CN103290396A - 一种吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸波材料及其制备方法，所述方法包括：对空心微珠进行表面预处理；对所述预处理后的空心微珠进行表面金属化改性；将所述改性后的空心微珠固化成型。通过上述方式，本发明能够提高吸收效果、吸收频带以及吸波性能，并且材料质轻，还有一定的吸声效果。

Description

一种吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，特别是涉及一种吸波材料及其制备方法。

背景技术

所谓吸波材料，指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料。在工程应用上，除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。

根据电磁波在介质中从低磁导向高磁导方向传播的规律，利用高磁导率铁氧体引导电磁波，通过共振，大量吸收电磁波的辐射能量，再通过耦合把电磁波的能量转变成热能。

铁氧体材料，它是主成分含有规定量的氧化铁、氧化铜、氧化锌以及氧化镍的镍铜锌系的铁氧体材料，辅助成分含有规定量的氧化铋、氧化硅、氧化镁、氧化钴，主成分以及辅助成分构成了铁氧体材料。

传统的铁氧体吸收材料，吸收频带较宽，吸收量好，但是质量大，在高温高频条件下性能不稳定，限制了其应用范围。

现有的其它吸波材料主要存在以下几个问题：吸收率低、兼容性差以及吸收频带窄。因此，现有的其它吸波材料逐渐不能满足科技发展对吸波性能的进一步要求。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种吸波材料及其制备方法，能够提高吸收效果、吸收频带以及吸波性能，并且材料质轻，还有一定的吸声效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种制备吸波材料的方法，包括：对空心微珠进行表面预处理；对所述预处理后的空心微珠进行表面金属化改性；将所述改性后的空心微珠固化成型。

其中，所述对空心微珠进行表面预处理的步骤包括：对空心微珠进行粗化处理；对所述粗化处理后的空心微珠进行敏化处理；对所述敏化处理后的空心微珠进行活化处理；对所述活化处理后的空心微珠进行还原处理；对所述还原后的空心微珠进行干燥处理。

其中，所述对空心微珠进行粗化处理的条件包括：在粗化处理所用的溶液中设置10%-15%浓度的氢氟酸，并且进行粗化处理的时间长度为2-3小时。

其中，所述对粗化处理后的空心微珠进行敏化处理的条件包括：设置敏化处理所用的溶液的pH值为第一预定pH值，并且在敏化处理所用的溶液中设置第一预定浓度的二氯化锡以及第二预定浓度的盐酸，处理的时间长度为2-4小时。

其中，所述对敏化处理后的空心微珠进行活化处理的条件包括：设置活化处理所用的溶液的pH值为第二预定的pH值，并且在活化处理所用的溶液中设置第三预定浓度的二氯化钯、第四预定浓度的硼酸以及第五预定浓度的盐酸，处理的时间长度为0.5-3小时。

其中，所述对活化处理后的空心微珠进行还原处理的条件包括：在还原处理所用的溶液中设置第六预定浓度的磷酸二氢钠，并且处理的时间长度为第一预定时间长度。

其中，所述对还原后的空心微珠进行干燥处理的条件包括：干燥温度为第一预定温度，干燥时间长度为2-3小时。

其中，所述对预处理后的空心微珠进行表面金属化改性的步骤包括：配置包括多种金属盐的混合溶液A，将用于调节pH值的碱性物质加入到所述溶液A中，调节所述溶液的pH值为中性；按照50%-70%的质量比例将所述预处理后的空心微珠加入到所述溶液A中，将所述加入有空心微珠的溶液A置于第二预定温度的水浴中加热，同时进行搅拌直至所述加入有空心微珠的溶液A变成胶状物；将所述胶状物置于100-1000摄氏度的温度下干燥直至成为干凝胶；将所述干凝胶置于温度范围在800-1000摄氏度的马弗炉中，处理完成后即为所述表面金属化改性后的空心微珠。

其中，所述将改性后的空心微珠固化成型的步骤包括：将所述改性后的空心微珠和炭黑进行混合得到混合物；将树脂、固化剂以及稀释剂加入到所述混合物中，并搅拌2-4小时；将所述2-4小时的混合物倒入模具固化成型。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种吸波材料，所述材料由金属化改性过的空心微珠构成。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明对空心微珠进行表面金属化改性，加入了磁性填料，提高了吸收效果，将改性后的空心微珠固化成型，可获得纳米级铁氧体，使得吸波性能更好；另外，空心微珠本身的空心结构可增加材料的力学性能，使得材料质轻，还可以有一定的吸声效果。

