CN108641250A - 一种多级结构磁-介电复合吸波材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级结构复合吸波材料Co2Y@PANI/BaM‑T/PVB，由Co2Y@PANI复合粉体和片状BaFe12O19粉体均匀分散在聚合物基体PVB中而形成的。本发明利用流延工艺使Co2Y型PANI粉体和片状BaFe12O19模板在PVB基体中实现多功能层状结构，片状BaFe12O19粉体均匀分散在聚合物基体PVB之中，是该材料具有较高的吸波性能，且其制备过程易实现高度自动化，成本较低，材料致密性和均匀性良好，制备方法简单。
Description
技术领域
本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种多级结构磁-介电复合吸波材料(Co2Y@PANI/BaM/PVB)，还涉及该材料的制备方法。
背景技术
随着通信技术与电子工业的快速发展，各种电子设备被人们广泛使用，在给人们带来便利生活的同时也产生了大量电磁辐射，由此引起的电磁污染已成为一种新的污染源。吸波材料可以有效吸收电磁辐射，减少电磁干扰。另外，为适应现代战争的需要，隐身技术已成为世界各军事强国优先发展的战略重点，而作为隐身技术的核心部分，吸波材料的研发与应用也就成为军事材料领域研究的热点。
吸波材料指能充分吸收入射的电磁波，并可通过将电磁能转换成热能或其他形式的能量消耗掉或使电磁波因干涉而消失的一类功能材料。一般来说，若要实现电磁波的高效吸收必须满足两方面基本要求：(1)入射电磁波最大限度地进入材料内部而不在材料表面发生反射，即材料的匹配特性。只有当材料的波阻抗与自由空间的波阻抗相匹配时，入射电磁波才能较大程度地进入材料内部；(2)进入材料内部的电磁波能迅速被吸收衰减，即材料的衰减特性，换言之，就是要求材料具有很高的电磁损耗特性。因此，在设计吸波材料时，应考虑磁导率、介电常数和微观结构这三方面因素。
传统的吸波材料研究主要致力于调整复合材料成份比例来改进材料的电磁性能。例如目前人们对导电高聚物的研究主要集中在导电高聚物的复合材料上。如将聚苯胺插层进入蒙脱石晶格内部,形成聚苯胺/蒙脱石纳米复合物，虽然与纯聚苯胺相比,聚苯胺/蒙脱石复合物的吸波性能更强，但由于其未对微观形貌进行控制，无法充分发掘材料自身的吸波性能。本发明不仅调整复合材料成份比例来改进材料的电磁性能，更对材料的微观形貌进行深入控制，以提升吸波性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种多级结构磁-介电复合吸波材料，解决现有吸波材料对微观结构设计不充分、吸波性能无法充分挖掘问题。
本发明的另一目的是提供上述吸波材料的制备方法，以实现该吸波材料的多级微观结构。
本发明所采用的一个技术方案是，一种多级结构复合吸波材料，化学式为Co2Y@PANI/BaM/PVB，由Co2Y@PANI复合粉体和片状BaFe12O19粉体均匀分散在聚合物基体PVB中而形成的，所述片状BaFe12O19粉体沿同一方向取向化排列，并均匀分散于聚合物基体PVB之中。
上述化学式中，Co2Y表示Ba2Co2Fe12O22，PANI表示苯胺单体，PVB表示聚乙烯醇缩丁醛，符号@表示材料之间的包覆关系。
其中，复合吸波材料中Co2Y@PANI粉体和片状BaFe12O19粉体的质量比为9:1～6:4，PVB质量是Co2Y@PANI粉体和片状BaFe12O19粉体质量之和的 0.2-2倍，即所有粉体填料的体积为复合材料总体积的10％-50％。PVB是复合材料中的聚合物基体材料，其作用是粘结剂，能将上述各种粉体填料复合在一起，选择PVB为聚合物基体材料可以方便满足流延工艺需求，从而实现BaM 片状粉体在复合材料中的取向化排列，PVB本身并不提供电磁损耗性能。填料含量过低时，复合材料电磁波吸收能力差，填料含量过高，复合材料难以成型且脆性较大，容易开裂。
