CN102815754A

CN102815754A - 高磁导率片状羰基铁粉的制备方法

Info

Publication number: CN102815754A
Application number: CN2012102872443A
Authority: CN
Inventors: 姬广斌; 黄琪慧; 李晓光
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2012-12-12

Abstract

一种高磁导率片状羰基铁粉的制备方法，属磁性吸波材料领域。该方法包括：步骤1、一次球磨工艺：室温下，称取直径3～6mm钢球100～150g，羰基铁粉5～10g，表面活性剂硬脂酸钙0.01~0.1g，并量取有机溶液30～50ml一并加入到100ml球磨罐中，在行星式球磨机中以球磨；步骤2、初次球磨后的羰基铁粉用乙醇进行清洗3次，在室温下吹干或50~70℃下快速烘干；步骤3、二次球磨工艺：将干燥好的羰基铁粉与直径为3～6mm的钢球按步骤1所述的一次球磨工艺的比例混合，再次以400~600转/分的速度球磨2~10min；步骤4、球磨罐冷却后，将铁粉与钢球过筛分离即得片状羰基铁粉样品。本发明工艺简单，介电性能不改变的同时具有高磁导率。

Description

高磁导率片状羰基铁粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高磁导率片状羰基铁粉的制备方法，属于磁性吸波材料领域。

背景技术

随着吸波材料的不断发展，磁性吸波材料受到的关注越来越高。金属微粉吸波材料具有居里温度高、温度稳定性好、在磁性材料中磁化强度最高、微波磁导率较大、介电常数较高等优点，因此在吸波材料领域得到广泛应用。金属微粉吸波材料已得到实际应用。如美国F／A-18C／D“大黄蜂”隐身飞机使用的就是羰基铁微粉吸波材料。

磁性吸波材料主要为铁磁共振吸收，利用涡流损耗、磁滞损耗、剩余损耗机制衰减吸收电磁波。而当磁性吸波材料的颗粒尺寸较小时，颗粒的形状对磁导率实部和磁损耗有很大影响。片状磁性吸波材料，具有高的饱和磁化强度和一定的平面各向异性，可突破各向同性Snoek关系(

)的限制，增加高频处的磁性能，因此在一定频率范围内能够调整材料的微波吸收性能。

片状磁性吸波材料制备方法主要有物理法和化学法；化学法制备的片状磁性材料一般形貌均一，纯度高，但其制备方法复杂、周期较长、投入大，不利于工业化生产。昆明理工大学真空冶金国家工程实验室的杨斌曾采用真空蒸发冷凝法制备出了粒径为10～30 μm，厚1～2 μm的片状金属铜粉（真空蒸发-冷凝法制备片状Cu粉，粉末冶金技术，2011，29（2）：110-114）；Joerg Seubert 和Andrea Fetz.采用PVD法制备出30～50 nm的片状金属铝粉PVD Aluminum Pigments : Superior Brilliance for Coatings & Graphic Arts，Paint and Coatings Industry，2000，6：40-48）；孙国亮等人采用电镀法制备了直径30～60 μm，厚约10 μm的片状铁粉（电镀法制备片状磁性吸收剂，New Technology & New Process，2007（11）：90-91）；陈燕和王浩等人采用水热法制备出了片状Fe₃O₄（片状Fe₃O₄纳米晶体的制备与表征，2005, 第四届中国纳米科技西安研讨会论文集：380-383）。而物理法虽然方法较为单一，但是工艺简单，制备效率高，且成本低。如蔡晓兰等人采用球磨法制备出了超细鳞片状锌粉，并讨论了原料粒径对结果的影响（高能球磨法制备超细鳞片状锌粉，有色金属，2004，56（3：29-30）；肖骁等采用球磨法制备了平均粒径45.2 μm，片厚0.51 μm的镍粉（湿法机械球磨制备片状镍粉研究，中国粉体技术，2007，3：1-3）。以上方法均可使用在工业化生产中，但是，针对羰基铁的湿法球磨却存在问题；球磨虽然可以得到片状的羰基铁粉，但是由于纯湿法球磨得到的铁粉介电性能过大，而使得磁导率的增加不明显，因此对整体性能有不利影响。