附图说明

图1是本发明一种吸波材料的制备方法的一实施例的流程图；

图2是本发明一种吸波材料的制备方法的另一实施例的流程图；

图3是本发明一种吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图；

图4是本发明一种吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明一种吸波材料的制备方法的一实施例的流程图，如图1所示，包括：

步骤S101：对空心微珠进行表面预处理；

空心微珠外观为灰白色，是一种松散、流动性好的粉体材料。灰白空心玻璃微珠特点为：隔音性、阻燃性、电绝缘性好，密度小，吸油率低，并且强度高。由于其性能稳定，耐候性好，并且价格低廉，而得到了广泛应用。空心微珠主要成分是二氧化硅SiO₂和三氧化二铝Al₂O₃，经过1400℃高温烧制分选而成，直径在5-1000微米之间，比如5、500或者1000微米，其直径越大，空心率越高，反之则越小。在进行金属化改性前基体表面必须具有催化活性，这样才能引发化学沉积反应。由于空心微珠表面不具备催化活性，必须通过在其表面预沉积一层本征催化活性的金属，使其表面具有催化活性，易引发后面的金属化改性。

在本发明一优选实施例中，空心微珠为粉煤灰空心微珠，粒径范围是10微米、20微米或者30微米左右。

步骤S102：对所述预处理后的空心微珠进行表面金属化改性；

对预处理后的空心微珠进行表面金属化改性，是指对预处理后的空心微珠的表面进行化学沉积反应，使空心微珠的表面均匀覆盖一层合金层。对空心微珠进行表面金属化改性，可部分取代传统的金属和铁氧体吸收剂，成为新型轻质微波吸收剂，成本大大降低。

步骤S103：将所述改性后的空心微珠固化成型。

将改性后的空心微珠固化成型，是指将改性后的空心微珠在固化剂等的作用下成为便于使用的材料类型。

参见图2，图2是本发明一种吸波材料的制备方法的另一实施例的流程图，如图2所示，对空心微珠进行表面预处理的步骤包括：

步骤S201：对空心微珠进行粗化处理；

粗化处理是塑料（包括其它各种非金属材料）电镀工艺的一个关键工序。粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面，增大涂层与基材的咬合力，使净化处理过的表面更加活化，以提高涂层与基材的结合强度，同时基材表面粗化还改变涂层中的残余应力分布，对提高涂层的结合强度也是有利的。粗化不足或粗化过度都直接影响到涂层的结合力，前者更易引起鼓泡脱皮。粗化处理可增大空心微珠的表面粗糙度，从而提高金属离子的形核能力，所得镀层完整、致密。

步骤S202：对所述粗化处理后的空心微珠进行敏化处理；

所谓敏化处理是指使金属（通常是合金）的晶间腐蚀敏感性明显提高的热处理。在此处是指提高空心微珠的腐蚀敏感性。

步骤S203：对所述敏化处理后的空心微珠进行活化处理；

所谓活化处理一般用于处理颗粒非常小的粒子，在本发明中活化处理可以使空心微珠的反应活性增强。

步骤S204：对所述活化处理后的空心微珠进行还原处理；

对活化处理后的空心微珠进行还原处理是指使活化处理后的空心微珠表面的金属离子发生还原反应，生成金属原子附着在空心微珠的表面，使其表面具有催化活性，易引发后面的金属化改性。

步骤S205：对所述还原后的空心微珠进行干燥处理。

干燥处理是液体成分挥发，有利于后面的操作处理。

其中，对空心微珠进行粗化处理的条件包括：在粗化处理所用的溶液中设置10%-15%浓度的氢氟酸，并且进行粗化处理的时间长度为2-3小时。在本发明一优选实施例中，对空心微珠进行粗化处理的条件是：氢氟酸的浓度是10%、12.5%或者15%，处理时间是2、2.5或者3小时。

其中，对粗化处理后的空心微珠进行敏化处理的条件包括：设置敏化处理所用的溶液的pH值为第一预定pH值，并且在敏化处理所用的溶液中设置第一预定浓度的二氯化锡以及第二预定浓度的盐酸，处理的时间长度为2-4小时。在本发明一优选实施例中，对粗化处理后的空心微珠进行敏化处理的条件是：第一预定pH值是3.0、3.2或者3.5，二氯化锡的第一预定浓度是10、12或者15克每升，盐酸的第二预定浓度是40、42或者45克每升，处理的时间长度为2、3或者4小时。

