CN102516934A

CN102516934A - 一种添加金属粉末的泡沫玻璃基微波吸收材料

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Publication number: CN102516934A
Application number: CN201110352377XA
Authority: CN
Inventors: 李志宏; 陈阔; 李秀华; 朱玉梅; 孙春晓; 武卫杰
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明公开了一种添加金属粉末的泡沫玻璃基微波吸收材料，其原料组分及其质量百分比含量为58～62％的二氧化硅，3～6％的三氧化二铝，3～6％的氢氧化钾，13～16％的氢氧化钠，14～20％的硼酸，0.5～3％的石墨；在此基础上外加5～35％的金属粉末，所述金属粉末为钴、镍、铜的任何一种或者多种金属粉末的混合物。本发明本发明的方法制备成本比较低，所需原料容易购买获得，操作工序简单，制备烧成温度较低，得到的吸波材料具有优良的电磁波吸收性能。本发明主要应用于建筑材料的防辐射保护，微波加热器件、电子仪器、设备的电磁屏蔽等，降低电磁波辐射污染，还可以应用在军事上的隐身技术，信息与通讯技术保密、微波暗室等领域。

Description

一种添加金属粉末的泡沫玻璃基微波吸收材料

技术领域

本发明涉及一种吸收电磁波的材料及其制备方法，具体地说，涉及一种基于泡沫玻璃的复合电磁波吸波材料及其制备方法。

背景技术

随着电子工业高速发展，广播电视与无线电通信发射台，高压变电站，工业、科技、医疗高频设备，个人无线电通信设备及一些家用电器等得到广泛应用，极大的方便了人们的生活，但是这些仪器、设备在工作过程中产生日益严重的电磁辐射污染。电磁辐射污染对人们的健康、仪器正常使用产生很大危害，电磁波吸收材料可吸收、衰减各种仪器、设备产生的电磁波，有效避免电磁辐射产生的危害。因此，电磁波吸收材料有着广泛的应用前景和市场。目前，具有质量轻，厚度薄，吸收频带宽、吸收能力强等特点的吸波材料是吸波材料发展方向。

泡沫玻璃是一种内部含有很多连通或封闭微小气孔的无机材料，具有轻质、防腐、防虫、易掺杂和改性等特点。由于具有上述优点，泡沫玻璃广泛应用于地铁、图书馆、写字楼、歌剧院、影院等各种需要隔音、隔热设备的场所。随着电磁辐射污染日益严重以及人们对电磁辐射危害认识的深入和自我需要保护意识的增强，具有电磁波吸收功能的泡沫玻璃将得到人们越来越广泛的认可和青睐。因此，泡沫玻璃基复合电磁波吸收材料具有宽广的应用前景和市场。中国发明专利申请“泡沫玻璃型雷达波吸收材料”(申请号为00109462.9，申请日为2000年6月26日，公开日为2001年3月7日)采用碎玻璃为原料，利用碳化硅、石墨、导电炭黑、铁氧体的混合物进行掺杂，按照普通生产工艺进行生产得到泡沫玻璃吸波材料，该材料在2-18GHz频率范围内，反射衰减量为8-25dB。中国发明专利申请“一种基于泡沫玻璃的复合型雷达吸波材料及其制备方法”(申请号为201010259819.1，申请日为2010年8月23日，公开日为2011年3月16日)根据稳定可靠的配方，使用工业化学纯料为硼硅酸盐泡沫玻璃原料，另外添加锌粉、二氧化锰，采用粉末熔融法制备而成，泡沫玻璃样品中含有损耗电磁波物质锌粉和氧化锌，泡沫玻璃样品厚度为2.2mm，在8-13GHz频率范围内，反射衰减量为7-12dB。到目前为止，加入到泡沫玻璃中的电磁损耗物质仅限于碳化硅、石墨、导电炭黑、铁氧体、锌粉以及氧化锌，尚未见到有关加入到泡沫玻璃的其他电磁波损耗物质的专利或者文献相关报道。

发明内容

本发明的目的是，拓宽泡沫玻璃中电磁损耗物质的种类和选择范围，有利于电磁波吸收泡沫玻璃的应用推广，向泡沫玻璃中加入损耗电磁波物质钴、镍、铜等金属粉末，提供一种以泡沫玻璃为基材的复合电磁波损耗物质的吸波材料。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种添加金属粉末的泡沫玻璃基微波吸收材料，其原料组分及其质量百分比含量为58～62％的二氧化硅，3～6％的三氧化二铝，3～6％的氢氧化钾，13～16％的氢氧化钠，14～20％的硼酸，0.5～3％的石墨；在此基础上外加5～35％的金属粉末，所述金属粉末为钴、镍、铜的任何一种或者多种金属粉末的混合物。

本发明的制备方法如下

(1)按原料组分及其质量百分比含量为58～62％的二氧化硅，3～6％的三氧化二铝，3～6％的氢氧化钾，13～16％的氢氧化钠，14～20％的硼酸，0.5～3％的石墨进行配料；然后外加5～35％的金属粉末，所述金属粉末为钴、镍、铜的任何一种或者多种金属粉末的混合物；

(2)将步骤(1)的原料采用湿磨或者干磨的方法混合均匀并磨细，得到待烧物料；

(3)将步骤(2)的待烧物料按照下述工艺烧成：先升温至380～450℃并保温20～40分钟，然后升温至700～800℃并保温20～40分钟，再降温至600～650℃并退火20～40分钟，最后自然冷却至室温，即制得基于泡沫玻璃的微波吸收材料；