本发明所采用的另一个技术方案是，上述多级结构复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，浆料的配制
取片状BaFe12O19粉体，并加入溶剂和分散剂，进行一次球磨；然后加入 Co2Y@PANI复合材料，再加入聚合物基体PVB、塑化剂，再进行二次球磨，得到浆料。
步骤2，取向化工艺
将制备好的浆料置于流延机中，利用刮刀将浆料刮压涂敷在基带上，经干燥、固化后，从基带上剥下，叠片、热压，即得到多级结构 Co2Y@PANI/BaM/PVB复合吸波材料，此时片状BaFe12O19陶瓷粉体沿同一方向取向化排列，并均匀分散于复合材料之中。
本发明的特点还在于：
上述Co2Y@PANI复合材料的制备方法为：取Co2Y型Ba2Co2Fe12O22粉体加入到酸溶液中溶解，向溶液中加入一定量苯胺单体(PAIN)与相应比例过硫酸盐引发剂，然后在冰水浴中(<5℃)聚合。反应得到产物后用去离子水清洗，真空干燥，得到Co2Y@PANI复合材料备用。
优选地，步骤1中Co2Y型Ba2Co2Fe12O22粉体和苯胺单体(PANI)的质量比为4:1～1:1。过硫酸盐引发剂优选过硫酸铵溶液，过硫酸铵溶液和苯胺的摩尔比为3:(1～9)；还可以采用过硫酸钾、过硫酸钠等。
步骤1中，溶剂优选乙醇、丁酮、PEG-400的混合溶液，以片状BaFe12O19粉体和Co2Y@PANI复合材料二者质量之和作为陶瓷粉体总质量，溶剂质量为陶瓷粉体总质量的90％-120％，乙醇、丁酮、PEG-400质量比为3：(1～9)：(0.15～1.5)。该溶剂中，PEG-400可以用PEG-600替换，丁酮可以用丙酮替换。分散剂用于改善陶瓷粉体颗粒的分散性能，优选三油酸甘油酯，其质量为陶瓷粉体总质量的0.5％～1.5％，分散剂还可以采用邻苯二甲酸二丁酯。塑化剂用于提高生料带产品的机械强度和柔韧性，优选邻苯二甲酸二丁酯，其质量为陶瓷粉体总质量的0.5％～1％，塑化剂还可以采用邻苯二甲酸二乙酯。 Co2Y@PANI粉体和片状BaFe12O19粉体的质量比为9:1～6:4，PVB质量是 Co2Y@PANI粉体和片状BaFe12O19粉体质量之和的0.2-2倍。
优选地，步骤2中，刮刀距基带的高度为150-250μm，以保证生料带具有较好的均匀性、机械强度以及良好的微观多层结构。当高度小于150μm时，经过干燥后的生料带表面平整度较差，厚度太薄机械强度低，难以从基带完整剥离；当高度大于250μm时，流延过程中剪切力不足，复合材料中片状 BaFe12O19粉体取向度降低，多层结构中散射层破坏，导致吸波性能下降。
优选地，步骤2中，基带的传输速度为10-30cm/min，该条件下生料带质量较好，速度过慢流延效率太低速度过快生料带均匀度降低，残余应力较大，在干燥过程中容易产生褶皱或开裂。
优选地，步骤2中，复合材料在60-75℃下，在5-15MPa压力下进行热压5-15分钟，效果最好，温度太低PVB难以软化，无法压实，温度太高PVB 融化，多功能层的微观形貌会遭到破坏，压力太小难以保证压制质量，压力太大会将材料从模具中挤出，时间过短样本难以将气泡挤出，过长样本厚度过小。
通过上述方法制备的多级结构复合吸波材料(Co2Y@PANI/BaM/PVB)的结构是，Co2Y粉体被聚苯胺(PANI)包覆，与片状BaFe12O19粉体均匀分散在聚合物基体PVB之中，片状BaFe12O19粉体沿同一方向取向化排列，如图2、图5所示，小颗粒为Co2Y@PANI粉体，片状BaFe12O19粉体取向化排列，二者均匀复合在PVB基体之中。