发明内容

本发明提供一种工艺简单，介电性能不改变的同时具有高磁导率的片状羰基铁粉的制备方法。

本发明提出的片状羰基铁的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、一次球磨工艺：室温下，称取直径3～6 mm钢球100～150 g，羰基铁粉5～10 g，表面活性剂硬脂酸钙0.01~0.1 g，并量取有机溶液30～50 ml一并加入到100 ml球磨罐中，在行星式球磨机中以400~600转/分的速度球磨6～10 h；上述有机溶液为乙醇，或丙酮，或异丙醇，或正己烷，或正辛烷；步骤2、初次球磨后的羰基铁粉用乙醇进行清洗3次，在室温下吹干或50~70℃下快速烘干；步骤3、二次球磨工艺：将干燥好的羰基铁粉与直径为3～6 mm的钢球按步骤1所述的一次球磨工艺的比例混合，再次以400~600转/分的速度球磨2~10 min；步骤4、球磨罐冷却后，将铁粉与钢球过筛分离即得片状羰基铁粉样品。

本发明的片状羰基铁粉，其特征在于：羰基铁片直径约为2～3 μm，厚度为100～200 nm，所得铁粉均为片状。

本发明关键点在于探究出了高磁导率片状羰基铁的球磨工艺，并对其进行了测试，以探究其吸波性能。

（1）通过调整钢球直径、球料比、表面活性剂用量、溶液和时间，在适当的后处理工艺下可以得到结构呈片状的羰基铁粉；

（2）本发明所述的羰基铁粉呈现很好的片状结构，径厚比适中，磁导率相比原球形铁粉得到极大提升，其电磁吸波性能十分优良，适合生产需要；

（3）本发明所述的片状羰基铁粉的制备方法为球磨法，相对于其他方法而言，此种制备方法用料简单，制备工艺操作简便，无需复杂的合成设备，大大降低了制备成本，因此适合规模化生产。

附图说明

图1为实施例1下球磨的羰基铁粉的扫描电子显微镜图；

图2为实施例2下球磨的羰基铁粉的扫描电子显微镜图；

图3为实施例3下球磨的羰基铁粉的扫描电子显微镜图；

图4为实施例4下球磨的羰基铁粉的扫描电子显微镜图；

图5为实施例1的片状羰基铁粉的电磁参数图；

图6为实施例2的片状羰基铁粉的电磁参数图；

图7为实施例3的片状羰基铁粉的电磁参数图；

图8为实施例4的片状羰基铁粉的电磁参数图；

图9为通过采用实施例1工艺所的片状羰基铁粉的X-射线衍射图，横坐标为衍射角。

图10为实例1与原球形羰基铁粉的磁导率对比图。

图11为实施例1所制备的片状羰基铁粉，将其电磁参数数据通过反射率损耗计算公式模拟得到不同厚度下的吸波性能图。

具体实施方式：

以下是本发明具体的实施例。

实施例1：

1）一次球磨

室温下，称取干燥洁净且直径为4 mm的钢球100 g、羰基铁粉10 g和硬脂酸钙0.01 g置于100 ml球磨罐中，并加入40 ml丙酮溶液，采用行星式球磨机进行球磨，参数设定如下：速度500转/分；时间8 h。

2）湿粉干燥

将球磨好的铁粉取出，采用无水乙醇洗涤3次。在室温下，吹干。

3）二次球磨

将干燥后的粉末与4 mm的钢球按原配比加入球磨罐中，继续在转速500转/分下球磨10 min。

4）铁粉与钢球分离

二次球磨后样品过筛分离，得到的样品即为片状羰基铁粉。

实施例2：

1）一次球磨

室温下，称取干燥洁净且直径为6 mm钢球50g、3 mm钢球75 g、羰基铁粉7.5 g和硬脂酸钙0.05 g置于100 ml球磨罐中，并加入50 ml乙醇溶液，采用行星式球磨机进行球磨，参数设定如下：速度400转/分；时间6 h。

