CN103242037A - 在l波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料及制备方法 - Google Patents

在l波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

在L波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料及制备方法，涉及材料技术，特别涉及磁性材料技术。本发明的材料的化学成分是(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,x=0.0,或0.2,或0.4,或0.6,或0.8。本发明的铁氧体材料在L波段上具有磁损耗高、电阻率高、优良的高频软磁性能等优点。

Description

在L波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料及制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术，特别涉及磁性材料技术。
背景技术
随着现代电子技术的不断发展，电磁辐射和电磁干扰问题越来越严重，工作中的电子、电气设备大多伴随着电磁能量的转换，高密度、宽频谱的电磁信号充满整个人类生存空间，造成了极其复杂的电磁环境。以通信为主的电子系统在这种电磁环境下能否正常工作受到严峻的考验，在通信系统中，集成电路由于规模化使用方便而获得了广泛应用，并朝着微型化高集成度方向发展，由于各模块紧密相连，电路模块的相互干扰已引起业内人士的广泛注意。另外，各种电子系统辐射的电磁波对人体构成了很大的危害，复杂的电磁环境引起人们对生存环境的迫切关注。
解决电磁干扰问题最直接的办法之一就是利用高磁损耗的磁性材料，使有害电磁波转化为热能被耗散掉。这便需要一种能够在相应频段内具有较大磁损耗的材料。高磁导率虚部（μ"）表示该材料具有较高的磁损耗性能。目前具备较大磁损耗的材料主要是磁性合金粉体，但是在L波段内合金粉末的磁导率虚部很低，磁损耗性能差，不能很好地吸收电磁波。另外，合金粉体在微波频段（如L波段）内有较高的介电常数，这将导致吸波涂层与自由空间的阻抗严重不匹配，进而造成电磁波不能有效进入吸收涂层被损耗掉，从而使得这类合金粉体主要在低频（如1Hz～1MHz）下使用。与磁性合金类粉体相比较，六角铁氧体具备高电阻率和适宜的介电常数，能有效地降低上述的阻抗失配问题，从而使其在L波段的电磁能量吸收方面具有明显的优势。另外，与其他类的铁氧体（如尖晶石铁氧体）相比，六角铁氧体材料由于具有较大的平面磁晶各向异性，因而其理论共振频率可达到3.7GHz，比尖晶石铁氧体的共振频率高出几个数量级。开发一种既具有合适的自然共振频率，又具有较大磁损耗（也即大的μ"值）的六角铁氧体具有重要的应用价值：在民用方面，如防止高层建筑物反射电磁波引起的电视重影、EMC暗室材料以及解决高频设备引起的设备内部和设备之间的干扰等方面具有广泛的应用前景；在军事领域的隐身材料方面也同样具有重要的应用前景，如在水面舰艇和飞行器的隐身涂层中，该铁氧体材料将能用作隐身涂层中核心的雷达波吸收剂而被大量使用。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题是，提供一种在L波段内具有磁导率实部和虚部双高的六角铁氧体材料，可用做L波段内的高磁损耗材料。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，一种在L波段下使用的高磁损耗的六角铁氧体材料，其特征在于，其化学成分为(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,x=0.0,或0.2,或0.4,或0.6,或0.8。
本发明还提供在L波段下使用的高损耗的六角铁氧体材料的制备方法，包括下述步骤：
1）原材料选取：按质量百分比，以氧化物计算，原材料为：
BaCO3：4.94～23.55wt%、SrCO3:0.00～14.83wt%、CoO：6.68～7.01wt%、Fe2O3：69.76～73.23wt%；
2）混合和球磨原材料；
3）预烧：将球磨好的原料烘干后放入高温炉中进行预烧，预烧温度为1170℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎，过200目筛(粉体颗粒直径≦63um)；
4）将上述粉体放入空气或氧气气氛炉中进行烧结，烧结温度为1270℃或1220℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎，过200目筛。
本发明利用固相反应法制备的铁氧体材料在L波段上具有磁损耗高、电阻率高、优良的高频软磁性能等优点，克服了合金粉末吸收剂的不足之处，使其在制成吸波材料时，能很容易得到良好的吸波性能。另外，本发明的原材料均为工业纯，价格低廉；制备需求设备简单，工艺程序较少，易于大规模生产。本发明的制备方法为普通氧化物法，操作和工艺流程简单无污染，制备出的铁氧体材料除了在高频段具有较高的磁导率外，磁损耗也很大，并且在L波段内磁损耗峰位可随着SrCO3和BaCO3含量的变化左右移动。