其中，对敏化处理后的空心微珠进行活化处理的条件包括：设置活化处理所用的溶液的pH值为第二预定的pH值，并且在活化处理所用的溶液中设置第三预定浓度的二氯化钯、第四预定浓度的硼酸以及第五预定浓度的盐酸，处理的时间长度为0.5-3小时。在本发明一优选实施例中，对敏化处理后的空心微珠进行活化处理的条件是：第二预定pH值为2.6、2.8或者3.0，二氯化钯的第三预定浓度为0.5、0.6或者0.7克每升，硼酸的第四预定浓度为20、21或者22克每升，盐酸的第五预定浓度为0.19、0.2或者0.22摩尔每升，处理的时间长度为0.5、1.5或者3小时。

其中，对活化处理后的空心微珠进行还原处理的条件包括：在还原处理所用的溶液中设置第六预定浓度的磷酸二氢钠，并且处理的时间长度为第一预定时间长度。在本发明一优选实施例中，对活化处理后的空心微珠进行还原处理的条件是：磷酸二氢钠的第六预定浓度是2.8%、3%或者3.2%，处理的第一预定时间长度是1.8、2或者2.5分钟。

其中，对还原后的空心微珠进行干燥处理的条件包括：干燥温度为第一预定温度，干燥时间长度为2-3小时。在本发明一优选实施例中，对还原后的空心微珠进行干燥处理的条件是：干燥的第一预定温度是100、110或者120摄氏度，干燥时间长度是2、2.5或者3小时。

参见图3，图3是本发明一种吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图，如图3所示，对预处理后的空心微珠进行表面金属化改性的步骤包括：

步骤S301：配置包括多种金属盐的混合溶液A，将用于调节pH值的碱性物质加入到所述溶液A中，调节所述溶液的pH值为中性；

根据吸波材料的要求，包括多种金属盐的混合溶液A中的金属盐可以选择铁、钡、钴、镍、铜、钛、银等的金属盐。用于调节pH值的碱性物质常用的有：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等，如果不需要引入其它的金属离子，可以选择氨水调节溶液的pH值。在本发明一优选实施例中，步骤S301具体为：柠檬酸，硝酸铁、硝酸钡、硝酸钴以及硝酸镍，加入氨水调节溶液至7。

步骤S302：按照50%-70%的质量比例将所述预处理后的粉煤灰空心微珠加入到所述溶液A中，将所述加入有空心微珠的溶液A置于第二预定温度的水浴中加热，同时进行搅拌直至所述加入有空心微珠的溶液A变成胶状物；

在本发明一优选实施例中，步骤S302具体为：按一定质量比例50%-70%，比如50%、60%或者70%，加入空心微珠，置于90、92或者95摄氏度水浴加热，并搅拌至胶状。

步骤S303：将所述胶状物置于100-1000摄氏度的温度下干燥直至成为干凝胶；

在本发明一优选实施例中，步骤S303具体为：在100、550或者1000摄氏度下干燥至干凝胶。

步骤S304：将所述干凝胶置于温度范围在800-1000摄氏度的马弗炉中，处理完成后即为所述表面金属化改性后的空心微珠。

在本发明一优选实施例中，步骤S304具体为：将凝胶至于马弗炉加热至800-1000摄氏度，比如800、900或者1000摄氏度。

参见图4，图4是本发明一种吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图，如图4所示，将改性后的空心微珠固化成型的步骤包括：

步骤S401：将所述改性后的空心微珠和炭黑进行混合得到混合物；

炭黑是由烃类（油类或天然气等碳氢化合物）裂解和不完全燃烧而制得的高度分散性的黑色粉末状物质，它主要由碳元素组成，而微晶具有准石墨结构，且呈同心取向，其“粒子”由近乎球形或其他不规则形状的聚集体所构成。炭黑有较高的吸光性，能够把光能转化为热能，保护空心微珠表面防止老化作用。加入炭黑的量根据实际情况进行控制。

步骤S402：将树脂、固化剂以及稀释剂加入到所述混合物中，并搅拌2-4小时；

松香、安息香等是天然树脂，酚醛树脂、聚氯乙烯树脂等是合成树脂。树脂是制造塑料的主要原料，树脂也用来制涂料（是涂料的成膜物质）、黏合剂、绝缘材料等。在此处用得比较多的是环氧树脂，环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不熔的具有三向网状结构的高聚物。

固化剂又名硬化剂、熟化剂或变定剂，是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。树脂固化是经过缩合、闭环、加成或催化等化学反应，使热固性树脂发生不可逆的变化过程，固化是通过添加固化（交联）剂来完成的。