2）湿粉干燥

将球磨好的铁粉取出，采用无水乙醇洗涤3次。在50℃干燥箱内，烘干。

3）二次球磨

将烘干后的粉末与6 mm及3 mm的钢球按原配比加入球磨罐中，继续在转速400转/分下球磨10 min。

4）铁粉与钢球分离（同实施例1）

实施例3：

1）一次球磨

室温下，称取干燥洁净且直径为6 mm钢球50g、4 mm钢球100 g、羰基铁粉5 g和硬脂酸钙0.1 g置于100 ml球磨罐中，并加入30 ml正己烷溶液，采用行星式球磨机进行球磨，参数设定如下：速度600转/分；时间10 h。

2）湿粉干燥

将球磨好的铁粉取出，采用无水乙醇洗涤3次。在70℃干燥箱内，烘干。

3）二次球磨

本实例中不采用二次球磨，直接进入下一步。

4）铁粉与钢球分离（同实施例1）

实施例4：

1）一次球磨

室温下，称取干燥洁净且直径为10 mm钢球50g、6 mm钢球100 g、羰基铁粉5 g和硬脂酸钙0.1 g置于100 ml球磨罐中，并加入30 ml正己烷溶液，采用行星式球磨机进行球磨，参数设定如下：速度600转/分；时间10 h。

2）湿粉干燥（同实施例2）

3）二次球磨

将烘干后的粉末与10 mm及6 mm的钢球按原配比加入球磨罐中，继续在转速600转/分下球磨10 min。

4）铁粉与钢球分离（同实施例1）

图1至图4分别为实施例1, 2, 3, 4所制备的羰基铁粉的SEM照片，从图中可以看出实施例1所制备的羰基铁全部呈现片状，直径约2.5 μm，厚度约100 nm；而实施例2中羰基铁粉虽也呈现为片状，但其中存在部分球状；实施例3中羰基铁粉也呈现为片状，片状程度也较好；实施例4铁粉过碎，看不出片层结构；由于实施例4的制备条件超出本专利权利要求书范围，因此实例4所制备的羰基铁粉不能达到所需形貌要求。

图5至图6分别为实施例1, 2, 3, 4所制备的羰基铁粉与石蜡以质量比7：3为比例的电磁参数图，从图中可以看出，在100 MHz～18 GHz范围内实施例1中的磁导率值最大，实施例2, 4中，介电常数虽有所减小，但磁导率比实施例1中的要小，而实施例3中介电常数值过大，对反射率损耗性能有不利影响。

图9为实施例1制备的片状羰基铁粉的X-射线衍射图。从XRD图上可看到Fe在(110)晶面的衍射峰最明显；基本没有氧化铁的峰，说明片层厚度为纳米级别的羰基铁粉末基本没有发生氧化。

图10为实施例1制备的片状羰基铁粉与原始球形羰基铁粉的磁导率对比图，从图中可以看出，得到的片状羰基铁粉的磁导率在频率低于10 GHz内有明显增大的趋势，在10 GHz以后，磁导率变化趋势不明显；但在整个频率范围内片状羰基铁粉的磁损耗相对于原始球形羰基铁粉增大了一倍左右。

图11为由实施例1所测电磁参数以不同厚度值计算出来的反射率损耗图，从图中可以看出，涂层填充了片状羰基铁粉后，当厚度为2 mm时，反射率损耗在频率为9.1 GHz处达到最大值-35 dB；在频率为6.4～13.8 GHz内，涂层的反射率损耗值均低于-10 dB。

Claims

1.一种高磁导率片状羰基铁粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、一次球磨工艺：室温下，称取直径3～6 mm钢球100～150 g，羰基铁粉5～10 g，表面活性剂硬脂酸钙0.01~0.1 g，并量取有机溶液30～50 ml一并加入到100 ml球磨罐中，在行星式球磨机中以400~600转/分的速度球磨6～10 h；上述有机溶液为乙醇，或丙酮，或异丙醇，或正己烷，或正辛烷；

步骤2、初次球磨后的羰基铁粉用乙醇进行清洗3次，在室温下吹干或50~70℃下快速烘干；

步骤3、二次球磨工艺：将干燥好的羰基铁粉与直径为3～6 mm的钢球按步骤1所述的一次球磨工艺的比例混合，再次以400~600转/分的速度球磨2~10 min；

步骤4、球磨罐冷却后，将铁粉与钢球过筛分离即得片状羰基铁粉样品。