CN108865062A - 一种电磁波吸收剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种电磁波吸收剂及其制备方法，属于电磁波吸收领域。电磁波吸收剂主要包括复合的第一粉体和第二粉体。其中，第一粉体是铁硅铝合金材质且元素组成为：85wt％的Fe、9.6wt％的Si、5.4wt％的Al；第二粉体是锰锌铁氧体材质且组成为：69.4wt％的Fe₂O₃、15.4wt％的Mn₃O₄、15.2wt％的ZnO。电磁波吸收剂具有较低介电常数和较高磁导率，利于阻抗匹配设计的电磁波复合吸收剂。电磁波吸收剂的制备方法简便易行，拓宽了FeSiAl吸收剂的使用频段。

Description

一种电磁波吸收剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及电磁波吸收领域，具体而言，涉及一种电磁波吸收剂及其制备方法。

背景技术

如今，各种电子产品的广泛使用带来了严重的电磁干扰。人们通过不断开发新的性能优良的吸波材料来尝试解决这个问题。

作为吸波材料所使用的吸收剂主要有铁氧体系列、金属粉体、多晶铁纤维等几大类。其中，金属粉体由于具有很高的起始磁导率和饱和磁化强度，因此，其在微波频段具有很大的使用潜能。然而，现有的大部分的吸波材料都采用单一组分，因而，其吸收频段较单一。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提供了一种电磁波吸收剂及其制备方法，以部分或全部地改善、甚至解决以上问题。

本发明是这样实现的：

在第一方面，本发明实施例的提供了一种电磁波吸收剂。

电磁波吸收剂主要包括复合的第一粉体和第二粉体。第一粉体为片状物的集合体。第二粉体为颗粒物的集合体。第一粉体和第二粉体以颗粒物包覆于片状物的形式复合。

其中，所述第一粉体是铁硅铝合金材质且元素组成为：85wt％的Fe、9.6wt％的Si、5.4wt％的Al；所述第二粉体是锰锌铁氧体材质且组成为：69.4wt％的Fe₂O₃、15.4wt％的Mn₃O₄、15.2wt％的ZnO。

在第二方面，本发明实施例提供了一种电磁波吸收剂的制备方法。

制备方法包括：提供由铁硅铝合金制作的第一粉体、由锰锌铁氧体制作的第二粉体，使第一粉体和所述第二粉体混合。

有益效果：

本发明实施例提供的电磁波吸收材料包括有FeSiAl合金和MnZn铁氧体。FeSiAl合金和MnZn铁氧体复合可以提升电磁波吸收材料的性能。FeSiAl合金粉体电阻率低、介电常数高的特点，与电阻率高、介电常数低的MnZn铁氧体复合，提高磁导率的阻抗匹配，降低复合材料的反射损耗，增大电磁波的吸收带宽。通过将两种电磁波吸收剂均匀混合而复合，充分发挥FeSiAl合金饱和磁化强度大、磁导率高以及MnZn铁氧体电阻率高、介电常数低的特点，提高阻抗匹配能力。以上复合吸收剂的制备过程简单，易于实现工业化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1复合吸收剂的复数介电常数实部(ε’)与频率(f)关系图；

图2复合吸收剂的复数介电常数虚部(ε”)与频率(f)关系图；

图3复合吸收剂的复数磁导率实部(μ’)与频率(f)关系图；

图4复合吸收剂的复数磁导率虚部(μ”)与频率(f)关系图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本发明实施例的一种电磁波吸收剂及其制备方法进行具体说明：

铁氧体具有电阻率高、磁损耗大、介电常数低等优点，在吸波材料领域广泛使用。

FeSiAl合金(粉体)具有形状各向异性，且具有非常优异的软磁性能。由于铁硅铝合金对电磁波具有较好的吸收作用，因此其被广泛用作吸波材料的吸收剂。

现有技术中，FeSiAl与铁氧体通常被用于磁粉芯，而用作吸收剂的还鲜有报道。因此，有鉴于此，发明人提出了一种FeSiAl与MnZn铁氧体的复合的吸收剂。该吸收剂被用以吸收电磁波。

