试样的吸波性能与频率的关系，如图4所示；试样在2GHz的反射率R＝–3.5dB，在8GHz的反射率R＝–3.1dB，最大反射率出现在2.6GHz，为–3.9dB。

Claims

1.一种 (FeCo)B微波吸收材料，其特征在于，所述材料由Fe粉、Co粉以及FeB合金制成，为平均粒径0.5μm~2μm的粉末，所述材料中 Fe、Co、B各元素的质量分数分别为47.0~50.0%、50.0~53.0%、0.6~0.9%，各成分之和为100%。

2.根据权利要求1所述的(FeCo)B微波吸收材料，其特征在于，材料的制备方法包括下述步骤：

(1) 采用电工纯铁、电解钴和FeB合金为原料，进行真空感应熔炼，精炼温度为1500℃~1600℃，精炼时间3min~5min，浇铸得到成分均匀的(FeCo)B合金锭；

(2)采用熔体溢流法将(FeCo)B合金进行氩气保护快淬制备薄带，冷却辊的线速度30~50m/s，真空度为1~2×10^-3Pa，厚度小于15μm的薄带；

(3)将薄带制成粒径100μm~150μm的粉体，处理时间为0.1~0.2h；

(4)对粉体进行机械研磨，球料比为5:1~40:1，球磨时间6~12h，得到平均粒径为0.5μm ~2μm的粉末。