CN104004948A - 一种超轻复合吸波板材及其制备方法 - Google Patents

一种超轻复合吸波板材及其制备方法 Download PDF

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一种超轻复合吸波板材，它的化学分子式为Mg-xM/yFe3O4，其中M代表Li、Al、Ti等轻金属元素；x，y为质量分数(wt.％)：0≤x≤20，1≤y≤40，所述超轻复合吸波板材的制备方法是将原料粉末在行星球磨机上球磨，其中球料比为10-20∶1，球磨时间2-4h，球磨转速400-500r/min；球磨的粉末在5MPa的压力下预压成型，在430-530℃、30MPa压力下，等离子烧结5-10min；然后于常温低频交变磁场下轧制，其中磁场处理时间为30-40s，磁场频率2-5Hz，交变电压220-250V，最后可得到1-2mm厚的吸波板材。本发明的超轻复合吸波板材具有质量超轻，机械性能优越，吸波性能良好等优点，同时制备方法简单、生产周期短、节能环保，可广泛用于国防、电子等领域。

Description

一种超轻复合吸波板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属板材及其制备方法，特别涉及一种吸波板材及其制备方法。
背景技术
隐身技术作为一门飞快发展的新兴边缘学科，已经广泛应用在军事隐身、人体防护和保温节能领域。美国的隐身技术一直处于世界领先水平，其杰出代表B-2隐形轰炸机、U-2高空侦察机和F-117A隐形战斗机的出现，体现了吸波材料在军事隐身技术中不可替代的巨大优势。随着电子技术的蓬勃发展，未来战争中的各种军事装备及设施将受到严重的威胁，而针对这一问题各国青睐于使用优异性能的吸波材料来有效提高武器的作战能力。由于隐形材料在国防军事等领域的重要作用，开发频带宽、厚度薄、质量轻、功能强的隐形材料成为了其发展的重要方向。铁氧体系吸波材料是一种传统的吸波材料，具有涂层厚度薄、吸波性能优越、频带宽和成本低等优点，已广泛应用于隐身技术。但其也存在着密度大、高温性能不佳的缺点，为克服其不足，大量研究人员正通过复合手段开发研制性能优异的新型复合吸波材料。而镁合金密度小、是质量最轻的金属结构材料，同时具有比强度高、比刚度高、阻尼减震性能优异、电磁屏蔽特性良好、易回收等优点，因此镁合金是实现武器轻量化、灵敏化，提高作战速度的理想结构材料。通过以质量超轻的镁合金为基体材料复合具有优异吸波性能的铁氧体，能够获得质量超轻、吸波频带宽的复合吸波材料。
文献“《Production Engineering》5(3)(2011)pp.233-240,”公开了一种制备镁合金/γ-Fe2O3复合材料的方法。具体方法是将不同比例的25微米的AZ61粉末与γ-Fe2O3粉末在搅拌器中搅拌均匀，在一定的压力下压成片并放入模具于450℃烧结45min，其中烧结时控制的真空度为4×10-2mbar，最终获得性能良好复合材料。虽然文献中对所制备的复合材料在磁性数据存储领域进行深入研究，但并未涉及任何与吸波材料领域相关的研究。
中国发明专利申请号201110350065.5公开了一种高性能镁合金吸波复合板材及其制备方法。制备的吸波材料虽然质量轻、强度高，但是复合板材的界面处易发生脱落，复合板材的厚度较厚，在轧制时由于三块板材之间的变形量不同在复合板材内易出现应力，导致所得吸波材料的力学性能下降、吸波性能受限。
中国发明专利申请号201310070227.9公开了一种制备还原氧化石墨烯/四氧化三铁纳米粒子吸波材料的方法。具体方法是：将一定比例的FeCl2·4H2O和FeCl3·4H2O加入到GO水溶液中在30℃-50℃水浴恒温10min，随后用NaOH调节混合溶液的pH值至9-11，在60℃-80℃水浴恒温2h-3h。然后，将一定溶度的NaBH4水溶液加到得到的混合溶液中，并且在70℃-100℃恒温0.5h-2h。最后，过滤、离心或抽滤后，在60℃-80℃真空干燥，即获得RGO-Fe3O4吸波材料。该专利中复合材料的制备方法简单、快速、厚度薄，但是也存在以下不足之处：Fe3O4纳米粒子在RGO-Fe3O4复合材料中难以分散均匀，FeCl2·4H2O在空气中极易氧化难以控制好FeCl2·4H2O和FeCl3·4H2O之间的比例，使得制备的复合材料吸波性能不佳，产品纯度不高。
综上所述，当前吸波材料存在的主要缺点是：
第一，吸波材料密度较大。
第二，吸波频率窄，吸收效率差。
第三，吸波层与基体结合不紧密，材料的力学性能较差。
第四，制备工艺复杂，对环境不友好，成本较高，同时不适合规模生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备方法简单、吸波板材质量超轻、吸波性能优越的超轻复合吸波板材及其制备方法。
本发明的超轻复合吸波板材的化学分子式为：Mg-xM/yFe3O4，其中M代表Li、Al、Ti等轻金属元素，有两种或两种以上的元素共存时相互间的用量均等；x，y为质量分数(wt.％)，0≤x≤20，1≤y≤40。
上述超轻复合吸波板材的制备方法如下：
