CN107604211A - 一种LaPrCo磁性微波吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LaPrCo磁性微波吸波材料，其特征在于，其分子式的化学计量比为原子百分比为：La：0‑4.2、Pr：6.3‑10.5、Co：89.5，上述各组分含量百分比之和为100。本发明还公开了磁性微波吸波材料的制备方法，包括如下步骤：1)配料；2)熔炼；3)均匀化热处理；4)粗碎；5)球磨。这种磁性微波吸波材料在2GHz‑18GHz微波波段内具有吸收频带宽、吸波效率高、热稳定性好、耐高温和耐腐蚀性能好等特点。这种方法的优点是工艺简单，可操作性强，易于实现生产化。

Description

一种LaPrCo磁性微波吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及磁性微波吸收材料领域，具体是一种LaPrCo磁性微波吸波材料及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，各种电子、电气设备为社会生产提供了很高的效率，给人类的日常生活带来了极大的便利，但电磁污染也随之扩张，并且电磁污染已被世界卫生组织列为继水污染、大气污染、噪声污染之后的第四大污染。电磁辐射会引起人体中枢神经***机能障碍和以交感神经疲乏、紧张为主的植物神经失调，同时，电磁辐射也会对电子设备产生不良影响。高频设备工作期间形成的高频辐射会对其周围的仪器仪表、通讯信号等产生严重干扰，甚至使其不能正常运行。因此，如何降低电磁辐射成为社会关注的热点。

吸波材料是一种能够有效吸收电磁波，并通过材料的各种损耗机制将电磁能转换成热能或其它能量的一类材料。一般来说，吸波材料需要满足两种特性，一是使电磁波最大程度地进入材料内部即匹配特性，二是入射电磁波通过吸波层时要被迅速衰减即衰减特性。相比介电类吸波材料而言，磁性吸波材料因其较好的阻抗匹配特性和磁损耗能力受到更多的关注。目前已开发的磁性吸波材料主要有铁氧体磁性吸波材料、微、超微磁性金属及合金粉末磁性吸波材料、多晶铁纤维磁性吸波材料、纳米磁性吸波材料和稀土金属间化合物磁性吸波材料。铁氧体作为目前应用广泛的吸波材料，因其饱和磁化强度低、吸收频带窄、介电损耗小、密度大、耐腐蚀性差等缺点，限制了其在特定范围的应用，而片状软磁金属微粉具有高居里温度，高温度稳定性，以及高饱和磁化强度，在2-18GHz频段范围内可以获得较高的磁损耗和较低的涡流损耗，作为吸波材料具有很好的应用前景。目前应用最多的软磁合金微粉主要是Fe、Co、Ni及其合金微粉等。

Co元素因具有高饱和磁化强度、高居里温度、高磁导率、低矫顽力等特征，使其在较高温度下仍有较高的磁损耗和电磁吸波性能，但Co基磁性材料也因吸收频带窄、吸波强度不够强、密度大等缺点，限制了其一些应用范围。稀土元素具有独特的3d-4f轨道结构，此类结构使得第五层电子壳层能很好的屏蔽第四层电子，所以稀土元素具有很多元素不具有的光、电、磁等性能，被誉为新材料“宝库”。在Co基合金中添加适量的稀土元素，以合适的比例配比，能有效地提高其微波吸收性能，且具有较好的频宽效果。

发明内容

本发明的目的是正对现有技术的不足，而提供一种LaPrCo磁性微波吸波材料及其制备方法。这种磁性微波吸波材料在2GHz-18GHz微波波段内具有吸收频带宽、吸波效率高、热稳定性好、耐高温和耐腐蚀性能好等特点。这种方法的优点是工艺简单，可操作性强，易于实现生产化。

实现本发明目的的技术方案是：

一种LaPrCo磁性吸波材料，其分子式的化学计量比为原子百分比为：La：0-4.2、Pr：6.3-10.5、Co：89.5，上述各组分含量百分比之和为100。

一种LaPrCo磁性吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

1)配料：以纯度≥99.90％的La、Pr、Co金属为原料，按化学计量比La_0-4.2Pr_{6.3- 10.5}Co_89.5制配样料；

2)熔炼：将步骤1)所制配的样料在氩气或真空保护下熔炼，得到铸锭；

3)均匀化热处理：将熔炼好的铸锭在真空或氩气保护下于800℃-1100℃进行均匀化热处理，得到合金锭；

4)粗碎：将步骤3)得到的合金锭破碎碾磨成粗粉；

5)球磨：将步骤4)得到的粗粉进行球磨，制得LaPrCo磁性吸波材料。

步骤2)中所述的熔炼是在标准的非自耗真空电弧炉中进行，为了保证合金的成分均匀性，需将样料翻转熔炼3-4次。

步骤3)中所述的均匀化热处理包括保温5-15天，之后进行冰水淬火过程。

步骤3)中所述的均匀化热处理温度为900℃。

步骤4)中所述的粗粉，于200目筛过筛，颗粒度小于0.5mm。

步骤5)中所述的球磨为球磨制粉，采用行星式球磨机进行球磨，氧化锆球和粗粉按15:1-20:1的质量比放入氧化锆罐中，加入无水乙醇作保护剂，球磨时间为15h-30h，转速为300-350转/分钟。