本发明的原理是，首先，用聚苯胺(PANI)对Ba2Co2Fe12O22(Co2Y)粉体进行表面包覆和改性，形成Co2Y@PANI核壳复合材料。由于PANI是一种性能良好的导电聚合物，而Co2Y在GHz频段具有良好的磁导率和磁损耗，同时二者在ε’、u’上差异大，容易形成异质界面，从而产生缺陷，并造成电磁波的多重反射，同时二者的互补关系还可以实现阻抗匹配，进一步提升吸波性能。其次，BaM(BaFe12O19)具有较高的磁介电损耗，并且BaFe12O19可以合成片状模板并制成复合材料，可以利用其实现复合材料微观结构的取向化设计。本发明利用流延工艺使Co2Y型Ba2Co2Fe12O22粉体和片状BaFe12O19模板在PVB 基体中实现多功能层状结构，Co2Y-片状BaFe12O19粉体均匀分散在聚合物基体PVB之中，片状BaFe12O19形成层状结构，该方向为流延生料带平面方向，在压制复合材料时，为了获得更高吸波性能，需要使片状BaFe12O19粉体所在平面与电磁波入射与传播方向尽量垂直。出色的复合材料吸波性能得益于， Co2Y优异的磁导率和PANI、片状BaFe12O19粉体的介电常数，Co2Y磁性颗粒与PANI片状BaFe12O19粉体层之间电磁参数与微观形貌的较大差异，在复合材料中形成了大量的微观异质界面缺陷，能够产生大量的散射与多级反射效应，因此对入射电磁波实现高强度吸收，吸波性能得到大幅度加强。
为了证实本发明复合吸波材料的吸波性能，对样品做了吸波性能检测，结果如图3所示，厚度在1.9mm的样品的最大反射损耗达-66.9dB，说明通过该发明方法可以获得具有多功能层状微观结构以及多级反射优良吸波性能的复合材料。
本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明复合材料的结构具有多功能层状结构和多级反射的优点，Co2Y铁氧体磁性颗粒与对于表面进行包覆改性的PANI之间存在电磁参数的较大差异，在复合材料中形成了大量的微观异质界面缺陷，能够对入射电磁波实现高强度吸收，从而提高复合材料的吸波性能。其次Co2Y@PANI与BaM之间存在着较大的电磁参数和微观形貌的差异，进一步提升了吸波性能。另外本发明采用流延工艺，物料分散均匀而且膜的厚度均一，并且制备所用的流延浆料无毒性，不会对人体造成伤害。本发明中对设备要求简单，工艺稳定，可连续操作，生产效率高，可实现高度自动化，降低了成本，材料致密性和均匀性良好，并且制备方法简单。同时，本发明将Y型铁氧体应用于吸波领域，充分发挥了其在高频具有优良磁导率的特性，为其进一步开发应用奠定基础。
附图说明
图1为采用实施例1获得的片状BaFe12O19粉体；
图2为采用实施例1获得的Co2Y@PANI/BaM/PVB复合材料断面SEM照片，其中，(b)为(a)中方框部分的局部放大部分，(b)中A为BaM，B为 Co2Y@PANI；
图3为采用实施例1获得的复合材料2-18GHz频率范围内吸波性能；
图4为采用实施例1、实施例2获得的复合材料厚度为1.9mm时在 2-18GHz频率范围内材料吸波性能对比；
图5是为采用实施例2获得的Co2Y@PANI/BaM/PVB复合材料与 Co2Y/PVB、Co2Y@PANI/PVB复合材料在1.9mm厚度下吸波性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。
本发明所采用的各种化学试剂均可通过购买或实验室常规制备得到。
实施例1
1.片状BaFe12O19粉体的制备：
1-1，混料：称取1.973gBaCO3，9.581gFe2O3，11.554gNaCl，将上述三种材料在100mL聚四氟球磨罐中与25g无水乙醇，32g锆球混合球磨4小时，取出后烘干。
1-2，将BaCO3，Fe2O3，NaCl混合物装入刚玉坩埚加盖，放入马弗炉4℃ /分钟升温至1000℃，保温8小时，取出后冷却至室温。
1-3，清洗：将得到的黑色产品用热的去离子水反复清洗10次，去除NaCl 引入的杂质离子,此时得到小颗粒片状BaFe12O19晶粒尺寸约为1-2微米。
1-4，片状BaFe12O19粗化：取步骤3)所得粉体1.111g与41.646gBaCl2和15.968gFe2O3混合，在1150℃下煅烧8h。
1-5，洗涤干燥：将产物在去离子水中反复清洗十次，完全去除BaCl2残留物,用烘箱以100℃干燥6小时，此时产物为大粒径片状BaFe12O19约为30-50 微米。如图1所示，为该片状BaFe12O19粉体的微观形貌图，图中显示，得到了形貌规则的片状BaFe12O19粉体，证明该步骤有效。