附图说明：
图1为实施例1最终样品所测得的磁谱图。
图2为实施例2最终样品所测得的磁谱图。
图3为实施例3最终样品所测得的磁谱图。
图4为实施例4最终样品所测得的磁谱图。
图5为实施例5最终样品所测得的磁谱图。
图6为实施例6最终样品所测得的磁谱图。
图7为实施例7最终样品所测得的磁谱图。
图8为实施例8最终样品所测得的磁谱图。
图9为实施例9最终样品所测得的磁谱图。
图10为实施例1～5最终样品所测得的磁谱比较曲线图，表明在配方(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.6时，即实施例4所得样品可以具备较高的磁导率。
图11为实施例1～5最终样品所测得的磁损耗比较曲线图，表明配方(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.6时，即实施例4所得样品可以同时具备较高的自然共振频率和较高的磁损耗。
图12为实施例6～9最终样品所测得的磁谱比较曲线图，表明在其他工艺和配方相同的情况下，实施例6所得到的样品在L波段（1GHz～2GHz）磁导率较高。
图13为实施例6～9最终样品所测得的磁损耗比较曲线图，表明在其他工艺和配方相同的情况下，实施例6所获得的样品磁损耗较大。
以上数据均是由美国惠普公司生产的矢量网络分析仪HP4291B测试所得，其测试频率范围为10MHz～1800MHz。
具体实施方式
在L波段(1GHz～2GHz)内具有高磁损耗六角铁氧体材料，其化学成分为(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.0,0.2,0.4,0.6,0.8。
制备方法包括以下步骤：
1、混合原材料：本发明的主要成份及含量（质量百分比）以氧化物计算为：BaCO3：0.00～23.55wt%、SrCO3:0.00～18.75wt%、CoO：6.68～7.09wt%、Fe2O3：69.76～74.15wt%。
将原材料按要求称好，放入球磨机中进行球磨。所球磨的料、氧化锆磨球、去离子水质量比为1：3：1.2，其中大尺寸磨球(半径约4.4mm)、小尺寸磨球(半径约2.5mm)的质量比为1:2，球磨时间为3小时，转速设定为每分钟300转。球磨的主要目的是使原料混合均匀。
2、预烧：将球磨好的原料烘干，将烘干的的原料放入空气或氧气气氛下的高温炉中进行预烧，预烧温度为1120～1220℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，随炉冷却到室温，然后取出粉碎，过200目筛。
3、将上述粉体放入空气或氧气气氛下的高温炉中进行烧结，烧结温度为1220℃～1270℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，随炉冷却到室温，然后取出粉碎，过200目筛。
实施例1
1、主要成份及含量（质量百分比）以氧化物计算为：
配方：BaCO3：23.56wt%、SrCO3：0.00wt%、CoO：6.67wt%、Fe2O3：69.76wt%，即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.0。
2、混合和球磨原材料：将原材料按要求称好，放入球磨机中进行球磨。所球磨的料、氧化锆磨球、去离子水质量比为1：3：1.2，其中大尺寸磨球(半径约4.4mm)、小尺寸磨球(半径约2.5mm)的质量比为1:2，球磨时间为3小时，转速设定为每分钟300转。球磨的主要目的是使原料混合均匀。
3、预烧：将球磨好的原料烘干后放入空气气氛下的高温炉中进行预烧，预烧温度为1170℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎，过200目筛。
4、将上述粉体放入空气气氛下的高温炉中进行烧结，烧结温度为1270℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎，过200目筛。
对所制的粉体进行电磁参数测试表明，该六角铁氧体的自然共振频率在0.99GHz，所对应的磁导率的实部和虚部值分别为3.41和16.58。
实施例2
1、主要成份及含量（质量百分比）以氧化物计算为：
配方：BaCO3：19.08wt%、SrCO3：3.57wt%、CoO：6.76wt%、Fe2O3：70.59wt%，即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.2。
2、混合和球磨原材料：将原材料按要求称好，放入球磨机中进行球磨。所球磨的料、氧化锆磨球、去离子水质量比为1：3：1.2，其中大尺寸磨球(半径约4.4mm)、小尺寸磨球(半径约2.5mm)的质量比为1:2，球磨时间为3小时，转速设定为每分钟300转。球磨的主要目的是使原料混合均匀。
