CN104451264A - LaCeNi磁性吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的LaCeNi磁性微波吸波材料及其制备方法，其分子式的化学计量比为：La：10.0~16.7、Ce：0~6.0、Ni：83.3。由包含下述主要步骤的方法制备而成：以纯度≥99.90%的La、Ce、Ni金属为原料，在氩气保护下熔炼，铸锭在真空下于800～1050 ℃进行热处理，之后用冰水进行淬火，然后机械破碎后球磨制粉。LaCeNi磁性吸波材料在2～18 GHz微波波段内具有较为优异的微波吸收性能，当复合物厚度为1.5 mm时，其吸收峰值最小可达到40.1dB左右。本发明的LaCeNi合金在2～18 GHz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、抗腐蚀性好等优点。在磁性吸波材料中，本发明的LaCeNi合金磁性微波吸收材料适用于制备要求具有吸收频带宽、吸波性能好以及耐腐蚀性好的微波吸收产品。

Description

LaCeNi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LaCeNi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，给人们的生活带来极大的危害。为了解决电磁波辐射所带来的问题，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。

铁氧体型和金属微粉是传统微波吸收材料中应用最多的的两类材料，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、Ni及其合金微粉等。由于Ni基合金吸波材料的低频吸波性能较好，抗氧化性能和耐腐蚀性能好，而稀土又有着其独特的电磁特性，因此，在Ni基合金中添加适量的稀土元素，以合适的比例进行配比，可在一定程度上改善其电磁参数，有利于开发出具有较好微波吸收性能的磁性吸波材料。

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和耐腐蚀性能的LaCeNi磁性吸波材料及其制备方法。

本发明的LaCeNi磁性吸波材料，其分子式的化学计量比为：La：10.0～16.7、Ce：0～6.0、Ni：83.3。

制备LaCeNi磁性吸波材料的方法，包含下述主要步骤：

(1)以纯度≥99.90％的La、Ce、Ni金属为原料，按La_10.0～16.7Ce_0～6.0Ni_83.3原子百分比的化学计量式配料；

(2)在氩气保护下熔炼；

(3)铸锭在真空下于800～1050℃进行热处理；

(4)球磨制粉；

所述熔炼，于非自耗真空电弧炉中进行，为了保证合金的均匀性，需翻转熔炼3～4次。

所述热处理过程包括保温2～15天，之后水淬。热处理温度以800～1000℃为宜，保温时间以2～5天较佳。

所述球磨制粉过程包括，氧化锆球和和合金粉按20:1质量比放入氧化锆罐中，在无水乙醇或汽油做保护剂的情况下，球磨20h，球磨机转速为350转/分钟。

产品的电磁参数和反射率R的检测方法为：按合金微粉：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3.0～4.0mm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1.0～3.0mm厚度下的反射率R。

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

其式中的k为传播常数 $(k=\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\μ}}_0({\mathrm{\ϵ}}^{\′}-j{\mathrm{\ϵ}}^{\′\′})({\mathrm{\μ}}^{\′}-j{\mathrm{\μ}}^{\′\′})}),$ 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。

电磁参数检测结果：在2～18GHz波段内，吸波涂层厚度在1.0～3.0mm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1.5mm时，对微波的反射率峰值最小可达到-40.1dB左右，且具有较好的宽频效应,有着成为高性能吸波材料的应用潜力。此外，在C波段(4～8GHz)复合物也具有优良的吸波效果，La_13.3Ce_3.4Ni_83.3粉体在厚度为2.5mm时，对C波段微波的吸收峰值最小可达到-15.5dB左右。

本发明的优点是：本发明的LaCeNi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，抗腐蚀性能好，而且具有制备工艺简单等特点。在磁性吸波材料中，本发明的LaCeNi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、热稳定性好和具有一定抗氧化能力和耐腐蚀性能的微波吸收产品。

附图说明

图1是本发明的制备方法工艺流程图；

图2为La_16.7Ni_83.3磁性吸波材料测试结果图；

图3为La_13.3Ce_3.4Ni_83.3磁性吸波材料测试结果图；

图4为La_10.0Ce_6.7Ni_83.3磁性吸波材料测试结果图。

具体实施方式

实施例1：

制备La_16.7Ni_83.3原子百分比磁性吸波材料的具体实施步骤为：

1)将纯度均≥99.90％的La、Ni金属，按La_16.7Ni_83.3的原子百分比的化学计量比配料；

2)在氩气保护下于非自耗真空电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均匀，反复翻转熔炼2～5次；

