CN104388818A - ErFeV磁性吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的ErFeV磁性微波材料，合金的原子百分比为：10.5%Er、83.5~89.5%Fe、0~6%V，由包含下述主要步骤的方法制备而成：以纯度≥99.90%的Er、Fe、V金属为原料，在氩气保护下熔炼，铸锭在真空下于600～800℃进行均匀化热处理，之后用冰水进行淬火，然后机械破碎后球磨制粉。本发明的ErFeV合金在2～18GHz微波波段内具有吸波性能好，吸收频带宽，且具有制备工艺简单、原材料较为丰富和价格较低等优点。在磁性吸波材料中，本发明的ErFeV合金磁性微波吸收材料适用于制备要求具有吸收频带宽、吸波性能好以及成本低的微波吸收产品。

Description

ErFeV磁性吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明属于磁性微波吸收材料，具体是ErFeV磁性吸波材料及其制备方法。

背景技术

随着GHz频率范围的电磁波在局域网、手机以及雷达系统等各个领域被广泛应用，电磁辐射对人类的生活环境造成了严重的电磁污染，对人类的健康造成了严重威胁。为了解决电磁辐射所带来的危害，人们进行了大量的研究工作。其中采用磁性吸波材料来将电磁波能量转化为其他形式的能量，以此来抑制电磁波的辐射和干扰，具有较好的效果。如将磁性吸波材料涂在电视、电脑、手机通讯等电子产品的表面上，可以有效地抑制电磁波的外泄，降低其对人体健康的危害。使用磁性微波吸收材料制作的微波暗室也被广泛地应用于雷达、航空航天等领域。由此可见磁性微波吸收材料的应用市场是非常巨大的。

铁氧体型和金属(合金)磁粉是传统微波吸收材料中较经典的两类，然而在应用方面深受自身缺陷响影的铁氧体材料，在常用的频率范围内，不仅没有足够大的饱和磁化强度以及磁导率，更是达不到质轻和吸收强的要求，这些不足都严重的制约了该材料的应用。而在性能等各方面都优于铁氧的合金磁粉，不仅铁磁向顺磁转变的温度高，且稳定性好，更是在常用频率下的表现出正好与铁氧体相反良好性能。也正是由上述的对比可明显看出，合金磁粉在微波吸收材料应用上拥有非常开阔的发展空间及前景，而目前应用最多的软磁合金微粉主要是Fe、Co、V及其合金微粉等。由于Fe的资源比较丰富，价格相对于Co和V都比较低廉，而且Fe基合金吸波材料的吸波性能也较好，因此，在Fe基合金中添加少量的V以及适量的稀土Er，以合适的比例进行配比，可在一定程度上获得较好扁平化效果，有利于获得较好的微波吸收性能。

开发吸收频带宽、吸波效率高、抗氧化和耐腐蚀性好、热稳定性好、原材料丰富、制备工艺容易掌握和生产成本低的磁性吸波材料是今后的发展方向，世界各国材料研究工作者都纷纷投入到开发物美价廉的磁性吸波材料之中，已成为研究热点之一。

发明内容

本发明所要解决的问题就是提供在2～18GHz微波波段内具有成本低、吸收频带宽、吸波效率高、热稳定性好及具有一定抗氧化能力的ErFeV磁性吸波材料。

实现本发明目的的技术方案是：

本发明的ErFeV磁性吸波材料，其用料及用料用量的原子百分比为Er：10.5％、Fe：83.5～89.5％、V：0～6％。

本发明的另一个目的是提供制备ErFeV磁性吸波材料的方法。

ErFeV磁性吸波材料的制备方法，包含下述主要步骤：

(1)以纯度≥99.50％的Er、Fe、V金属为原料，按Er_10.5Fe_89.5～83.5V_0～6原子百分比的化学计量式配料；

(2)在氩气保护下熔炼，铸锭在真空下于600～800℃进行均匀化热处理；

(3)球磨制粉。

所述熔炼，于标准的非自耗真空电弧炉中进行，为了保证合金的成分均匀性，需翻转熔炼3～4次。

所述均匀化处理过程包括保温6～15天，之后水淬。均匀化热处理温度以600～800℃为宜，保温时间以7～10天较佳。

所述球磨制粉过程包括，不锈钢球和和合金粉按15:1质量比放入不锈钢罐中，在汽油做保护剂的情况下，球磨60h，球磨机转速为350转/分钟。

产品检测：产品的电磁参数和反射率R的方法为：按ErFeV合金粉体：石蜡＝4：1(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度为3.0～3.5mm左右的同轴试样，采用HP8722ES微波矢量网络分析仪分别测量试样在2～18GHz频段的复介电常数及复磁导率。然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在2.0～4.0mm厚度下的反射率R。

