CN102693804B - 一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料及其制备方法和应用，锶铁氧体与锌铁氧体的摩尔比为1∶1-2∶1。制备方法包括：（1）将可溶性锶盐的水溶液、可溶性铁盐的水溶液和可溶性锌盐的水溶液混合均匀得混合液，再与柠檬酸混合，调节pH值至6.5-7.5，挥发溶剂得湿凝胶；（2）将上述湿凝胶真空干燥后进行自蔓延燃烧，去除柠檬酸得前驱物，然后煅烧前驱物，冷却后即得。锶铁氧体/锌铁氧体复合材料应用于微波吸收材料。本发明工艺简单，前驱物烧结活性高，煅烧温度低，易于工业化生产；制得的锶铁氧体/锌铁氧体复合材料成分均匀，介电性能良好，在微波吸收领域中有广泛的应用前景。

Description

一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于微波吸收复合材料的制备领域，特别涉及一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术和电子工业的发展，电磁波辐射造成的电磁干扰已成为一种新的污染源；面对现代高科技战争，吸波材料在军事隐身技术中起着非常关键的作用，特别是B2隐形轰炸机、F117隐形战机的出现代表了该类材料在军事领域中的巨大成就。因此，对电磁屏蔽和吸收电磁波的吸波材料的研究，得到世界范围的高度重视与支持，在民用和军事领域具有重要的意义。

从吸波损耗机理分类，吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型3大类。其中磁介质型损耗中，六角晶系铁氧体由于具有极高的饱和磁化强度、较高的磁性各向异性场、良好的化学稳定性和耐腐蚀性能以及特殊的六角片状结构，作为目前发展相对成熟的吸波材料，在微波吸收等领域具有广泛应用前途。但该类材料吸波损耗主要是以磁损耗为主，吸收性能仍需进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料及其制备方法和应用，该方法工艺简单，前驱物烧结活性高，煅烧温度低，易于工业化生产；制得的锶铁氧体/锌铁氧体复合材料介电性能良好，在高频频段（2-18GHz）内具有良好的吸波性能，-10dB以下的连续带宽高，在微波吸收领域中有广泛的应用前景。

本发明的一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料，所述复合材料中锶铁氧体与锌铁氧体的摩尔比为1∶1-2∶1。

本发明的一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备方法，包括：

（1）将可溶性锶盐的水溶液、可溶性铁盐的水溶液和可溶性锌盐的水溶液混合均匀得混合液，再与柠檬酸混合，调节pH值至6.5-7.5，挥发溶剂得湿凝胶；

其中，可溶性锶盐和可溶性锌盐的摩尔比为1∶1-2∶1，可溶性锶盐与生成锶铁氧体所需的可溶性铁盐的摩尔比为1∶11.4-1∶12.0，可溶性锌盐与生成锌铁氧体所需的可溶性铁盐的摩尔比为1∶2，柠檬酸与可溶性锶盐和可溶性锌盐之和的摩尔比为13-14∶1；

（2）将上述湿凝胶于105-120℃真空干燥后进行自蔓延燃烧，去除柠檬酸得前驱物，然后煅烧前驱物，煅烧温度为750-900℃，煅烧时间为1-2.5小时，冷却后即得锶铁氧体/锌铁氧体复合材料。

所述步骤（1）中的可溶性锶盐为硝酸锶和氯化锶中的一种或两种，可溶性锶盐的水溶液浓度为0.03-0.1mol/L。

所述步骤（1）中的可溶性铁盐为硝酸铁、氯化铁和硫酸铁中的一种或多种，可溶性铁盐的水溶液浓度为0.03-0.1mol/L。

所述步骤（1）中的可溶性锌盐为硝酸锌和氯化锌中的一种或两种，可溶性锌盐的水溶液浓度为0.03-0.1mol/L。

所述步骤（1）中采用氨水和/或尿素调节pH值。

所述步骤（1）中的调节pH值至7.0。

所述步骤（1）中挥发溶剂具体为：在搅拌的条件下进行，于70-90℃下搅拌。

所述步骤（2）中真空干燥的温度为110℃；煅烧温度为850℃，煅烧时间为1.5小时。

所述锶铁氧体/锌铁氧体复合材料应用于微波吸收材料。

本发明的制备原理不仅适用于六角型锶铁氧体磁性相与尖晶石铁氧体的复合材料，还适用于其它介电相如二氧化钛、五氧化二钒与其它磁性相如尖晶石型软磁铁氧体，W型、Z型及U型铁氧体的复合材料。