上述方法制备的磁性微波吸波材料的产品检测：按下述方法检测产品的电磁参数和计算反射率R：

按LaPrCo合金粉体：石蜡＝4:1(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度为2.5mm-3.5mm左右的同轴试样，采用HP8722ES微波矢量网络分析仪分别测量试样在2GHz-18GHz频段的复磁导率、复介电常数，采用下式计算出单层吸波材料的反射率R：

式中：k为传播常数z是波阻抗z₀为真空的波阻抗，μ₀、ε₀和d分别为真空磁导率、真空介电常数和吸波涂层厚度，ε'和ε"分别是复介电常数的实部、虚部，μ'和μ"分别为复磁导率的实部、虚部。

检测结果，采用本技术方案的LaPrCo合金磁性吸波材料，当LaPrCo合金粉体与石蜡按4:1比例(质量比)混合成复合物，在2GHz-18GHz微波波段内，吸波涂层厚度在1.2mm-3.8mm间，复合物对微波的反射率最小峰值均小于-10dB，且具有较好的宽频效果；当复合物厚度为1.6mm时，在10.32GHz频段对微波的反射率峰值最小可达到-44.27dB(吸收率可达到99.99％)，在C波段(4GHz-8GHz)，La_0.5Pr_1.0Co_89.5粉末在厚度为3.8mm时，最小反射率也可也以达到-30.84dB(吸收率达99.91％)。

这种磁性微波吸波材料在2GHz-18GHz微波波段内具有吸收频带宽、吸波效率高、热稳定性好、耐高温和耐腐蚀性能好等特点。这种方法的优点是工艺简单，可操作性强，易于实现生产化。

附图说明

图1为本发明实施例的制备方法工艺流程示意图；

图2为Pr_10.5Co_89.5合金磁性吸波材料测试反射率结果示意图；

图3为La_0.5Pr₁₀Co_89.5合金磁性吸波材料测试反射率结果示意图；

图4为La_1.05Pr_9.45Co_89.5合金磁性吸波材料测试反射率结果示意图；

图5为La_2.10Pr_8.4Co_89.5合金磁性吸波材料测试反射率结果示意图；

图6为La_4.2Pr_6.3Co_89.5合金磁性吸波材料测试反射率结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步阐述，但不是对本发明的限定。

实施例1：

参照图1，制备Pr_10.5Co_89.5原子百分比磁性吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

1)配料：将将纯度均≥99.90％的La、Pr、Co金属，按Pr_10.5Co_89.5化学计量比配料；

2)熔炼：在氩气保护下于非自耗真空电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均匀，反复翻转熔炼3-4次；

3)均匀化热处理：将熔炼好的铸锭真空封存在石英管中，在800℃温度下保温15天后冰水淬火；

4)粗碎：将得到的合金锭破碎成颗粒度均小于0.5mm的粗粉，后过200目筛；

5)球磨：把氧化锆球和粗粉按15:1的质量比放入氧化锆罐中，加入无水乙醇作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨15小时，球磨机转速为300转/分钟。

产品测试:按合金粉体:石蜡＝4:1(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度2.5mm-3.5mm左右的同轴试样，采用HP8722ES微波矢量网络分析仪分别测量试样2GHz-18GHz频段的复磁导率、复介电常数，然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在厚度分别为1.7mm、1.9mm、2.2mm、2.4mm、2.5mm的反射率R：

式中：k为传播常数z是波阻抗z₀为真空的波阻抗，μ₀、ε₀和d分别为真空磁导率、真空介电常数和吸波涂层厚度，ε'和ε"分别是复介电常数的实部、虚部，μ'和μ"分别为复磁导率的实部、虚部。

性能测试结果：

如图2为Pr_10.5Co_89.5/石蜡复合物[粉体:石蜡＝4:1(质量比)]在2GHz-18GHz微波波段内厚度分别为1.7mm、1.9mm、2.2mm、2.4mm、2.5mm时的反射率。从图中可得：在所有厚度当中，复合物的吸收峰值均小于-10dB，吸收率大于90％，具有较好的宽频效应；当复合物的厚度为1.9mm时，在9.84GHz频率处最小反射率峰值约为-38.80dB。此外，复合物在4GHz-8GHz频段，当厚度为2.4mm时，最小反射率也能达到-12.21GHz(吸收率可达到93.98％)，且<-10dB的频宽达到1.52GHz。