$R=-20\lg \left|\frac{z\tan h(\mathrm{jk}\·d)-z_0}{z\tan h(\mathrm{jk}\·d)+z_0}\right|$

其式中的k为传播常数z为波阻抗其中z₀为真空的波阻抗，μ₀、ε₀和d分别为真空磁导率、真空介电常数和吸波涂层厚度，ε′和ε″分别是复介电常数的实部和虚部，μ′和μ″分别为复磁导率的实部和虚部。

实验证明，在2～18GHz波段内，吸波涂层厚度在2.0～4.0mm间，复合物对微波的反射率最小峰值均小于-5dB，且具有较好的宽频效果。当复合物厚度为2.8mm时，对微波的反射率峰值最小可达到-42.1dB左右，且具有较好的宽频效应。此外，在S波段(2～4GHz)复合物也具有优良的吸波效果，Er_10.5Fe_87.5V₂粉体在厚度为4.0mm时，对S波段微波的吸收峰值最小可达到-33.2dB左右。

本发明的ErFeV合金磁性吸波材料，在2～18GHz微波波段内有较好的微波吸收特性，吸收频带宽，温度稳定性好，而且具有制备工艺简单、原材料丰富和价格较低等特点。在磁性吸波材料中，本发明的ErFeV合金磁性吸波材料适用于制备具有吸收频带宽、吸波性能好、热稳定性好和成本较低的微波吸收产品。

附图说明

图1是本发明的制备方法工艺流程图；

图2为Er_10.5Fe_89.5磁性吸波材料测试结果图；

图3为Er_10.5Fe_87.5V₂磁性吸波材料测试结果图；

图4为Er_10.5Fe_85.5V₄磁性吸波材料测试结果图；

图5为Er_10.5Fe_81.5V₆磁性吸波材料测试结果图。

具体实施方式

实施例1：

制备Er_10.5Fe_89.5(原子百分比)的具体实施步骤：

1)将纯度均≥99.90％的Er、Fe金属，按Er_10.5Fe_89.5的原子百分比的化学计量比配料；

2)在氩气保护下于标准的电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均匀，反复翻转熔炼3～4次；

3)将熔炼好的铸锭在真空保护下于700℃温度下保温7天后冰水淬火；

4)将获得合金铸锭机械破碎，获得合金粗粉，然后把不锈钢球和粗粉按15:1的质量比放入不锈钢罐中，加入汽油作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨60小时，球磨机转速为350转/分钟；

产品测试：按合金粉体：石蜡＝4：1(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度在3.0～3.5mm左右的同轴试样，采用HP8722ES微波矢量网络分析仪分别测量试样在2～18GHz频段的复磁导率、复介电常数。然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在厚度分别为2.0mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm、3.0mm的反射率R。

$R=-20\lg \left|\frac{z\tan h(\mathrm{jk}\·d)-z_0}{z\tan h(\mathrm{jk}\·d)+z_0}\right|$

式中的k为传播常数z为波阻抗其中z₀为真空的波阻抗，μ₀、ε₀和d分别为真空磁导率、真空介电常数和吸波涂层厚度，ε′和ε″分别是复介电常数的实部和虚部，μ′和μ″分别为复磁导率的实部和虚部。

性能测试结果：

图2为Er_10.5Fe_89.5粉体/石蜡复合物在2～12GHz微波波段内厚度分别为2.0mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm、3.0mm时的反射率。从图中可得：在所有厚度当中，复合物的吸收峰值均小于-20dB，具有较好的微波吸收特性，而且具有较好的宽频效应；当复合物厚度为2.8mm时，在5.28GHz频率处最小反射率峰值约为-42.1dB，频带宽度(<-10dB)达到了3GHz，具有优良的吸波性能及宽频效应，有着较好的应用潜力。

实施例2

制备Er_10.5Fe_87.5V₂(原子百分比)的具体实施步骤为：

1)将纯度均≥99.90％的Er、Fe、V金属，按Er_10.5Fe_87.5V₂分子式的化学计量比配料；

2)在氩气保护下于标准的电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均匀，反复翻转熔炼3～4次；

3)将熔炼好的铸锭在真空保护下于700℃温度下保温7天后冰水淬火；

4)将获得合金铸锭机械破碎，获得合金粗粉，然后把不锈钢球和粗

粉按15:1的质量比放入不锈钢罐中，加入汽油作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨60小时，球磨机转速为350转/分钟。

产品测试：按合金粉体：石蜡＝4：1(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度在3.0～3.5mm左右的同轴试样，测量和计算同实施例1，然后使用计算机程序模拟出厚度分别为2.0mm、2.4mm、2.8mm、3.2mm、3.6mm、4.0mm的反射率。