将Mg、M、Fe3O4粉末在行星球磨机上球磨，其中磨球是直径为6mm的不锈钢球，球料比为10-20:1，球磨时间2-4h，球磨转速400-500r/min；球磨的粉末在5MPa的压力下预压成型，然后于430-530℃、30MPa压力下，等离子烧结5-10min；然后在常温低频交变磁场下进行轧制，其中磁场处理时间为30-40s，磁场频率为2-5Hz，交变电压为220-250V，最后制得1-2mm厚的吸波板材。
本发明与现有金属相比具有如下优点：
1、制备的复合吸波板材质量超轻，是同等厚度条件下质量最轻的吸波材料；
2、制备的复合吸波板材电磁波吸收频段宽、吸波性能优越，最大可达到-30dB以下；
3、制备过程中采用的放电等离子烧结工艺具有加热均匀，升温速度快，烧结时间短，产品组织细小，节能环保等优点；
4、轧制是在低频交变磁场完成的，可有效减少轧制过程出现的残余应力，提高吸波板材的力学性能。
5、制备过程简单、对环境友好、生产周期短、适合大规模生产。
附图说明
图1是本发明实施例1在放电等离子烧结后获得的Mg-15Fe3O4型材金相图。
图2是本发明实施例2制得的Mg-7Li7Al/5Fe3O4超轻复合吸波板材的吸收效果曲线图。
图3是本发明实施例3制得的Mg-3Li3Al3Ti/40Fe3O4超轻复合吸波板材的吸收效果曲线图。
图4是本发明实施例4在放电等离子烧结后获得的Mg-20Ti/1Fe3O4型材金相图。
具体实施方式
实施例1
取Mg粉末8.5g、Fe3O4粉末1.5g和直径为6mm的不锈钢磨球100g在行星球磨机上进行球磨，球磨时间为2h，球磨转速为400r/min；将球磨后的粉末在5MPa的压力下预压成型，然后于530℃、30MPa压力下，等离子烧结10min，如图1所示，可以看出烧结后型材的晶粒细小，Fe3O4颗粒在基体中分散均匀；然后在常温低频交变磁场下进行轧制，磁场处理时间为30s，磁场频率2Hz，交变电压为220V，最后制备得厚度为2mm的Mg-15Fe3O4超轻复合吸波板材。
实施例2
取Mg粉末8.1g、Li粉末0.7g、Al粉末0.7g、Fe3O4粉末0.5g和直径为6mm的不锈钢磨球150g在行星球磨机上进行球磨，球磨时间为3h，球磨转速为450r/min；球磨的粉末在5MPa的压力下预压成型，然后于500℃、30MPa压力下，等离子烧结8min；然后在常温低频交变磁场下进行轧制，磁场处理时间为35s，磁场频率为3Hz，交变电压为230V，最后制备得到厚度为1.5mm的Mg-7Li7Al/5Fe3O4超轻复合吸波板材。如图2所示，可以看出，该板材的吸波频率宽，吸波效果好，吸收峰值为-36dB。
实施例3
取Mg粉末5.91g、Li粉末0.3g、Al粉末0.3g、Ti粉末0.3g、Fe3O4粉末4g和直径为6mm的不锈钢磨球200g在行星球磨机上进行球磨，球磨时间为4h，球磨转速为500r/min；球磨的粉末在5MPa的压力下预压成型，然后于430℃、30MPa压力下，等离子烧结5min；然后在常温低频交变磁场下进行轧制，磁场处理时间为38s，磁场频率为4Hz，交变电压为240V，最后制备得到厚度为1mm的Mg-3Li3Al3Ti/40Fe3O4超轻复合吸波板材。如图3所示，可以看出，该板材的吸波频率宽，吸波效果好，吸收峰值为-32dB。
实施例4
取Mg粉末7.9g、Ti粉末2g、Fe3O4粉末0.1g和直径为6mm的不锈钢磨球200g在行星球磨机上进行球磨，球磨时间为2h，球磨转速为500r/min；球磨的粉末在5MPa的压力下预压成型，然后于530℃、30MPa压力下，等离子烧结10min；如图4所示，可以看出烧结后型材的晶粒细小，Fe3O4颗粒在基体中分散均匀；然后在常温低频交变磁场下进行轧制，磁场处理时间为40s，磁场频率为5Hz，交变电压为250V，最后制备得到厚度为1.3mm的Mg-20Ti/1Fe3O4超轻复合吸波板材。
表1是本发明实施例1-4制得的超轻复合吸波板材的密度表。
材料 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四
密度(g/cm3) 2.26 1.64 3.94 2.33

Claims (2)

1.一种超轻复合吸波板材，其特征在于：它的化学分子式为：Mg-xM/yFe3O4，其中M代表Li、Al、Ti轻金属元素，有两种或两种以上的元素共存时相互间的用量均等；x，y为质量分数wt.％：0≤x≤20，1≤y≤40。
2.权利要求1所述的一种超轻复合吸波板材的制备方法，其特征在于：将Mg、M、Fe3O4粉末在行星球磨机上球磨，磨球是直径为6mm的不锈钢球，球料比为10-20:1，球磨时间2-4h，球磨转速400-500r/min；球磨的粉末在5MPa的压力下预压成型，然后于430-530℃、30MPa压力下，等离子烧结5-10min；然后在常温低频交变磁场下进行轧制，其中磁场处理时间为30-40s，磁场频率为2-5Hz，交变电压为220-250V，最后制得1-2mm厚的吸波板材。
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