所述步骤(3)的烧成工艺为，先升温至400℃并保温30分钟，然后升温至750℃并保温30分钟，再降温至600℃并退火30分钟，最后自然冷却至室温。

所述步骤(3)的烧成工艺为，升温至380～450℃的升温速率为3℃/min，升温至700～800℃的升温速率为5℃/min，降温至600～650℃的降温速率为3℃/min。

本发明与现有技术相比较的有益效果是，本发明技术方案的独到之处在泡沫玻璃中加入钴、镍、铜等金属粉末来损耗电磁波，拓宽了泡沫玻璃中电磁损耗物质的种类和选择范围，有利于电磁波吸收泡沫玻璃的应用推广。本发明的方法制备成本比较低，所需原料容易购买获得，操作工序简单，制备烧成温度较低，得到的吸波材料具有优良的电磁波吸收性能，适用于建筑材料的防辐射保护，微波加热器件、电子仪器、设备的电磁屏蔽等，降低电磁波辐射污染，还可以应用在军事上的隐身技术，信息与通讯技术保密、微波暗室等领域。

附图说明

图1为实施例1所得到的吸波曲线；

图2为实施例2所得到的吸波曲线；

图3为实施例3所得到的吸波曲线；

图4为实施例5所得到的吸波曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

表1为实施例1-9的配方表。

表1

上述实施例采用本发明的制备方法进行制备，先按照配方比例称取相应的原料，然后混合均匀并磨细，得到待烧物料。可采用干磨方法，也可以采用湿磨方法，以水为球磨介质湿磨混合料，充分混匀混合料，如每50g待烧物料加水量为50ml，使用的磨球为氧化锆磨球，磨球的加入量按照待烧物料∶磨球的质量比为1∶3加入，以600r/min转速球磨3h，获得的料浆在干燥箱中鼓风加热干燥时，要防止料浆结块的形成，应不时翻动、捣碎混合料。将得到的干燥配合料，进行干磨，使用的磨球为氧化锆磨球，磨球的加入量按照待烧物料∶磨球的质量比为1∶3加入，以750r/min转速球磨4h，最后过140目筛，取筛下的混合均匀物料，添加到石墨坩埚中振实，为了减少石墨坩埚的氧化，应将坩埚放置在密闭的氧化铝坩埚中，然后再放到烧结炉中烧成。具体实施例详见表2。

表2

本发明的烧成温度制度为：先从室温升温至380-450℃并保温20-40分钟，以便于排除泡沫玻璃中的水分；然后升温至700-800℃并保温20-40分钟，若温度过高或过低，会造成泡孔过度长大或不发泡；再降温至600-650℃并退火20-40分钟，最后自然冷却至室温，即制得基于泡沫玻璃的复合型微波吸收材料。

对制备的吸波材料进行性能测试，测试前，块体要做成尺寸为22.86mm×10.16mm×2.00mm(±0.05mm)的标准试样。试样反射系数Agilent N5230A矢量网络分析仪测得，具体为用AgilentN5230A矢量网络分析仪测出试样的复介电常数和复磁导率，然后计算得到试样在不同厚度的反射系数。详细测试结果如下。

实施例1

试样的介电常数在4.54-5.05之间，介电损耗在3.19-4.15之间，复磁导率实部在0.96-1.04之间，复磁导率虚部在0.029-0.024之间。厚度为3.5mm试样在8-13GHz频带范围内，反射系数均低于-10dB。吸波曲线如图-1所示。

实施例2

试样的介电常数在3.95-3.82之间，介电损耗0.87-0.91之间，复磁导率实部0.97-1.04之间，复磁导率虚部0.1-0.11之间。厚度为4mm试样在8-13GHz反射系数均低于-7dB，反射系数低于-10dB的频段为9-11.5GHz。吸波曲线如图-2所示。

实施例3

试样的介电常数在4.009-3.873之间，介电损耗0.753-0.638之间，复磁导率实部1.014-0.962之间，复磁导率虚部0.04-0.051之间。厚度为4mm试样在8-13GHz反射系数均低于-5dB。吸波曲线如图-3所示。

实施例5

试样的介电常数在5.868-5.224之间，介电损耗3.387-2.77之间，复磁导率实部1.045-0.985之间，复磁导率虚部0.023-0.025之间。厚度为4mm试样在8.5-13GHz反射系数均低于-10dB，在10-12GHz范围，反射率均低于-20dB。吸波曲线如图-4所示。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种添加金属粉末的泡沫玻璃基微波吸收材料，其原料组分及其质量百分比含量为58～62％的二氧化硅，3～6％的三氧化二铝，3～6％的氢氧化钾，13～16％的氢氧化钠，14～20％的硼酸，0.5～3％的石墨；在此基础上外加5～35％的金属粉末，所述金属粉末为钴、镍、铜的任何一种或者多种金属粉末的混合物。

2.权利要求1的添加金属粉末的泡沫玻璃基微波吸收材料的制备方法，具有如下步骤：

(3)将步骤(2)的待烧物料按照下述工艺烧成：先升温至380～450℃并保温20～40分钟，然后升温至700～800℃并保温20～40分钟，再降温至600～650℃并退火20～40分钟，最后自然冷却至室温，即制得基于泡沫玻璃的微波吸收材料。

3.根据权利要求2的泡沫玻璃基微波吸收材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的烧成工艺为，先升温至400℃并保温30分钟，然后升温至750℃并保温30分钟，再降温至600℃并退火30分钟，最后自然冷却至室温。

4.根据权利要求2的泡沫玻璃基微波吸收材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的烧成工艺为，升温至380～450℃的升温速率为3℃/min，升温至700～800℃的升温速率为5℃/min，降温至600～650℃的降温速率为3℃/min。