CN105448445A - NdFeB磁性吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了NdFeB磁性吸波材料的制备方法，合金为工业用N45钕铁硼粉，由包含下述主要步骤的方法制备而成：以纯度≥99.50%的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd)₃₀、Fe₆₆、Co_1.0、Nb_0.5、Gd_{1.5 、}B化学计量比配料，在真空保护下熔炼，对甩带薄片采用氢破碎、氢破碎+气流磨、氢破碎+气流磨+球磨等不同工艺进行制粉，分析其不同制粉工艺下的吸波性能。本发明独创的氢破碎+气流磨+球磨的制备工艺方法，具有制备工艺简单，成本低，易于实现工业化生产等优点，而且能够有效地利用钕铁硼生产线，使产品实现价值最大化。

Description

NdFeB磁性吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及磁性吸波材料，具体是NdFeB磁性吸波材料及其制备方法。

背景技术

微波电磁技术在社会的各个领域中应用的愈加广泛，给人们的生活带来了极大的方便，但同时也给社会带来了严重的电磁污染，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。其中在微波波段内(特别在2～18GHz频段内)采用磁性吸波材料来引导电磁波，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机、电脑、手机、微波炉等表面上，可以使电磁波的泄露降到国家安全限值以下(小于10微瓦/每平方厘米)，确保人体健康。将其应用于高功率雷达、微波医疗器械等领域，能保护操作人员免受电磁波辐射的伤害。将吸波材料应用于建筑材料中，可有效解决城市中因高大的建筑反射电磁波所造成的重影问题。而且用吸波材料所制作的微波暗室也被广泛地应用于雷达、通信和航空航天等领域。此外，吸波材料在改善机载、航载雷达设备的兼容性，提高整机性能等方面也有着广阔的应用空间。吸波材料也被广泛应用于军事领域，如在各种雷达目标的表面，涂覆吸波材料用以减少武器系统的有效反射截面，从而使这些武器易于突破敌方雷达的防区，这是反雷达侦察的一种有力手段，也是减少武器系统遭受红外制导导弹和激光武器攻击的一种方法。

由上可见磁性吸波材料的应用市场是非常大的。目前已开发的磁性吸波材料主要有铁氧体磁性吸波材料、多晶铁纤维吸波材料、碳纤维结构吸波材料、金属微粉吸波材料、手性吸波材料、纳米晶吸波材料以及稀土金属间化合物磁性吸波材料。

铁氧体是铁元素与氧元素化合形成的各类型化合物，属亚铁磁性材料，它既能产生介电损耗又能产生磁损耗，是目前使用最多的一种磁性吸波材料。虽然铁氧体吸波性能好，吸收频带宽，但是铁氧体有饱和磁化强度低、密度大(密度约为4.7g/cm²)、热稳定性和耐腐蚀性差等缺点

微、超微粉是指粒度在10μm甚至1μm以下的粉末。由于粒子的细化使组成粒子的原子数大大减少，活性大大增加，使电磁能转化为热能，且具有铁磁性的微、超微磁性金属及合金粉末具有高效吸波性能。但目前在实际应用中，微、超微磁性金属及合金粉末在低频段磁导率低，抗氧化和耐酸碱能力差。

多晶铁纤维吸波材料虽然具有质量轻、吸收频带宽和斜入射性能好的优点，但由于纤维的长度、形状因子、电导率和取向等都明显影响它的吸波性能，所制备的吸波材料稳定性差，因此制作具有实用价值的纤维吸波材料还有待进一步研究。

稀土金属间化合物磁性吸波材料是近几年开始研究的，在2～12GHz波段有强的微波吸收性能。但稀土金属间化合物磁性吸波材料存在密度大(约7.3g/cm²)、易腐蚀、温度稳定性差等缺点，所以，在实际应用中会受到一定限制。

开发吸收频带宽、吸波效率高、抗氧化性和耐腐蚀性能好、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一个发展方向，随着研究开发工作的深入化，难度会越来越大，但市场对性能好价格低的磁性吸波材料又是迫切需要的，开发物美价廉的磁性吸波材料一直是当今世界各国材料研究工作者的研究热点。