实施例2：

参照图1，制备La_0.5Pr₁₀Co_89.5原子百分比磁性吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

1)配料：将将纯度均≥99.90％的La、Pr、Co金属，按La_0.5Pr₁₀Co_89.5化学计量比配料；

2)熔炼：在氩气保护下于非自耗真空电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均匀，反复翻转熔炼3-4次；

3)均匀化热处理：将熔炼好的铸锭真空封存在石英管中，在900℃温度下保温10天后冰水淬火；

4)粗碎：将得到的合金锭破碎成颗粒度均小于0.5mm的粗粉，后过200目筛；

5)球磨：把氧化锆球和粗粉按15:1的质量比放入氧化锆罐中，加入无水乙醇作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨20小时，球磨机转速为320转/分钟。

产品测试：按合金粉体:石蜡＝4:1(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度2.5mm-3.5mm左右的同轴试样，采用HP8722ES微波矢量网络分析仪分别测量试样2GHz-18GHz频段的复磁导率、复介电常数，然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在厚度分别为2.4mm、2.8mm、3.0mm、3.6mm、3.8mm的反射率R：

式中：k为传播常数z是波阻抗z₀为真空的波阻抗，μ₀、ε₀和d分别为真空磁导率、真空介电常数和吸波涂层厚度，ε'和ε"分别是复介电常数的实部、虚部，μ'和μ"分别为复磁导率的实部、虚部。

性能测试结果：

图3为La_0.5Pr₁₀Co_89.5/石蜡复合物[粉体:石蜡＝4:1(质量比)]在2GHz-18GHz微波波段内厚度分别为2.4mm、2.8mm、3.0mm、3.6mm、3.8mm时的反射率。从图中可得：在所有厚度当中，复合物的吸收峰值均小于-10dB，具有较好的宽频效应；在C波段(4GHz-8GHz)复合物具有较好的微波吸收效果，当复合物厚度为3.8mm时，在4.16GHz频率处反射率峰值约为-30.84dB，且<-10dB的频宽达到0.64GHz，在低频段具有较好的吸波性能。

实施例3：

参照图1，制备La_1.05Pr_9.45Co_89.5原子百分比磁性微波吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

1)配料：将将纯度均≥99.90％的La、Pr、Co金属，按La_1.05Pr_9.45Co_89.5化学计量比配料；

2)熔炼：在氩气保护下于非自耗真空电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均匀，反复翻转熔炼3-4次；

3)均匀化热处理：将熔炼好的铸锭在真空保护下于1000℃温度下保温7天后冰水淬火；

4)粗碎：将得到的合金锭破碎成颗粒度均小于0.5mm的粗粉，后过200目筛；

5)球磨：把氧化锆球和粗粉按20:1的质量比放入氧化锆罐中，加入无水乙醇作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨24小时，球磨机转速为320转/分钟。

产品测试：按合金粉体:石蜡＝4:1(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度2.5mm-3.5mm左右的同轴试样，采用HP8722ES微波矢量网络分析仪分别测量试样2GHz-18GHz频段的复磁导率、复介电常数，然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在厚度分别为1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm的反射率R：

式中：k为传播常数z是波阻抗z₀为真空的波阻抗，μ₀、ε₀和d分别为真空磁导率、真空介电常数和吸波涂层厚度，ε'和ε"分别是复介电常数的实部、虚部，μ'和μ"分别为复磁导率的实部、虚部。

图4为La_1.05Pr_9.45Co_89.5/石蜡复合物[粉体:石蜡＝4:1(质量比)]在2GHz-18GHz微波波段内厚度分别为1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm时的反射率。从图中可得：在所有厚度当中，复合物的吸收峰值均小于-10dB，具有较好的宽频效应；当复合物厚度为1.6mm时，在10.32GHz频率处反射率峰值约为-44.27dB，具有较好的微波吸收效果。

实施例4：

参照图1，制备La_2.10Pr_8.4Co_89.5原子百分比磁性微波吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

1)配料：将将纯度均≥99.90％的La、Pr、Co金属，按La_2.10Pr_8.4Co_89.5化学计量比配料；

2)熔炼：在氩气保护下于非自耗真空电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均匀，反复翻转熔炼3-4次；

3)均匀化热处理：将熔炼好的铸锭在真空保护下于1050℃温度下保温7天后冰水淬火；

4)粗碎：将得到的合金锭破碎成颗粒度均小于0.5mm的粗粉，后过200目筛；

5)球磨：把氧化锆球和粗粉按20:1的质量比放入氧化锆罐中，加入无水乙醇作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨30小时，球磨机转速为350转/分钟。