性能测试结果：

图3为Er_10.5Fe_87.5V₂粉体/石蜡复合物在2～18GHz微波波段内厚度分别为2.0mm、2.4mm、2.8mm、3.2mm、3.6mm、4.0mm时的反射率。从图中可得：在所有的厚度中，在2～18GHz微波波段内，反射率峰值均小于-10dB(吸收率大于90％)且具有较好的宽频效果；当厚度在2.0～3.2mm时，此复合物在C波段(4～8GHz)具有优良的微波吸收效果；此外，当复合物厚度为4mm时，在(S波段内)3.36GHz频率处反射率最小峰值可达-33.2dB，频带宽度(<-10dB)达到了1.4GHz。

实施例3：

制备Er_10.5Fe_85.5V₄(原子百分比)的具体实施步骤为：

1)将纯度均≥99.90％的Er、Fe、V金属，按Er_10.5Fe_85.5V₄分子式的化学计量比配料；

2)在氩气保护下于标准的电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均匀，反复翻转熔炼3～4次；

3)将熔炼好的铸锭在真空保护下于700℃温度下保温7天后冰水淬火；

4)将获得合金铸锭机械破碎，获得合金粗粉，然后把不锈钢球和粗粉按15:1的质量比放入不锈钢罐中，加入汽油作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨60小时，球磨机转速为350转/分钟；

产品测试：合金粉体：石蜡＝4：1(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度在3.0～3.5mm左右的同轴试样，测量和计算同实施例1，然后使用计算机程序模拟出厚度分别为2.0mm、2.4mm、2.8mm、3.2mm、3.6mm、4.0mm的反射率。

性能测试结果：

图4为Er_10.5Fe_85.5V₄粉体/石蜡复合物在2～12GHz微波波段内厚度分别为2.0mm、2.4mm、2.8mm、3.2mm、3.6mm、4.0mm时的反射率。从图中可得：在所有的厚度中，反射率峰值均小于-8dB，且具有较好的宽频效果；当厚度在2.8～4.0mm时，此复合物在S波段(2～4GHz)具有较好的微波吸收效果，反射率最小峰值均小于-10dB(吸收率大于90％)，当厚度为2.8mm时，反射率最小峰值可达到-10.8dB。

实施例4

制备Er_10.5Fe_83.5V₆(原子百分比)的具体实施步骤为：

1)将纯度均≥99.90％的Er、Fe、V金属，按Er_10.5Fe_83.5V₆分子式的化学计量比配料；

2)在氩气保护下于标准的电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均匀，反复翻转熔炼3～4次；

3)将熔炼好的铸锭在真空保护下于700℃温度下保温7天后冰水淬火；

4)将获得合金铸锭机械破碎，获得合金粗粉，然后把不锈钢球和粗粉按15:1的质量比放入不锈钢罐中，加入汽油作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨60小时，球磨机转速为350转/分钟；

产品测试：合金粉体：石蜡＝4：1(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度在3.0～3.5mm左右的同轴试样，测量和计算同实施例1，然后使用计算机程序模拟出厚度分别为2.0mm、2.4mm、2.8mm的反射率。

性能测试结果：

图5为Er_10.5Fe_83.5V₆粉体/石蜡复合物在2～18GHz微波波段内厚度分别为2.0mm、2.4mm、2.8mm时的反射率。从图中可得：在所有的厚度中，在2～18GHz微波波段有2个吸收峰,反射率峰值均小于-5dB，且具有较好的宽频效果；当复合物厚度为2.4mm时，在14.66GHz频率处反射率峰值约为-9.6dB；当厚度为2.8mm时，复合物在3.2GHz处反射率最小峰值可达-7.3dB。

Claims (7)

1.一种ErFeV磁性吸波材料，其特征是：其用料及用料用量的原子百分比为：Er ：10.5%、Fe： 83.5~89.5%、V： 0~6%。

2.一种ErFeV磁性吸波材料的制备方法，其特征是：包含下述主要步骤：

（1）以纯度≥99.90%的Er、Fe、V金属为原料，按Er_10.5Fe_89.5~83.5V_0~6原子百分比进行配料；

（2）在氩气保护下熔炼，铸锭在真空保护下于600～800℃进行均匀化热处理；

（3）球磨制粉。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述熔炼，于标准的非自耗真空电弧炉中进行，为了保证合金的成分均匀性，需翻转熔炼3～4次。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述均匀化处理过程包括保温6~15天，之后用冰水混合物进行淬火。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述均匀化热处理温度为600～800℃，保温时间为6~10天。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述球磨制粉采用行星式球磨机进行球磨，不锈钢球和粗粉按15:1的质量比放入不锈钢罐中，加入汽油作保护剂，球磨时间为60小时，转速为350转/分钟。

7.根据权利要求2-6之一所述的制备方法制备的ErFeV磁性吸波材料。