但是，在实践中，发明人发现：

铁硅铝合金的大表面积将导致电极化增强，进而使涡流损耗增大。另一方面，FeSiAl合金介电常数的实部和虚部都较大，设计吸波涂层时，很难与磁导率匹配设计，导致吸波性能变差，反射损耗和吸收带宽都需要进一步提高。

在本发明实施例中，扁平化(片状)的FeSiAl合金粉体具有电阻率低、介电常数高的优点。进一步，在以上扁平化的铁硅铝合金粉体的基础上，将其与电阻率高、介电常数低的MnZn铁氧体复合，可以发挥二者的优势，达到降低复合材料的反射损耗值，增大吸收带宽，提高整体吸波性能的目的。

示例中，电磁波吸收材料主要包括第一粉体和第二粉体。第一粉体为片状物的集合体。所述第二粉体为颗粒物的集合体。在电磁波吸收材料中，第一粉体和第二粉体以颗粒物包覆于片状物的形式复合。

其中，第一粉体是铁硅铝合金材质且元素组成为：85wt％的Fe、9.6wt％的Si、5.4wt％的Al。第二粉体是锰锌铁氧体材质且组成为：69.4wt％的Fe₂O₃、15.4wt％的Mn₃O₄、15.2wt％的ZnO。

以上各原料的纯度可以被适当地选择，以减少杂质对其性能所带来的不利影响。例如，Fe、Si和Al的纯度均高于99.9％；Fe₂O₃纯度高于99.9％，Mn₃O₄纯度高于98.5％，ZnO纯度高于99.5％。

为了便于第一粉体和第二粉体之间复合，两者的粒度被适当地选择。可被替代的示例中，第一粉体中的片状物的粒度小于60μm，例如，58μm、50μm、46μm、32μm或更小。第二粉体中的颗粒物的粒度小于50μm，例如，46μm、41μm、35μm、30μm、26μm或更小。容易知道的是，为了使颗粒物能够包覆在片状物表面，颗粒物比片状物更小。片状物被颗粒物包覆的程度可以通过对两者的尺寸调节而实现。例如，在片状物的粒度不变的情况下，颗粒物粒度减小从而能够更充分(覆盖密度更大)地附着在其表面。

其中，作为一种示例，第一粉体中的片状物的粒度可以其表面任意两点之间的最长距离来进行表征。或者，第一粉体中片状物的粒度可以通过筛网来限定。例如，将第一粉体是经由过筛处理而收集到的筛下物，而片状物的粒度上限则可以由筛孔的直径来确定。

第一粉体和第二粉体的重量比可根据期望的性能被适当地选择。较佳地，在本发明的一些实施例中，第一粉体和第二粉体的重量比为4:1～1:4，优选为1:1。

针对于上述的电磁波吸收材料，在本发明实施例中还提供了一种电磁波吸收材料的制备方法。

制备方法包括：

步骤S101、分别提供由铁硅铝合金制作的第一粉体、由锰锌铁氧体制作的第二粉体。

上述第一粉体和第二粉体可以由市售的铁硅铝合金、锰锌铁氧体进行适当的处理而获得。

其中，铁硅铝合金可以通过金属冶金工艺而被制备获得。简单且易行的，在本发明实施例中，第一粉体由铁硅铝合金粉料通过球磨制作而成。

例如，采用单质铁、单质硅、单质铝通过气雾化法制备铁硅铝合金粉料。铁硅铝单质金属的用量按照第一粉体的元素比例进行配料。例如，100g铁硅铝合金粉料由85g铁、9.6g硅、5.4g铝球磨制成。铁硅铝在使用之前，通常可以进行氧化层去除，例如酸蚀。

为了使球磨效率更高，所获得的第一粉体的粒度更均一，球磨铁硅铝粉料所采用球料比为20:1。进一步地，铁硅铝合金粉料球磨时混入有酒精，且球磨完成后在60℃烘干。酒精可以降低粉体表面的表面能，所以粉体不会产生团聚。另外，酒精易于挥发(挥发温度低)，不易增加粉料的含水量，同时加热脱除酒精也容易金属发生成分变化。酒精优选采用为无水乙醇。