2.Co2Y(Ba2Co2Fe12O22)粉体的制备
2-1，混料：称取7.893gBaCO3，2.997gCoO，19.162gFe2O3，将上述三种材料在100mL聚四氟球磨罐中与30g无水乙醇，40g锆球混合球磨4小时，取出后烘干。
2-2，煅烧研磨：在1100℃空气中煅烧4小时，冷却至室温，二次球磨研磨8h，获得制得Co2Y颗粒，粒径约为0.5-1微米。
3.Co2Y@PANI复合材料的制备
3-1，混料：首先，取9g制备的Co2Y粉体于100ml 1mol/L盐酸溶液中，搅拌30min；其次，在悬浮液中加入9g苯胺单体(PANI)，再次搅拌30min。
3-2，冰浴聚合：在步骤3-1基础上，加入100ml 1mol/L过硫酸铵溶液，在冰水浴中持续搅拌，反应12h。
3-3，洗涤干燥：将反应产物用去离子水反复抽滤洗涤并收集，在65℃真空干燥24h。
4.Co2Y@PANI/BAM/PVB复合材料的合成
4-1，浆料的配制：称取9.0g Co2Y@PANI和1.0g片状BaFe12O19，将二者加入到6g乙醇、8g丙酮和0.3g三油酸甘油酯的混合液中，并球磨4小时；再加入2g PVB、0.8gPEG-400和0.3g邻苯二甲酸二丁酯，再次球磨2小时。
4-2，将制备好的浆料置于流延机中，调节刮片的高度为200μm，基带的传输速度25cm/min，利用刮刀将浆料刮压涂敷在基带上，然后干燥24h，固化后，从基带上剥下，即可获得厚度为25-30μm,的取向化的 Co2Y@PANI/BAM/PVB复合吸波材料。
5.材料的合成
根据测试或产品需求，采用热压工艺将上述生料带叠层压制成不同形状样品。热压温度为70℃，压强10Mpa，保压时间10分钟。
实施例2
1.片状BaFe12O19粉体制备方法同实施例1。
2.Co2Y(Ba2Co2Fe12O22)粉体的制备方法同实施例1。
3.Co2Y@PANI复合材料的制备
3-1，混料：首先，取9g制备的Co2Y粉体于100ml 1mol/L盐酸溶液中，搅拌30min；其次，在悬浮液中加入4.5g苯胺单体(PANI)，再次搅拌30min。
3-2，冰浴聚合：在步骤3-1基础上，加入100ml 1.5mol/L过硫酸铵溶液，在冰水浴中持续搅拌，反应12h。
3-3，洗涤干燥：将反应产物用去离子水反复抽滤洗涤并收集，在65℃真空干燥24h。
4.Co2Y@PANI/BAM/PVB复合材料的合成
4-1，浆料的配制：称取8.0g Co2Y@PANI和2.0g片状BaFe12O19，将二者加入到3g乙醇、9g丁酮和0.5g三油酸甘油酯的混合液中，并球磨4小时；再加入3g PVB、1g聚乙二醇和0.5g邻苯二甲酸二丁酯，再次球磨2小时。
4-2，将制备好的浆料置于流延机中，调节刮片的高度为150μm，基带的传输速度30cm/min，利用刮刀将浆料刮压涂敷在基带上，然后干燥24h，固化后，从基带上剥下，即可获得厚度为20-25μm的取向化的 Co2Y@PANI/BAM/PVB复合吸波材料。
5.材料的合成
根据测试或产品需求，采用热压工艺将上述生料带叠层压制成不同形状样品。热压温度为70℃，压强5Mpa，保压时间8分钟。
实施例3
1.片状BaFe12O19粉体制备方法同实施例1。
2.Co2Y(Ba2Co2Fe12O22)粉体的制备方法同实施例1。
3.Co2Y@PANI复合材料的制备
3-1，混料：首先，取9g制备的Co2Y粉体于100ml 1mol/L盐酸溶液中，搅拌30min；其次，在悬浮液中加入3g苯胺单体(PANI)，再次搅拌30min。
3-2，冰浴聚合：在步骤3-1基础上，加入100ml 2mol/L过硫酸纳溶液，在冰水浴中持续搅拌，反应12h。
4.Co2Y@PANI/BAM/PVB复合材料的合成
