CN101948968B

CN101948968B - 一种电磁波吸收剂及其制备方法

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Publication number: CN101948968B
Application number: CN2010102918518A
Authority: CN
Inventors: 冯永宝; 丘泰; 刘军; 沈春英; 李晓云; 杨建�
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2010-09-26
Filing date: 2010-09-26
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2030-09-26
Also published as: CN101948968A

Abstract

本发明公开了一种高磁导率电磁波吸收剂及其制备方法。该方法以市售铁镍合金、镍粉和Mo粉为原料，采用机械合金化工艺制备金属粉末电磁波吸收剂，工艺简单、操作方便、可以通过改变球磨时间调整粉末的粒度和形状。所制备电磁波吸收剂同时含有Ni和FeNiMo两种具有高磁导率和磁损耗的物相，具有更高的磁导率和磁损耗，且磁导率和磁损耗的大小可以通过改变Fe、Ni和Mo的含量来调节。

Description

一种电磁波吸收剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及电磁波吸收剂和电磁波吸收材料的研究领域，尤其涉及一种高磁导率电磁波吸收剂及其制备方法。

背景技术

随着科技的进步，电子化、信息化技术的应用得到迅速发展，各种现代电子设备如无线电广播、电视、手机等快速普及，人们所使用和依赖的信息系统越来越多。电子设备辐射、泄露的电磁波威胁着人类的健康与安全；信息系统都是借助于数字化信号传递的，很容易受电磁波干扰而产生误差。已经发现电子和信息设备的辐射电磁波产生的电磁波干扰可以引起明显的医疗和通讯等故障。因此，如何把电磁波干扰造成的危害降低到最小程度，在民用、保护人体健康方面都具有重要的意义。

虽然防止电磁波干扰和泄露的技术种类很多，但较普遍采用的方法是使用电磁波吸收材料。电磁波吸收材料通常是由无机吸收剂与塑料、橡胶、胶粘剂、涂料等高分子有机基体组成，高分子基体是吸收剂的载体，吸收剂提供了电磁波吸收所需要的电磁性能，是决定吸波性能优劣的关键组分。电磁波吸收剂按损耗机理分为两类：(1)介电损耗类吸收剂，如炭黑、碳纤维、石墨和SiC纤维等；(2)磁损耗类吸收剂，如铁氧体、羰基铁粉和其他磁性金属微粉等。介电损耗类吸收材料厚度大，吸收频带窄，性能相对较差；而磁性吸收剂由于具有高的磁导率和磁损耗，吸波频带宽且厚度薄。中国专利CN1923413对磁性吸收剂表面包裹了一层高电阻率的包覆膜，降低了其介电常数；中国专利CN1292632C提供了一种包括软磁材料的扁平粉末和粘结材料的电磁波吸收剂；中国专利CN101328534采用熔体快淬工艺、高能球磨处理工艺和真空热处理工艺制备了薄片状纳米晶微波吸收剂，具有较高微波磁导率和磁损耗。已有公开文献表明：提高金属磁性粉体的磁导率和磁损耗，将有助于改善其电磁波吸收性能，这给吸收剂的发展提供了新的研究方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种高磁导率电磁波吸收剂，本发明的另一目的是提供一种上述电磁波吸收剂的制备方法。

本发明的技术方案为：发明人在经过大量研究和实验后发现：羰基Ni和软磁合金FeNiMo具有高的磁导率和磁损耗；金属原料FeNi、Ni和Mo利用机械合金化反应可实现金属合金FeNiMo的制备；羰基Ni和FeNiMo在经过机械力作用后磁导率和磁损耗可得到进一步提高。

本发明的具体技术方案为：一种电磁波吸收剂，其特征在于其化学成分及质量百分含量分别为：Ni，85～95％；Mo，2～4％；Fe，1～13％；且Fe+Ni，96～98％。

上述电磁波吸收剂其粒度范围为0.01-20微米，其物相组成由Ni与FeNiMo组成。

本发明还提供了制备上述的电磁波吸收剂的方法，其具体步骤如下：

1)配料

根据权利要求1所述的化学成分和百分含量，称量FeNi合金粉、Mo粉和Ni粉；按照原料粉末与磨球重量比＝1∶8～30称量原料粉和研磨球；

2)装料

将步骤1)称量得到的原料粉末与研磨球放入球磨罐中，密闭球磨罐后，先抽真空再冲入惰性保护气体；

3)球磨

将球磨罐放到球磨机上球磨，进行机械合金化反应20～80小时；

4)出料

将步骤3)球磨完成后的球磨罐冷却，打开球磨罐后用分离筛分离研磨球与粉末，所得粉末即为电磁波吸收剂。

优选FeNi合金粉的化学组成质量百分量为：Ni 60～80％，Fe 40～20％；FeNi合金粉的粒度范围为0.1～10微米；Ni粉的粒度范围为0.1～10微米；Mo粉的粒度范围为0.1～20微米；混合粉末与研磨球的质量比为：1∶8～30。优选原料粉的纯度为98.5％～100％。更优选FeNi合金粉为羰基FeNi合金粉，Ni粉为羰基镍和Mo粉气雾化还原Mo粉。