为了控制第一粉体中的片状物的粒度，过250目筛，取筛下物。

与第一粉体相似地，为了方便制作，第二粉体也可以通过固相烧结制作。示例中，第二粉体由含有三氧化二铁、氧化锌、四氧化三锰的物料通过固相烧结而得。各原料的用量可根据第二粉体成分组成选择。例如，100g第二粉体中由69.4g三氧化二铁(Fe₂O₃)、15.4g四氧化三锰(Mn₃O₄)、15.2g氧化锌(ZnO)。

特别地，在本实施例中，固相烧结是中多元系的固相烧结。其采用三种组元的粉末体系，在其中低熔组元的熔点以下温度进行的粉末烧结。在烧结过程中，发生单元系固相烧结现象外和组元之间的相互影响和作用的其他现象。

三氧化二铁、氧化锌、四氧化三锰之间能形成固溶体、化合物的多元系固相烧结，因此除发生同组元之间的烧结外，还发生不同组元之间的互溶或化学反应。例如，烧结体中的组元体系存在不同的收缩、膨胀。

以上含有三氧化二铁、氧化锌、四氧化三锰的物料可以是三氧化二铁、氧化锌、四氧化三锰在水参入的条件下球磨并脱水制备而成。

考虑到三氧化二铁、氧化锌、四氧化三锰的不同熔点等理化特性，固相烧结的温度被特别地选择，例如1250℃。较佳地，通过在逐步升温而在不同温度下进行固相烧结的方式可以较好地提高锰锌铁氧体性能。作为一种可选的示例，物料通过两次球磨制得第二粉体。

两次球磨的方法包括：

第一次球磨，在水参与(通常情况下，将水加入原料中)的条件下，按照球料比15:1的比例将三氧化二铁、氧化锌、四氧化三锰进行第一次球磨获得含水的第一浆料。第一次球磨采用湿磨的方式进行球磨，湿磨的时间例如被选择为3小时。

将第一浆料于120℃烘干，再加热至950℃预烧获得预烧粉料。在950℃烧结的时间例如被选择为2小时。

第二次球磨，在水参与(一般地，将水加入原料中)的条件下，按照球料比15:1的比例将预烧粉料球磨获得含水的第二浆料。第二次球磨采用湿磨的方式进行球磨，湿磨的时间例如被选择为40小时。

将第二浆料在120℃烘干，再加热至1250℃烧结，在1250℃下的保温时间可以被选择为5h。为了控制第二粉体中的颗粒物的粒度，过325目筛，取筛下物。

步骤S102、使第一粉体和第二粉体混合。

作为一种易于实现的方案，本实施例中，使第一粉体和第二粉体混合的方法包括球磨。例如，将得到的片状FeSiAl合金粉体和颗粒状MnZn铁氧体粉体，按4:1的配比，球磨8小时，使得颗粒较细的MnZn铁氧体粉体均匀包覆在片状FeSiAl合金粉体之间。可以理解的是，在第一粉体的片状物之间，第二粉体中的颗粒物可呈镶嵌方式分布。

以上电磁波吸收剂及其制备方法具有以下优势：

1)FeSiAl合金粉体，采用气雾化方式制备合金粉体，杂质少，粒度易控。MnZn铁氧体采用固相烧结法工艺，预烧后球磨40h，降低后续烧结温度。

2)电磁波吸收剂通过控制粒度，达到均匀混合的目的，并且充分发挥FeSiAl合金饱和磁化强度大、磁导率高，MnZn铁氧体电阻率高、介电常数低的特点，提高电磁参数匹配能力。

以下结合实施例对本发明的一种电磁波吸收剂及其制备方法作进一步的详细描述。

实施例1

1)片状FeSiAl合金粉体制备：采用气雾化方式制备合金粉体，合金组分为85wt％Fe、9.6wt％Si、5.4wt％Al，三种原材料的纯度均高于99.9％。称取100目过筛粉体30g，按球料比20:1的比例，加入适量酒精湿磨30h后，于60℃烘干，用250目筛子过筛，得到片状化FeSiAl合金粉体。