4-1，浆料的配制：称取8.5g Co2Y@PANI和1.5g片状BaFe12O19，将二者加入到6g乙醇、8g丙酮和0.6g三油酸甘油酯的混合液中，并球磨4小时；再加入2.5g PVB、1gPEG-600和0.4g邻苯二甲酸二丁酯，再次球磨2小时。
4-2，将制备好的浆料置于流延机中，调节刮片的高度为250μm，基带的传输速度30cm/min，利用刮刀将浆料刮压涂敷在基带上，然后干燥24h，固化后，从基带上剥下，即可获得厚度为30-35μm的取向化的 Co2Y@PANI/BAM/PVB复合吸波材料。
5.材料的合成
根据测试或产品需求，采用热压工艺将上述生料带叠层压制成不同形状样品。热压温度为70℃，压强5Mpa，保压时间8分钟。
实施例4
1.片状BaFe12O19粉体制备方法同实施例1。
2.Co2Y(Ba2Co2Fe12O22)粉体的制备方法同实施例1。
3.Co2Y@PANI复合材料的制备
3-1，混料：首先，取9g制备的Co2Y粉体于100ml 1mol/L盐酸溶液中，搅拌30min；其次，在悬浮液中加入3g苯胺单体(PANI)，再次搅拌30min。
3-2，冰浴聚合：在步骤3-1基础上，加入100ml 2mol/L过硫酸钾溶液，在冰水浴中持续搅拌，反应12h。
4.Co2Y@PANI/BAM/PVB复合材料的合成
4-1，浆料的配制：称取6.5g Co2Y@PANI和3.5g片状BaFe12O19，将二者加入到4g乙醇、10g丙酮和0.3g三油酸甘油酯的混合液中，并球磨4小时；再加入5g PVB、0.8g聚乙二醇和0.3g邻苯二甲酸二乙酯，再次球磨2小时。
4-2，将制备好的浆料置于流延机中，调节刮片的高度为220μm，基带的传输速度30cm/min，利用刮刀将浆料刮压涂敷在基带上，然后干燥24h，固化后，从基带上剥下，即可获得厚度为28-32μm的取向化的 Co2Y@PANI/BAM/PVB复合吸波材料。
5.材料的合成
根据测试或产品需求，采用热压工艺将上述生料带叠层压制成不同形状样品。热压温度为70℃，压强7Mpa，保压时间9分钟。
实施例5
1.片状BaFe12O19粉体制备方法同实施例1。
2.Co2Y(Ba2Co2Fe12O22)粉体的制备方法同实施例1。
3.Co2Y@PANI复合材料的制备
3-1，混料：首先，取9g制备的Co2Y粉体于100ml 1mol/L盐酸溶液中，搅拌30min；其次，在悬浮液中加入2.5g苯胺单体(PANI)，再次搅拌30min。
3-2，冰浴聚合：在步骤3-1基础上，加入100ml 1.5mol/L过硫酸铵溶液，在冰水浴中持续搅拌，反应12h。
3-3，洗涤干燥：将反应产物用去离子水反复抽滤洗涤并收集，在65℃真空干燥24h。
4.Co2Y@PANI/BAM/PVB复合材料的合成
4-1，浆料的配制：称取8.0g Co2Y@PANI和2.0g片状BaFe12O19，将二者加入到3g乙醇、1g丁酮和0.5g三油酸甘油酯的混合液中，并球磨4小时；再加入20g PVB、1g聚乙二醇和0.5g邻苯二甲酸二丁酯，再次球磨2小时。
4-2，将制备好的浆料置于流延机中，调节刮片的高度为150μm，基带的传输速度30cm/min，利用刮刀将浆料刮压涂敷在基带上，然后干燥24h，固化后，从基带上剥下，即可获得厚度为20-25μm的取向化的 Co2Y@PANI/BAM/PVB复合吸波材料。
5.材料的合成
根据测试或产品需求，采用热压工艺将上述生料带叠层压制成不同形状样品。热压温度为70℃，压强5Mpa，保压时间8分钟。
如图2所示，为实施例1获得的Co2Y@PANI/BaM/PVB复合材料断面的 SEM照片，图中显示，A为BaM，B为Co2Y@PANI，BaM呈现层状结构，插入在Co2Y@PANI粉体中，形成多级结构。测试本实施例的复合材料在 2-18GHz频率范围内的吸波性能，由图3的吸波性能测试了在1.7mm、1.9mm、 2.4mm、3.2mm、3.6mm、4.0mm厚度下本复合材料的吸波性能，由测试结果可以得知，在1.9mm下吸波性能最强，且总体上覆盖了2-18GHz的全部频率。