本发明还提供了所述的锶铁氧体复合材料作为微波吸收材料的应用，所述的微波吸收材料较佳地为隐身材料或微波暗室材料。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

有益效果

（1）本发明工艺简单，前驱物烧结活性高，煅烧温度低，易于工业化生产；

（2）本发明制得的锶铁氧体/锌铁氧体复合材料成分均匀，介电性能良好，在高频频段

（2-18GHz）内具有良好的吸波性能，-10dB以下的连续带宽高，在微波吸收领域中有广泛的应用前景。

附图说明

图1为实施例2所制备的锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的微波吸收性能图；

图2为对比实施例1所制备的锶铁氧体的微波吸收性能图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备步骤：

（1）将8.5g的Sr(NO₃)₂、5.95g Zn(NO₃)₂·6H₂O和205.16g的Fe(NO₃)₃·9H₂O分别配成0.05mol/L的水溶液，混合均匀得混合液（摩尔比Sr²⁺∶Zn²⁺=2∶1；Fe³⁺=Fe³⁺(a)+Fe³⁺(b)；Sr²⁺∶Fe³⁺(a)=1∶11.7；Zn²⁺∶Fe³⁺(b)=1∶2），加入172.62g柠檬酸（柠檬酸∶Sr²⁺+Zn²⁺=13.7∶1）混合均匀，逐步滴加氨水调节pH值至7，于80℃水浴搅拌，挥发水分得湿凝胶；

（2）将湿凝胶于110℃真空干燥，于空气中点燃进行自蔓延燃烧，去除柠檬酸得前驱物，研磨，前驱物在850℃下煅烧1.5小时，冷却后即得。

制得的锶铁氧体/锌铁氧体复合材料为黑褐色粉末。将锶铁氧体复合材料与石蜡按质量比3:7混合，使用模压法制成同轴环形样品；然后采用矢量网络分析仪测试其在2-18GHz频段的相对磁导率μ和相对介电常数ε，锶铁氧体/锌铁氧体复合材料样品微波吸收性能由下面公式计算得到反射损耗(RL，单位dB)来评价：

$\mathrm{RL}=20\log \left(\frac{Z_{\mathrm{in}}-Z_0}{Z_{\mathrm{in}}+Z_0}\right)=20\log \left[\frac{\left(\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_r}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\right)\tanh \left[j\left(\frac{2\mathrm{\πfd}}{c}\right)\left(\sqrt{{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_r}\right)\right]-1}{\left(\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_r}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\right)\tanh \left[j\left(\frac{2\mathrm{\πfd}}{c}\right)\left(\sqrt{{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_r}\right)\right]+1}\right]$

式中：c是电磁波的波速，f是频率，d是环形样品的厚度。计算结果表明：当环形样品厚度为2.3mm时，在8.3GHz附近对应地最小反射损耗为-30.4dB，-10dB以下的连续带宽可以达到4GHz。

实施例2

锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备步骤：

（1）将9.57g的Sr(NO₃)₂、8.92g Zn(NO₃)₂·6H₂O和236.86g的Fe(NO₃)₃·9H₂O分别配成0.05mol/L的水溶液，混合均匀得混合液（摩尔比Sr²⁺∶Zn²⁺=1.5∶1；Fe³⁺=Fe³⁺(a)+Fe³⁺(b)；Sr²⁺∶Fe³⁺(a)=1∶11.7；Zn²⁺∶Fe³⁺(b)=1∶2），加入215.77g柠檬酸（柠檬酸∶Sr²⁺+Zn²⁺=13.7∶1）混合均匀，逐步滴加氨水调节pH值至7，于80℃水浴搅拌，挥发水分得湿凝胶；

（2）将湿凝胶于110℃真空干燥，于空气中点燃进行自蔓延燃烧，去除柠檬酸得前驱物，前驱物在850℃下煅烧1.5小时，冷却后即得。

制得的锶铁氧体/锌铁氧体复合材料为黑褐色粉末。电磁参数及反射损耗计算方法同实施例1，计算结果表明：当环形样品厚度为2.2mm时，在8.9GHz附近对应地最小反射损耗为-41dB，-10dB以下的连续带宽可以达到5.7GHz。其微波吸收性能见图1。