2)MnZn铁氧体粉体制备：各组分的比例为69.4wt％Fe2O3，15.4wt％Mn3O4，15.2wt％ZnO。三种氧化物的纯度为Fe2O3高于99.9％，Mn3O4高于98.5％，ZnO高于99.5％。将上述混合物按球料比15:1的比例，加入适量去离子水，湿磨3h。然后将混合后的浆料于120℃烘干，再加热到950℃预烧，保温2h。将粉体再次按球料比15:1的比例，加入适量去离子水，湿磨40h。将混合后的浆料120℃烘干，加热到1250℃烧结，保温5h得到MnZn铁氧体材料，用325目筛子过筛，得到MnZn铁氧体粉体。

3)复合：将上述方式得到的片状FeSiAl合金粉体和MnZn铁氧体粉体，按4:1的配比，球磨8小时，使得颗粒较细的MnZn铁氧体粉体均匀包覆或镶嵌在片状FeSiAl合金粉体之间。

4)压环：将复合粉体与石蜡，按4:1的比例混合，压制成7mm×3mm×4mm的环形样品，测试复合吸收剂的复数介电常数和复数磁导率。

实施例2

本实施提供了一种电磁波吸收材料，其制作步骤与实施例1一致，主要区别在步骤3)中改变片状FeSiAl合金粉体和MnZn铁氧体粉体的比例为1:1。

实施例3

本实施提供了一种电磁波吸收材料，其制作步骤与实施例1一致，仅在步骤3)中改变片状FeSiAl合金粉体和MnZn铁氧体粉体的比例为1:4。

上述实施例1～3，片状FeSiAl合金粉体和MnZn铁氧体粉体，不同配比混合，得到频段在0.5～18GHz的复数介电常数和复数磁导率，具体请参阅图1至图4。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种电磁波吸收剂，其特征在于，所述电磁波吸收剂主要包括复合的第一粉体和第二粉体，所述第一粉体为片状物的集合体，所述第二粉体为颗粒物的集合体，所述第一粉体和所述第二粉体以所述颗粒物包覆于所述片状物的形式复合；

其中，所述第一粉体是铁硅铝合金材质且元素组成为：85wt％的Fe、9.6wt％的Si、5.4wt％的Al；所述第二粉体是锰锌铁氧体材质且组成为：69.4wt％的Fe₂O₃、15.4wt％的Mn₃O₄、15.2wt％的ZnO。

2.根据权利要求1所述的电磁波吸收剂，其特征在于，所述片状物的粒度小于60μm。

3.根据权利要求1所述的电磁波吸收剂，其特征在于，所述颗粒物的粒度小于50μm。

4.根据权利要求1所述的电磁波吸收剂，其特征在于，所述第一粉体和所述第二粉体的重量比为4:1～1:4。

5.根据权利要求4所述的电磁波吸收剂，其特征在于，所述第一粉体和所述第二粉体的重量比为1:1。

6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的电磁波吸收剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供由铁硅铝合金制备的第一粉体、由锰锌铁氧体制备的第二粉体，使所述第一粉体和所述第二粉体混合。

7.根据权利要求6所述的电磁波吸收剂的制备方法，其特征在于，所述第一粉体由铁硅铝合金粉料通过球磨制备而成；

优选地，所述铁硅铝合金粉料采用单质铁、单质硅、单质铝通过气雾化法制备。

8.根据权利要求6所述的电磁波吸收剂的制备方法，其特征在于，所述第二粉体由含有三氧化二铁、氧化锌、四氧化三锰的物料通过固相烧结而得。

9.根据权利要求8所述的电磁波吸收剂的制备方法，其特征在于，所述物料通过两次球磨制得所述第二粉体，所述两次球磨的方法包括：

按照球料比15:1的比例，加入去离子水，将三氧化二铁、氧化锌、四氧化三锰进行第一次球磨混合；

将浆料于120℃烘干，再加热至950℃预烧获得预烧粉料；

将预烧粉料按照球料比15:1的比例，加入去离子水，球磨混合；

将浆料在120℃烘干，再加热至1250℃烧结。

10.根据权利要求7所述的电磁波吸收剂的制备方法，其特征在于，使所述第一粉体和所述第二粉体混合的方法包括球磨。