3)将熔炼好的铸锭在真空保护下于1000℃温度下保温2天后冰水淬火；

4)将获得合金铸锭机械破碎，获得合金粗粉，然后把氧化锆球和粗粉按20:1的质量比放入氧化锆罐中，加入无水乙醇作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨20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3.0～4.0mm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1.0mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.5mm的反射率R。

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

式中的k为传播常数 $(k=\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\μ}}_0({\mathrm{\ϵ}}^{\′}-j{\mathrm{\ϵ}}^{\′\′})({\mathrm{\μ}}^{\′}-j{\mathrm{\μ}}^{\′\′})}),$ 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La_16.7Ni_83.3粉体/石蜡复合物在2～18GHz微波波段内厚度分别为1.0mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.5mm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-10dB(吸收率大于90％)，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1.5mm时，在10.4GHz频率处最小反射率峰值达到-40.1dB左右，频带宽度(<-10dB)达到了1.0GHz，有着成为高性能吸波材料的应用潜力。

实施例2

制备La_13.3Ce_3.4Ni_83.3原子百分比磁性吸波材料的具体实施步骤为：

1)将纯度均≥99.90％的La、Ce、Ni金属，按La_13.3Ce_3.4Ni_83.3分子式的化学计量比配料；

2)在氩气保护下于非自耗真空电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均一性，反复翻转熔炼3～5次；

3)将熔炼好的铸锭在真空保护下于800℃温度下保温4天后冰水淬火；

4)将获得合金铸锭机械破碎，获得合金粗粉，然后把氧化锆球和粗粉按20:1的质量比放入氧化锆罐中，加入汽油作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨20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3.0～4.0mm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1.0mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm的反射率。

性能测试结果：

图3为La_13.3Ce_3.4Ni_83.3粉体/石蜡复合物在2～18GHz微波波段内厚度分别为1.0mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm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-5dB，且具有较好的宽频效果；当厚度在1.8～3.0mm时，此复合物在C波段(4～8GHz)具有优良的微波吸收效果；当复合物厚度为2.5mm时，在(C波段内)4.9GHz频率处反射率最小峰值可达-15.5dB。

实施例3：

制备La_10.0Ce_6.7Ni_83.3原子百分比磁性吸波材料的具体实施步骤为：

1)将纯度均≥99.90％的La、Ce、Ni金属，按La_10.0Ce_6.7Ni_83.3分子式的化学计量比配料；

2)在氩气保护下于非自耗真空电弧炉中熔炼，为了保证合金的成分均匀性，反复翻转熔炼3～5次；

3)将熔炼好的铸锭在真空保护下于1000℃温度下保温3天后冰水淬火；

4)将获得合金铸锭机械破碎，获得合金粗粉，然后把氧化锆球和粗粉按20:1的质量比放入氧化锆罐中，加入汽油作保护剂，用QM-lSP行星式球磨机对合金粗粉球磨20小时，球磨机转速为350转/分钟；

产品测试：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3.0～4.0mm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1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm的反射率。

性能测试结果：

图4为La_10.0Ce_6.7Ni_83.3粉体/石蜡复合物在2～18GHz微波波段内厚度分别为1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm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-5dB，且具有较好的宽频效果；当厚度为2.0mm时，在5.6GHz处反射率最小峰值可达到-6.5dB。

Claims (7)

1.一种LaCeNi磁性吸波材料，其特征是：其分子式的化学计量比为：La：10.0~16.7、Ce：0~6.0、Ni：83.3。

2.一种LaCeNi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La、Ce、Ni金属为原料，按La_10.0~16.7Ce_0~6.0Ni_83.3原子百分比的化学计量式配料；

（2）在氩气保护下熔炼；

（3）铸锭在真空下或氩气保护下进行热处理；

（4）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3～5次。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述熔炼，在氩气做保护剂下进行。

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

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述热处理温度为800～1050℃。

7.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，氧化锆球和粗粉按20:1的质量比放入氧化锆罐中，加入汽油或乙醇作保护剂，球磨时间为20小时，转速为350转/分钟。