3、预烧：将球磨好的原料烘干，将烘干的的原料放入空气气氛下的高温炉中进行预烧，预烧温度为1170℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为3小时，然后取出粉碎，过200目筛。
4、将上述粉体放入空气气氛下的高温炉中进行烧结，烧结温度为1270℃，升温速度为每分钟3℃，保温3小时，然后取出粉碎，过200目筛。
对所制的粉体进行电磁参数测试表明，该六角铁氧体的自然共振频率在1.11GHz，所对应的磁导率的实部和虚部的值分别为3.50和22.22。
实施例3
1、主要成份及含量（质量百分比）以氧化物计算为：
配方：BaCO3：14.47wt%、SrCO3：7.23wt%、CoO：6.84wt%、Fe2O3：71.46wt%，即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.4。
2、混合和球磨原材料：将原材料按要求称好，放入球磨机中进行球磨。所球磨的料、氧化锆磨球、去离子水质量比为1：3：1.2，其中大尺寸磨球(半径约4.4mm)、小尺寸磨球(半径约2.5mm)的质量比为1:2，球磨时间为3小时，转速设定为每分钟300转。球磨的主要目的是使原料混合均匀。
3、预烧：将球磨好的原料烘干，将烘干的的原料放入空气气氛下的高温炉中进行预烧，预烧温度为1170℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎,过200目筛。
4、将上述粉体放入空气气氛下的高温炉中进行烧结，烧结温度为1270℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎,过200目筛。
对所制的粉体进行电磁参数测试表明，该六角铁氧体的自然共振频率在1.14GHz，所对应的磁导率的实部和虚部的值分别为3.09和26.94。
实施例4
1、主要成份及含量（质量百分比）以氧化物计算为：
配方：BaCO3：9.77wt%、SrCO3：10.97wt%、CoO：6.92wt%、Fe2O3：72.33wt%，即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.6。
2、混合和球磨原材料：将原材料按要求称好，放入球磨机中进行球磨。所球磨的料、氧化锆磨球、去离子水质量比为1：3：1.2，其中大尺寸磨球(半径约4.4mm)、小尺寸磨球(半径约2.5mm)的质量比为1:2，球磨时间为3小时，转速设定为每分钟300转。球磨的主要目的是使原料混合均匀。
3、预烧：将球磨好的原料烘干，将烘干的的原料放入空气气氛下的高温炉中进行预烧，预烧温度为1170℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎，过200目筛。
4、将上述粉体放入空气气氛下的高温炉中进行烧结，烧结温度为1270℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎，过200目筛。
对所制的粉体进行电磁参数测试表明，该六角铁氧体的自然共振频率在1.54GHz，所对应的磁导率的实部和虚部的值分别为1.10和34.22。
实施例5
1、主要成份及含量（质量百分比）以氧化物计算为：
配方：BaCO3：4.94wt%、SrCO3：14.83wt%、CoO：7.01wt%、Fe2O3：73.23wt%，即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.8。
2、混合和球磨原材料：将原材料按要求称好，放入球磨机中进行球磨。所球磨的料、氧化锆磨球、去离子水质量比为1：3：1.2，其中大尺寸磨球(半径约4.4mm)、小尺寸磨球(半径约2.5mm)的质量比为1:2，球磨时间为3小时，转速设定为每分钟300转。球磨的主要目的是使原料混合均匀。
3、预烧：将球磨好的原料烘干，将烘干的的原料放入空气气氛下的高温炉中进行预烧，预烧温度为1170℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎，过200目筛。
4、将上述粉体放入空气气氛下的高温炉中进行烧结，烧结温度为1270℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎，过200目筛。
对所制的粉体进行电磁参数测试表明，该六角铁氧体的自然共振频率超过1.8G，磁导率虚部大于22。
实施例6
1、主要成份及含量（质量百分比）以氧化物计算为：
配方：BaCO3：14.47wt%、SrCO3：7.23wt%、CoO：6.84wt%、Fe2O3：71.46wt%，即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.4。