稀释剂为了降低树脂粘度，改善其工艺性能而加入的与树脂混溶性良好的液体物质，有活性稀释剂和非活性稀释剂之分。

步骤S403：将所述搅拌2-4小时的混合物倒入模具固化成型。

在本发明一优选实施例中，搅拌的时间是2、3或者4小时。

区别于现有技术，本发明对空心微珠进行表面金属化改性，加入了磁性填料，提高了吸收效果，将改性后的空心微珠固化成型，可获得纳米级铁氧体，使得吸波性能更好；另外，空心微珠本身的空心结构可增加材料的力学性能，使得材料质轻，还可以有一定的吸声效果。

本发明还提供一种吸波材料，该吸波材料由金属化改性过的空心微珠构成。

空心微珠外观为灰白色，是一种松散、流动性好的粉体材料。灰白空心玻璃微珠特点为：隔音性、阻燃性、电绝缘性好，密度小，吸油率低，并且强度高。由于其性能稳定，耐候性好，并且价格低廉，而得到了广泛应用。空心微珠主要成分是二氧化硅SiO₂和三氧化二铝Al₂O₃，经过1400℃高温烧制分选而成，直径在5-1000微米之间，比如5、500或者1000微米，其直径越大，空心率越高，反之则越小。在进行金属化改性前基体表面必须具有催化活性，这样才能引发化学沉积反应。由于空心微珠表面不具备催化活性，必须通过在其表面预沉积一层本征催化活性的金属，使其表面具有催化活性，易引发后面的金属化改性。

其中，空心微珠的粒径范围可以根据实际情况进行选择，在本发明一优选实施例中，空心微珠的粒径是10微米、20微米或者30微米左右。

另外，在实际应用中，根据不同的需求，可以让该吸波材料含有不同的金属原子，从而使得吸波材料带有不同的磁性。

区别于现有技术，本发明的吸波材料，加入了磁性填料，提高了吸收效果，另外，空心微珠本身的空心结构可增加材料的力学性能，使得材料质轻，还可以有一定的吸声效果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种吸波材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括：

对空心微珠进行表面预处理；

对所述预处理后的空心微珠进行表面金属化改性；

将所述改性后的空心微珠固化成型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对空心微珠进行表面预处理的步骤包括：

对空心微珠进行粗化处理；

对所述粗化处理后的空心微珠进行敏化处理；

对所述敏化处理后的空心微珠进行活化处理；

对所述活化处理后的空心微珠进行还原处理；

对所述还原后的空心微珠进行干燥处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述对空心微珠进行粗化处理的条件包括：在粗化处理所用的溶液中设置10%-15%浓度的氢氟酸，并且进行粗化处理的时间长度为2-3小时。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述对粗化处理后的空心微珠进行敏化处理的条件包括：设置敏化处理所用的溶液的pH值为第一预定pH值，并且在敏化处理所用的溶液中设置第一预定浓度的二氯化锡以及第二预定浓度的盐酸，处理的时间长度为2-4小时。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述对敏化处理后的空心微珠进行活化处理的条件包括：设置活化处理所用的溶液的pH值为第二预定的pH值，并且在活化处理所用的溶液中设置第三预定浓度的二氯化钯、第四预定浓度的硼酸以及第五预定浓度的盐酸，处理的时间长度为0.5-3小时。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述对活化处理后的空心微珠进行还原处理的条件包括：在还原处理所用的溶液中设置第六预定浓度的磷酸二氢钠，并且处理的时间长度为第一预定时间长度。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述对还原后的空心微珠进行干燥处理的条件包括：干燥温度为第一预定温度，干燥时间长度为2-3小时。

8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于：所述对预处理后的空心微珠进行表面金属化改性的步骤包括：

配置包括多种金属盐的混合溶液A，将用于调节pH值的碱性物质加入到所述溶液A中，调节所述溶液的pH值为中性；

按照50%-70%的质量比例将所述预处理后的空心微珠加入到所述溶液A中，将所述加入有空心微珠的溶液A置于第二预定温度的水浴中加热，同时进行搅拌直至所述加入有空心微珠的溶液A变成胶状物；

将所述胶状物置于100-1000摄氏度的温度下干燥直至成为干凝胶；

将所述干凝胶置于温度范围在800-1000摄氏度的马弗炉中，处理完成后即为所述表面金属化改性后的空心微珠。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述将改性后的空心微珠固化成型的步骤包括：

将所述改性后的空心微珠和炭黑进行混合得到混合物；

将树脂、固化剂以及稀释剂加入到所述混合物中，并搅拌2-4小时；

将所述搅拌2-4小时的混合物倒入模具固化成型。

10.一种吸波材料，其特征在于：所述材料由金属化改性过的空心微珠构成。

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