发明内容

本发明所要解决的问题就是提供一种NdFeB磁性吸波材料及其制备方法，这种材料在2～18GHz微波波段内具有吸收频带宽、吸波效率高、热稳定性好、制备工艺容易掌握、生产成本低且易于工业化生产等特点。

实现本发明目的的技术方案是：

一种NdFeB磁性吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)以纯度≥99.50％的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd)₃₀、Fe₆₆、Co_1.0、Nb_0.5、Gd_1.5、B化学计量比配料；

(2)在真空保护下熔炼甩带成0.2～0.5mm的薄片；

(3)甩带薄片在真空或氩气保护下进行氢破碎处理；

(4)气流磨处理；

(5)球磨处理，得到N45钕铁硼合金粉体。

步骤(2)所述熔炼，于标准的工业用真空感应熔炼甩带炉中进行，为了保证合金的成分均匀，合金在完全熔化后保温15～30分钟在进行浇铸甩带。

步骤(3)所述氢破碎(HD)处理采用工业化NdFeB氢破碎生产工艺，过程包括在150～350℃下活化1h，然后进行吸氢2～3h，之后在500～600℃下脱氢6～8h，最后水冷到30℃以下。

步骤(4)所述气流磨(JM)处理采用工业化NdFeB气流磨工艺，把HD处理的的N45合金粗粉放入系统氧含量为0.02％的气流磨粉机中，转速为2600转/分钟。

步骤(5)所述球磨(MA)处理，把不锈钢球和气流磨后的细粉按20:1质量比放入不锈钢罐中，在汽油做保护剂的情况下，球磨5～15h，球磨机转速为320转/分钟。

产品按下述方法检测其电磁参数和反射率R：

按N45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1.5～3.5mm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。采用下式计算出单层吸波材料的反射率R。

$R=201g\left|\frac{\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_r}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}.\tanh \left(j\frac{2\mathrm{\πfd}}{c}\sqrt{{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_r}\right)-1}{\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_r}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}.\tanh \left(j\frac{2\mathrm{\πfd}}{c}\sqrt{{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_r}\right)+1}\right|$

式中ε_r、μ_r和d分别为吸波材料的相对介电常数、相对磁导率和厚度，f为电磁波的频率，C为电磁波在自由空间的传播速度(即光速)，j为虚数单位。

实验表明，采用本发明的制备方法制备的N45合金磁性吸波材料，在2～18GHz微波波段内，复合物厚度为1.5～2.2mm时，复合物对微波的反射率峰值均小于-10dB(吸收率达到90％以上)，且具有较好的宽频效果。复合物厚度为1.8mm时，对微波的反射率峰值最小可达到-29.6dB(吸收率最高可达到99.6％)。

本发明的优点是：制备工艺容易掌握、生产成本低且易于工业化生产，而且能够有效地利用钕铁硼生产线，使产品实现价值最大化。

附图说明

图1是本发明的制备方法工艺流程图；

图2为HD处理的N45合金磁性吸波材料测试结果图；

图3为HD+JM处理的N45合金磁性吸波材料测试结果图；

图4为HD+JM处理后球磨5h的N45合金磁性吸波材料测试结果图；

图5为HD+JM处理后球磨10h的N45合金磁性吸波材料测试结果图；

图6为HD+JM处理后球磨15h的N45合金磁性吸波材料测试结果图。

具体实施方式

实施例1

制备工业用N45钕铁硼合金，具体实施步骤为：

1)以纯度≥99.50％的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd)₃₀、Fe₆₆、Co_1.0、Nb_0.5、Gd_1.5、B化学计量比配料；

2)在真空保护下的于标准的工业用真空感应甩带炉中熔炼；

3)将甩带好的薄片进行HD处理，在真空或氩气保护下150～350℃下活化1h，然后进行吸氢2.5h，之后在520℃下脱氢7h，最后水冷到30℃以下取样；

4)将HD处理后的样进行研磨，在200目筛下过筛制粉，得到N45钕铁硼合金粉体。

产品经检测：按N45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，厚度分别为1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm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。采用下式计算出单层吸波材料的反射率R。