产品测试：按合金粉体:石蜡＝4:1(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度2.5mm-3.5mm左右的同轴试样，采用HP8722ES微波矢量网络分析仪分别测量试样2GHz-18GHz频段的复磁导率、复介电常数，然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在厚度分别为1.4mm、1.6mm、2.0mm、2.2mm的反射率R：

式中：k为传播常数z是波阻抗z₀为真空的波阻抗，μ₀、ε₀和d分别为真空磁导率、真空介电常数和吸波涂层厚度，ε'和ε"分别是复介电常数的实部、虚部，μ'和μ"分别为复磁导率的实部、虚部。

图5为La_2.10Pr_8.4Co_89.5/石蜡复合物[粉体:石蜡＝4:1(质量比)]在2-18GHz微波波段内厚度分别为1.4mm、1.6mm、2.0mm、2.2mm时的反射率。从图中可得：在所有厚度当中，复合物的吸收峰值均小于-10dB，吸收率大于90％，均具有较好的宽频效应；当复合物厚度为1.4mm时，在11.36GHz频率处反射率峰值约为-35.44dB，具有较好的宽频微波吸收效果。

实施例5：

参照图1，制备La_4.2Pr_6.3Co_89.5原子百分比磁性微波吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

1)配料：将将纯度均≥99.90％的La、Pr、Co金属，按La_4.2Pr_6.3Co_89.5化学计量比配料；

2)熔炼：在氩气保护下于非自耗真空电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均匀，反复翻转熔炼3-4次；

3)均匀化热处理：将熔炼好的铸锭真空封存于石英管，于1100℃温度下保温5天后冰水淬火；

4)粗碎：将得到的合金锭破碎成颗粒度均小于0.5mm的粗粉，后过200目筛；

5)球磨：把氧化锆球和粗粉按15:1的质量比放入氧化锆罐中，加入无水乙醇作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨30小时，球磨机转速为350转/分钟。

产品测试：按合金粉体:石蜡＝4:1(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度2.5mm-3.5mm左右的同轴试样，采用HP8722ES微波矢量网络分析仪分别测量试样2GHz-18GHz频段的复磁导率、复介电常数，然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在厚度分别为1.7mm、1.9mm、2.1mm、2.3mm的反射率R：

式中：k为传播常数z是波阻抗z₀为真空的波阻抗，μ₀、ε₀和d分别为真空磁导率、真空介电常数和吸波涂层厚度，ε'和ε"分别是复介电常数的实部、虚部，μ'和μ"分别为复磁导率的实部、虚部。

图6为La_4.2Pr_6.3Co_89.5/石蜡复合物[粉体:石蜡＝4:1(质量比)]在2-18GHz微波波段内厚度分别为1.7mm、1.9mm、2.1mm、2.3mm时的反射率。从图中可得：在所有厚度当中，复合物的吸收峰值均小于-10dB，吸收率大于90％，均具有较好的宽频效应；当复合物厚度为1.7mm时，在9.36GHz频率处反射率峰值约为-13.21dB，并且<-10dB的频宽达到1.6GHz。在C波段，复合物厚度为2.1mm时，最小反射率峰值约为-11.85Db，吸收率达到93.47％。

Claims (7)

1.一种LaPrCo磁性微波吸波材料，其特征在于，其分子式的化学计量比为原子百分比为：La：0-4.2、Pr：6.3-10.5、Co：89.5，上述各组分含量百分比之和为100。

2.一种LaPrCo磁性微波吸波材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)配料：以纯度≥99.90％的La、Pr、Co金属为原料，按化学计量比La_0-4.2Pr_6.3-10.5Co_89.5制配样料；

2)熔炼：将步骤1)所制配的样料在氩气或真空保护下熔炼，得到铸锭；

3)均匀化热处理：将熔炼好的铸锭在真空或氩气保护下于800℃-1100℃进行均匀化热处理，得到合金锭；

4)粗碎：将步骤3)得到的合金锭破碎碾磨成粗粉；

5)球磨：将步骤4)得到的粗粉进行球磨，制得LaPrCo磁性吸波材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的熔炼是在标准的非自耗真空电弧炉中进行，需将样料翻转熔炼3-4次。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述的均匀化热处理包括保温5-15天，之后进行冰水淬火过程。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述的均匀化热处理温度为900℃。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述的粗粉，于200目筛过筛，颗粒度小于0.5mm。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中所述的球磨为球磨制粉，采用行星式球磨机进行球磨，氧化锆球和粗粉按15:1-20:1的质量比放入氧化锆罐中，加入无水乙醇作保护剂，球磨时间为15h-30h，转速为300-350转/分钟。