其中所述球磨罐为不锈钢材质；研磨球至少为不锈钢球或碳化钨球中的一种；研磨球的个数比为：大球/中球/小球＝1∶1～2∶2～3.5；研磨球的直径比为：大球/中球/小球＝1∶0.6～0.8∶0.2～0.4；大球直径/球磨罐内径＝1∶4～6；抽真空后球磨罐内的气压为50～133Pa；惰性保护气体至少为氩气、氦气或氮气中的一种，充入惰性气体后球磨罐内的压力：0.09～0.11MPa。

优选所述的球磨机为振动球磨机或者行星球磨机，球磨时间为20～80小时；球磨机为振动球磨机时，振动频率为30～50Hz，振幅为5～30mm；球磨机为行星磨时，公转速度/自转速度＝1∶1.2～2.2，公转转速200～500转/分钟。

优选步骤4中分离筛的筛孔尺寸为40目～200目。

有益效果：

(1)本发明所提出的高磁导率电磁波吸收剂的制备方法，以市售羰基FeNi粉、羰基镍粉和气雾化还原Mo粉为原料，采用机械合金化工艺可制备同时具有Ni和FeNiMo两种物相组成的高磁导率的电磁波吸收剂，工艺简单、操作方便、可以通过改变球磨时间调整粉末的粒度和形状。

(2)本发明由于采用了机械合金化制备工艺，且同时含有两种具有高磁导率和磁损耗的物相，因此，制备的电磁波吸收剂具有更高的磁导率和磁损耗，相对磁导率大于4的；磁导率和磁损耗的大小可以通过改变Fe、Ni和Mo的含量来调节。

附图说明

图1为例1所制备高磁导率电磁波吸收剂的X射线衍射谱图；

图2为例1所制备高磁导率电磁波吸收剂典型的SEM照片；

图3-5分别为实施例1-3所制备高磁导率电磁波吸收剂与环氧树脂所形成的吸波材料的磁导率和磁损耗；其中a1为实施例1制备高磁导率电磁波吸收剂与环氧树脂所形成的吸波材料的磁导率，a2为实施例2制备高磁导率电磁波吸收剂与环氧树脂所形成的吸波材料的磁导率，a3为实施例3制备高磁导率电磁波吸收剂与环氧树脂所形成的吸波材料的磁导率，b1为实施例1制备高磁导率电磁波吸收剂与环氧树脂所形成的吸波材料的磁损耗曲线，b2为实施例2制备高磁导率电磁波吸收剂与环氧树脂所形成的吸波材料的磁损耗曲线，b3为实施例3制备高磁导率电磁波吸收剂与环氧树脂所形成的吸波材料的磁损耗曲线。

具体实施方式

实施例1：

1)按照Fe₃₀Ni₇₀合金：43％；Ni：55％；Mo：2％的质量比例称量原料粉末50g，按照粉末/研磨球＝1/10称量不锈钢球500g。

2)将步骤1)称量的粉末和研磨球放入直径10cm、高度10cm的不锈钢球磨罐中，抽真空(133Kpa)后冲入氩气(0.1Mpa)。研磨球的个数比为：大球/中球/小球＝1/1/2；研磨球的直径比为：大球/中球/小球＝1/0.6/0.3；大球直径/球磨罐内径＝1/4。

3)将球磨罐放到行星球磨机上球磨，球磨机公转/自转＝1∶2，公转转速250转/分钟，机械合金化反应45小时。

4)球磨45小时后将球磨罐冷却，打开球磨罐后用40目分离筛筛分得到高磁导率电磁波吸收剂。所制备电磁波吸收剂的XRD和SEM图谱分别如图1和图2所示。从图1可以看出，所制备电磁波吸收剂同时含有Ni和FeNiMo两种物相；从图2可以看出，所制备电磁波吸收剂的形状为扁平状。

按照吸收剂的体积分数为40％制备环氧树脂基吸波材料，测量其在1-18GHz时的磁导率和磁损耗，见图3。从图3可以看出，在1-4GHz范围内，所制备吸波材料的磁损耗大于5，当频率继续增大时，磁损耗减小，在18GHz处，磁损耗仍有0.78；在1GHz处，所制备吸波材料的磁导率为4.95，随着频率的增加，磁导率逐渐降低，在18GHz处，磁导率仍有0.25。