选取厚度为1.9mm的实施例1、例2获得的复合材料，测试其在2-18GHz 频率范围内材料吸波性能，由图4所示的测试结果可知，在实施例1条件下得到的复合材料吸波性能最优。
以实施例2制备的复合材料为例，比较本发明Co2Y@PANI/BaM/PVB复合材料与Co2Y/PVB、Co2Y@PANI/PVB复合材料在2-18GHz频率范围内吸波性能，三者均选取厚度1.9mm，由图5所示的比较结果可以看出，随着材料的复合、和取向化的进行，吸波材料的吸波性能得到逐步提升。
Claims (10)
1.一种多级结构复合吸波材料，其特征在于，化学式为Co2Y@PANI/BaM-T/PVB，由Co2Y@PANI复合粉体和片状BaFe12O19粉体均匀分散在聚合物基体PVB中而形成的，所述片状BaFe12O19粉体沿同一方向取向化排列，并均匀分散于聚合物基体PVB之中。
2.根据权利要求1所述的多级结构复合吸波材料，其特征在于，复合吸波材料中Co2Y@PANI粉体和片状BaFe12O19粉体的质量比为9:1～6:4，PVB质量是Co2Y@PANI粉体和片状BaFe12O19粉体质量之和的0.2-2倍。
3.一种如权利要求1所述的多级结构复合吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，浆料的配制
取片状BaFe12O19粉体，并加入溶剂和分散剂，进行一次球磨；然后加入Co2Y@PANI复合材料，再加入聚合物基体PVB、塑化剂，再进行二次球磨，得到浆料；
步骤2，取向化工艺
将制备好的浆料置于流延机中，利用刮刀将浆料刮压涂敷在基带上，经干燥、固化后，从基带上剥下，叠片、热压，即得。
4.根据权利要求3所述的多级结构复合吸波材料的制备方法，其特征在于，所述Co2Y@PANI复合材料的制备方法为：取Co2Y型Ba2Co2Fe12O22粉体加入到酸溶液中溶解，向溶液中加入苯胺单体与过硫酸盐引发剂，然后在冰水浴中聚合；反应得到产物后清洗、干燥，得到Co2Y@PANI复合材料备用。
5.根据权利要求4所述的多级结构复合吸波材料的制备方法，其特征在于，所述Co2Y型Ba2Co2Fe12O22粉体和苯胺单体的质量比为4:1～1:1，引发剂采用过硫酸铵溶液，硫酸铵溶液和苯胺的摩尔比为3:(1～9)。
6.根据权利要求3所述的多级结构复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述Co2Y@PANI粉体和片状BaFe12O19粉体的质量比为9:1～6:4，所述PVB质量是Co2Y@PANI粉体和片状BaFe12O19粉体质量之和的0.2-2倍。
7.根据权利要求6所述的多级结构复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，以所述片状BaFe12O19粉体和Co2Y@PANI复合材料二者质量之和作为陶瓷粉体总质量，所述溶剂为乙醇、丁酮、PEG-400的混合溶液，溶剂质量为陶瓷粉体总质量的90％-120％，乙醇、丁酮、PEG-400质量比为3：(1～9)：(0.15～1.5)；分散剂为三油酸甘油酯，其质量为陶瓷粉体总质量的0.5％～1.5％；塑化剂为邻苯二甲酸二丁酯，其质量为陶瓷粉体总质量的0.5％～1％。
8.根据权利要求3所述的多级结构复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述刮刀距基带的高度为150-250μm。
9.根据权利要求3所述的多级结构复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述基带的传输速度为10-30cm/min。