实施例3

锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备步骤：

（1）将9.78g的Sr(NO₃)₂、13.68g Zn(NO₃)₂·6H₂O和254.5g的Fe(NO₃)₃·9H₂O分别配成0.05mol/L的水溶液，混合均匀得混合液（摩尔比Sr²⁺∶Zn²⁺=1∶1；Fe³⁺=Fe³⁺(a)+Fe³⁺(b)；Sr²⁺∶Fe³⁺(a)=1∶11.7；Zn²⁺∶Fe³⁺(b)=1∶2），加入264.68g柠檬酸（柠檬酸∶Sr²⁺+Zn²⁺=13.7∶1）混合均匀，逐步滴加氨水调节pH值至7，于80℃水浴搅拌，挥发水分得湿凝胶；

（2）将湿凝胶于110℃真空干燥，于空气中点燃进行自蔓延燃烧，去除柠檬酸得前驱物，研磨，前驱物在850℃下煅烧1.5小时，冷却后即得。

制得的锶铁氧体/锌铁氧体复合材料为黑褐色粉末。电磁参数及反射损耗计算方法同实施例1，计算结果表明：当环形样品厚度为2.5mm时，在8.7GHz附近对应地最小反射损耗为-37.7dB，-10dB以下的连续带宽为4.4GHz。

对比实施例1

锶铁氧体的制备步骤：

（1）将10.58g的Sr(NO₃)₂和236.25g的Fe(NO₃)₃·9H₂O分别配成0.05mol/L的水溶液，混合均匀得混合液，加入143.85g柠檬酸混合均匀，逐步滴加氨水调节pH值至7，于80℃水浴搅拌，挥发水分得湿凝胶；

（2）将湿凝胶于110℃真空干燥，于空气中点燃进行自蔓延燃烧，去除柠檬酸得前驱物，研磨，前驱物在850℃下煅烧1.5小时，冷却后即得。

制得的锶铁氧体为黑褐色粉末。电磁参数及反射损耗计算方法同实施例1，计算结果表明：当环形样品厚度为2.6mm时，在7.8GHz附近对应地最小反射损耗仅为-24dB，-10dB以下的连续带宽仅为2.7GHz。其微波吸收性能见图2。

Claims (8)

1.一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备方法，包括：

(1)将可溶性锶盐的水溶液、可溶性铁盐的水溶液和可溶性锌盐的水溶液混合均匀得混合液，再与柠檬酸混合，调节pH值至6.5-7.5，挥发溶剂得湿凝胶；

其中，可溶性锶盐和可溶性锌盐的摩尔比为1:1-2:1，可溶性锶盐与生成锶铁氧体所需的可溶性铁盐的摩尔比为1:11.4-1:12.0，可溶性锌盐与生成锌铁氧体所需的可溶性铁盐的摩尔比为1:2，柠檬酸与可溶性锶盐和可溶性锌盐之和的摩尔比为13-14:1；

(2)将上述湿凝胶于105-120℃真空干燥后进行自蔓延燃烧，去除柠檬酸得前驱物，然后煅烧前驱物，煅烧温度为750-900℃，煅烧时间为1-2.5小时，冷却后即得锶铁氧体/锌铁氧体复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的可溶性锶盐为硝酸锶和氯化锶中的一种或两种，可溶性锶盐的水溶液浓度为0.03-0.1mol/L。

3.根据权利要求1所述的一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的可溶性铁盐为硝酸铁、氯化铁和硫酸铁中的一种或多种，可溶性铁盐的水溶液浓度为0.03-0.1mol/L。

4.根据权利要求1所述的一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的可溶性锌盐为硝酸锌和氯化锌中的一种或两种，可溶性锌盐的水溶液浓度为0.03-0.1mol/L。

5.根据权利要求1所述的一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中采用氨水和/或尿素调节pH值。

6.根据权利要求1所述的一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的调节pH值至7.0。

7.根据权利要求1所述的一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中挥发溶剂具体为：在搅拌的条件下进行，于70-90℃下搅拌。

8.根据权利要求1所述的一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中真空干燥的温度为110℃；煅烧温度为850℃，煅烧时间为1.5小时。