实施例2

1)按照Fe₃₀Ni₇₀合金：23％；Ni：75％；Mo：2％(Ni：90％；Mo：3％；Fe：7％的质量比例称量原料粉末25g，按照粉末/研磨球＝1/20称量碳化钨球500g。

2)将步骤1)称量的粉末和研磨球放入直径10cm、高度10cm的不锈钢球磨罐中，抽真空(100Kpa)后冲入氩气(0.11Mpa)。研磨球的个数比为：大球/中球/小球＝1/1.2/3；研磨球的直径比为：大球/中球/小球＝1/0.7/0.4；大球直径/球磨罐内径＝1/5。

3)将球磨罐放到行星球磨机上球磨，球磨机公转/自转＝1∶2，公转转速400转/分钟，机械合金化反应65小时。

4)球磨65小时后将球磨罐冷却，打开球磨罐后用80目分离筛筛分得到高磁导率电磁波吸收剂。

按照吸收剂的体积分数为40％制备环氧树脂基吸波材料，测量其在1-18GHz时的磁导率和磁损耗，见图4。从图4可以看出，在1-6GHz范围内，所制备吸波材料的磁损耗大于4，在4.6GHz处有在最大磁损耗5.21，当频率继续增大时，磁损耗减小，在18GHz处，磁损耗仍有0.75；在1GHz处，所制备吸波材料的磁导率为5.63，随着频率的增加，磁导率逐渐降低，在18GHz处，磁导率仍有0.24。

实施例3：

1)按照Fe₃₀Ni₇₀合金：10％；Ni：88％；Mo：2％的质量比例称量原料粉末50g，按照粉末/研磨球＝1/10称量不锈钢球500g。

2)将步骤1)称量的粉末和研磨球放入直径10cm、高度10cm的不锈钢球磨罐中，抽真空(60Kpa)后冲入氩气(0.09Mpa)。研磨球的个数比为：大球/中球/小球＝1/1/3；研磨球的直径比为：大球/中球/小球＝1/0.6/0.3；大球直径/球磨罐内径＝1/6。

3)将球磨罐放到振动磨上球磨，球磨机振幅10mm，振动频率40Hz，机械合金化反应60小时。

4)球磨60小时后将球磨罐冷却，打开球磨罐后用40目分离筛筛分得到高磁导率电磁波吸收剂。

按照吸收剂的体积分数为40％制备环氧树脂基吸波材料，测量其在1-18GHz时的磁导率和磁损耗，见图5。从图5可以看出，在1-8GHz范围内，所制备吸波材料的磁损耗大于4，在4.6GHz处有在最大磁损耗5.62，当频率继续增大时，磁损耗减小，在18GHz处，磁损耗仍有0.72；在1GHz处，所制备吸波材料的磁导率为5.72，随着频率的增加，磁导率逐渐降低，在18GHz处，磁导率仍有0.24。

Claims

1.一种电磁波吸收剂，其特征在于其化学成分及质量百分含量分别为：Ni，85～95％；Mo，2～4％；Fe，1～13％；且Fe+Ni，96～98％；其粒度范围为0.01-20微米，其物相组成由Ni与FeNiMo组成。

2.一种制备如权利要求1所述的电磁波吸收剂的方法，其具体步骤如下：

1)配料

2)装料

3)球磨

4)出料

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于原料粉中FeNi合金粉的化学组成质量百分量为：Ni 60～80％，Fe 40～20％；FeNi合金粉的粒度范围为0.1～10微米；Ni粉的粒度范围为0.1～10微米；Mo粉的粒度范围为0.1～20微米；混合粉末与研磨球的质量比为：1∶8～30。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述球磨罐为不锈钢材质；研磨球至少为不锈钢球或碳化钨球中的一种；研磨球的个数比为：大球/中球/小球＝1∶1～2∶2～3.5；研磨球的直径比为：大球/中球/小球＝1∶0.6～0.8∶0.2～0.4；大球直径/球磨罐内径＝1∶4～6；抽真空后球磨罐内的气压为50～133Pa；惰性保护气体至少为氩气、氦气或氮气中的一种，充入惰性气体后球磨罐内的压力：0.09～0.11MPa。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的球磨机为振动球磨机或者行星球磨机，球磨时间为20～80小时；球磨机为振动球磨机时，振动频率为30～50Hz，振幅为5～30mm；球磨机为行星磨时，公转速度/自转速度＝1∶1.2～2.2，公转转速200～500转/分钟。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤4中分离筛的筛孔尺寸为40目～200目。