$R=201g\left|\frac{\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_r}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}.\tanh \left(j\frac{2\mathrm{\πfd}}{c}\sqrt{{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_r}\right)-1}{\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_r}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}.\tanh \left(j\frac{2\mathrm{\πfd}}{c}\sqrt{{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_r}\right)+1}\right|$

式中ε_r、μ_r和d分别为吸波材料的相对介电常数、相对磁导率和厚度，f为电磁波的频率，C为电磁波在自由空间的传播速度(即光速)，j为虚数单位。

性能测试结果为：

在2～18GHz微波波段内厚度分别为1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm时的反射率。从图2中可得：在所有的厚度中，在7～18GHz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。当复合物厚度为1.8mm时，在11.7GHz频率处反射率峰值约为-17.2dB。

实施例2

制备工业用N45钕铁硼合金，具体实施步骤为：

1)以纯度≥99.50％的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd)₃₀、Fe₆₆、Co_1.0、Nb_0.5、Gd_1.5、B化学计量比配料；

2)在真空保护下的于标准的工业用真空感应甩带炉中熔炼；

3)将甩带好的薄片进行HD处理，在真空或氩气保护下150～350℃下活化1h，然后进行吸氢2.5h，之后在520℃下脱氢7h，最后水冷到30℃以下取样；

4)采用工业化气流磨处理工艺处理HD粉，把HD处理的的N45合金粗粉放入系统氧含量为0.02％的气流磨粉机中，转速为2600转/分钟，得到N45钕铁硼合金粉体。

产品经检测：按N45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，厚度分别为1.8mm、1.9mm、2.0mm的同轴试样，测量和计算按实施例1。

性能测试结果：

在8～16GHz微波波段内厚度分别为1.8mm、1.9mm、2.0mm时的反射率。从图3中可得：在所有的厚度中,最小反射率峰值均小于-10dB(吸收率大于90％)，且具有较好的宽频效果，当复合物厚度为1.8mm时，在13GHz频率处反射率峰值约为-29.6dB。

实施例3

制备工业用N45钕铁硼合金，具体实施步骤为：

1)以纯度≥99.50％的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd)₃₀、Fe₆₆、Co_1.0、Nb_0.5、Gd_1.5、B化学计量比配料；

2)在真空保护下的于标准的工业用真空感应甩带炉中熔炼；

3)将甩带好的薄片进行HD处理，在真空或氩气保护下150～350℃下活化1h，然后进行吸氢2.5h，之后在520℃下脱氢7h，最后水冷到30℃以下取样；

4)采用工业化气流磨处理工艺处理HD粉，把HD处理的的N45合金粗粉放入系统氧含量为0.02％的气流磨粉机中，转速为2600转/分钟；

5)将得到的颗粒度在3～5μm的气流磨粉，然后把不锈钢球和微粉按20:1的质量比放入不锈钢罐中，加入汽油做保护剂，用QM-lSP星行球磨机对合金粉球磨5小时，球磨机转速为320转/分钟，得到N45钕铁硼合金粉体；

产品经检测：按N45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，厚度分别为2.0mm、2.1mm、2.2mm的同轴试样，测量和计算实施例1。

性能测试结果：

在6～16GHz微波波段内厚度分别为2.0mm、2.1mm、2.2mm时的反射率。从图4中可得：在所有的厚度中，在8～12GHz微波波段内有2个吸收峰,反射率峰值均小于-10dB(吸收率大于90％)，当复合物厚度为2.0mm时，在11GHz频率处反射率峰值约为-29.2dB。

实施例4

制备工业用N45钕铁硼合金，具体实施步骤为：

1)以纯度≥99.50％的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd)₃₀、Fe₆₆、Co_1.0、Nb_0.5、Gd_1.5、B化学计量比配料；