10.根据权利要求3所述的多级结构复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述热压为复合材料在60-75℃下，在5-15MPa压力下热压5-15分钟。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109437325A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-03-08 | 西安理工大学 | 一种花状y型六角铁氧体-二氧化锰纳米粉体及制备方法 |
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| CN112552686A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-03-26 | 西安交通大学 | 一种具有超高磁导率的磁介电复合材料及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102604395A (zh) * | 2012-01-09 | 2012-07-25 | 浙江师范大学 | 膨胀石墨/聚苯胺/钴铁氧体吸波材料及制备工艺 |
| CN106587978A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-04-26 | 陕西科技大学 | 一种z‑型铁氧体片状粉体填充颗粒状粉体的吸波材料及其制备方法 |
| CN106854453A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-06-16 | 陕西科技大学 | 一种层状复合吸波材料的制备方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102604395A (zh) * | 2012-01-09 | 2012-07-25 | 浙江师范大学 | 膨胀石墨/聚苯胺/钴铁氧体吸波材料及制备工艺 |
| CN106587978A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-04-26 | 陕西科技大学 | 一种z‑型铁氧体片状粉体填充颗粒状粉体的吸波材料及其制备方法 |
| CN106854453A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-06-16 | 陕西科技大学 | 一种层状复合吸波材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SEYED HOSSEINHOSSEINI 等: ""Preparation of thermal infrared and microwave absorber using S"", 《JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS》 * |
| 尹邦跃: "《陶瓷核燃料工艺》", 31 January 2016 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109627529A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-04-16 | 重庆市鸿富诚电子新材料有限公司 | 一种流延成型的吸波材料、制备方法及其制备设备 |
| CN109437325A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-03-08 | 西安理工大学 | 一种花状y型六角铁氧体-二氧化锰纳米粉体及制备方法 |
| CN112552686A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-03-26 | 西安交通大学 | 一种具有超高磁导率的磁介电复合材料及其制备方法 |
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