2、混合和球磨原材料：将原材料按要求称好，放入球磨机中进行球磨。所球磨的料、氧化锆磨球、去离子水质量比为1：3：1.2，其中大尺寸磨球(半径约4.4mm)、小尺寸磨球(半径约2.5mm)的质量比为1:2，球磨时间为3小时，转速设定为每分钟300转。球磨的主要目的是使原料混合均匀。
3、预烧：将球磨好的原料烘干，将烘干的的原料放入氧气气氛炉中进行预烧，氧气速率为每小时25L,预烧温度为1170℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎,过200目筛。
4、将上述粉体放入空气气氛下的高温炉中进行烧结，烧结温度为1220℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎,过200目筛。
对所制的粉体进行电磁参数测试表明，该六角铁氧体的自然共振频率在1.24GHz，所对应的磁导率的实部和虚部的值分别为4.66和26.94。
实施例7
1、主要成份及含量（质量百分比）以氧化物计算为：
配方：BaCO3：14.47wt%、SrCO3：7.23wt%、CoO：6.84wt%、Fe2O3：71.46wt%，即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.4。
2、混合和球磨原材料：将原材料按要求称好，放入球磨机中进行球磨。所球磨的料、氧化锆磨球、去离子水质量比为1：3：1.2，其中大尺寸磨球(半径约4.4mm)、小尺寸磨球(半径约2.5mm)的质量比为1:2，球磨时间为3小时，转速设定为每分钟300转。球磨的主要目的是使原料混合均匀。
3、预烧：将球磨好的原料烘干，将烘干的的原料放入氧气气氛炉中进行预烧，氧气速率为每小时25L,预烧温度为1170℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎,过200目筛。
4、将上述粉体放入空气气氛下的高温炉中进行烧结，烧结温度为1270℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎,过200目筛。
对所制的粉体进行电磁参数测试表明，该六角铁氧体的自然共振频率在0.857GHz，所对应的磁导率的实部和虚部的值分别为3.40和21.62。
实施例8
1、主要成份及含量（质量百分比）以氧化物计算为：
配方：BaCO3：14.47wt%、SrCO3：7.23wt%、CoO：6.84wt%、Fe2O3：71.46wt%，即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.4。
2、混合和球磨原材料：将原材料按要求称好，放入球磨机中进行球磨。所球磨的料、氧化锆磨球、去离子水质量比为1：3：1.2，其中大尺寸磨球(半径约4.4mm)、小尺寸磨球(半径约2.5mm)的质量比为1:2，球磨时间为3小时，转速设定为每分钟300转。球磨的主要目的是使原料混合均匀。
3、预烧：将球磨好的原料烘干，将烘干的的原料放入空气气氛下的高温炉中进行预烧，预烧温度为1120℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎,过200目筛。
4、将上述粉体放入空气气氛下的高温炉中进行烧结，烧结温度为1270℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎,过200目筛。
对所制的粉体进行电磁参数测试表明，该六角铁氧体的自然共振频率在1.02GHz，所对应的磁导率的实部和虚部的值分别为4.27和21.63。
实施例9
1、主要成份及含量（质量百分比）以氧化物计算为：
配方：BaCO3：14.47wt%、SrCO3：7.23wt%、CoO：6.84wt%、Fe2O3：71.46wt%，即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.4。
2、混合和球磨原材料：将原材料按要求称好，放入球磨机中进行球磨。所球磨的料、氧化锆磨球、去离子水质量比为1：3：1.2，其中大尺寸磨球(半径约4.4mm)、小尺寸磨球(半径约2.5mm)的质量比为1:2，球磨时间为3小时，转速设定为每分钟300转。球磨的主要目的是使原料混合均匀。
3、预烧：将球磨好的原料烘干，将烘干的的原料放入空气气氛下的高温炉中进行预烧，预烧温度为1220℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎,过200目筛。
4、将上述粉体放入空气气氛下的高温炉中进行烧结，烧结温度为1270℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎,过200目筛。
对所制的粉体进行电磁参数测试表明，该六角铁氧体的自然共振频率在0.993GHz，所对应的磁导率的实部和虚部的值分别为4.86和21.69。

Claims (10)