2)在真空保护下的于标准的工业用真空感应甩带炉中熔炼；

3)将甩带好的薄片进行HD处理，在真空或氩气保护下150～350℃下活化1h，然后进行吸氢2.5h，之后在520℃下脱氢7h，最后水冷到30℃以下取样；

4)采用工业化气流磨处理工艺处理HD粉，把HD处理的的N45合金粗粉放入系统氧含量为0.02％的气流磨粉机中，转速为2600转/分钟；

5)将得到的颗粒度在3～5μm的气流磨粉，然后把不锈钢球和微粉按20:1质量比放入不锈钢罐中，加入汽油做保护剂，用QM-lSP星行球磨机对合金粉球磨10小时，球磨机转速为320转/分钟，得到N45钕铁硼合金粉体；

产品经检测：按N45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，厚度分别为1.9mm、2.0mm、2.1mm的同轴试样，测量和计算实施例1。

性能测试结果：

在8～16GHz微波波段内厚度分别为1.9mm、2.0mm、2.1mm时的反射率。从图5中可得：当复合物厚度为2.0mm时，在10.4GHz频率处反射率峰值约为-27.6dB。

实施例5

制备工业用N45钕铁硼合金，具体实施步骤为：

1)以纯度≥99.50％的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd)₃₀、Fe₆₆、Co_1.0、Nb_0.5、Gd_1.5、B化学计量比配料；

2)在真空保护下的于标准的工业用真空感应甩带炉中熔炼；

3)将甩带好的薄片进行HD处理，在真空或氩气保护下150～350℃下活化1h，然后进行吸氢2.5h，之后在520℃下脱氢7h，最后水冷到30℃以下取样；

4)采用工业化气流磨处理工艺处理HD粉，把HD处理的的N45合金粗粉放入系统氧含量为0.02％的气流磨粉机中，转速为2600转/分钟；

5)将得到的颗粒度在3～5μm的气流磨粉，然后把不锈钢球和微粉按20:1质量比放入不锈钢罐中，加入汽油做保护剂，用QM-lSP星行球磨机对合金粉球磨15小时，球磨机转速为320转/分钟，得到N45钕铁硼合金粉体；

产品经检测：按N45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，厚度分别为1.8mm、2.0mm、2.2mm的同轴试样，测量和计算实施例1。

性能测试结果：

在6～16GHz微波波段内厚度分别为1.8mm、2.0mm、2.2mm时的反射率。从图6中可得：在所有的厚度中，最小反射率峰值均小于-10dB(吸收率大于90％)，且具有较好的宽频效果，当复合物厚度为2.0mm时，在8.9GHz频率处反射率峰值约为-17.6dB。

Claims (6)

1.一种NbFeB磁性吸波材料的制备方法，其特征是：包括如下步骤：

（1）以纯度≥99.50%的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd)₃₀、

Fe₆₆、Co_1.0、Nb_0.5、Gd_1.5、B化学计量比配料；

（2）在真空保护下熔炼甩带成0.2~0.5mm的薄片；

（3）甩带薄片在真空或氩气保护下进行氢破碎处理；

（4）气流磨处理；

（5）球磨处理，得到N45钕铁硼合金粉体。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（2）所述熔炼，于标准的工业用真空感应熔炼甩带炉中进行，合金在完全熔化后保温10～30分钟在进行浇铸甩带。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（3）所述氢破碎HD处理采用工业化NdFeB氢破碎生产工艺，过程包括在150～350℃下活化1h，然后进行吸氢2～3h，之后在500～600℃下脱氢6～8h，最后水冷到30℃以下。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（4）所述气流磨（JM）处理采用工业化NdFeB气流磨工艺，把HD处理的的N45合金粗粉放入系统氧含量为0.02%的气流磨粉机中，转速为2600转/分钟。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（5）所述球磨(MA)处理，把不锈钢球和气流磨后的细粉按20:1质量比放入不锈钢罐中，在汽油做保护剂的情况下，球磨5～15h，球磨机转速为320转/分钟。

6.用权利要求1-5所述的制备方法制备的NdFeB磁性吸波材料。