1.在L波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料，其特征在于，其化学成分是(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,x=0.0,或0.2,或0.4,或0.6,或0.8。
2.如权利要求1所述的在L波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1）原材料选取：按质量百分比，以氧化物计算，原材料为：
BaCO3：4.94～23.55wt%、SrCO3:0.00～14.83wt%、CoO：6.68～7.01wt%、Fe2O3：69.76～73.23wt%；
2）混合原料和球磨：原料、氧化锆磨球、去离子水质量比为1：3：1.2，其中大尺寸磨球、小尺寸磨球的质量比为1:2，球磨时间为3小时，转速设定为每分钟300转；
3）预烧：将球磨好的原料烘干后放入空气或氧气气氛下的高温炉中进行预烧，预烧温度为1120℃～1220℃，升温速度为每分钟3℃，保温时间为2小时，然后取出粉碎，过200目筛；
4）将上述粉体放入空气气氛下的高温炉中进行烧结，烧结温度为1220℃～1270℃，升温速度为每分钟3℃，保温2小时，然后取出粉碎，过200目筛。
3.如权利要求2所述的在L波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，原材料为：
BaCO3：23.56wt%、SrCO3：0.00wt%、CoO：6.67wt%、Fe2O3：69.76wt%；即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.0；
所述步骤3）中，1170℃空气中烧结；
所述步骤4）中，1270℃空气中烧结。
4.如权利要求2所述的在L波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，原材料为：BaCO3：19.08wt%、SrCO3：3.57wt%、CoO：6.76wt%、Fe2O3：70.59wt%；
即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.2；
所述步骤3）中，1170℃空气中烧结；
所述步骤4）中，1270℃空气中烧结。
5.如权利要求2所述的在L波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，原材料为：BaCO3：14.47wt%、SrCO3：7.23wt%、CoO：6.84wt%、Fe2O3：71.46wt%；
即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.4；
所述步骤3）中，1170℃空气中烧结；
所述步骤4）中，1270℃空气中烧结。
6.如权利要求2所述的在L波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，原材料为：BaCO3：9.77wt%、SrCO3：10.97wt%、CoO：6.92wt%、Fe2O3：72.33wt%；
即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.6；
所述步骤3）中，1170℃空气中烧结；
所述步骤4）中，1270℃空气中烧结。
7.如权利要求2所述的在L波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，原材料为：BaCO3：4.94wt%、SrCO3：14.83wt%、CoO：7.01wt%、Fe2O3：73.23wt%；
即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.8；
所述步骤3）中，1170℃空气中烧结；
所述步骤4）中，1270℃空气中烧结。
8.如权利要求2所述的在L波段内具有高磁损耗的六角铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，原材料为：BaCO3：14.47wt%、SrCO3：7.23wt%、CoO：6.84wt%、Fe2O3：71.46wt%；
即化学成分为：(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41,其中x=0.4；
所述步骤3）中，1170℃中的氧气气氛下预烧，其中气流速率为每小时25L；
所述步骤4）中，1270℃空气中烧结。
9.如权利要求8所述的在L波段下使用的高磁损耗的六角铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中,于1120℃空气中预烧。
10.如权利要求8所述的在L波段下使用的高磁损耗的六角铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中，于1220℃空气中预烧。
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