CN110722153A - 一种抗氧化吸收剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗氧化吸收剂及其制备方法，是由质量分数为20～5wt.％的铝粉均匀附着在质量分数为80～95wt.％的羰基铁粉表面，形成致密Al2O3包覆的羰基铁粉抗氧化吸收剂，羰基铁粉平均粒径为1～6μm，铝粉平均粒径为10～100nm。先制备具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉，控制氧化使具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉中的铝被氧化，得到氧化铝包覆的羰基铁粉；对氧化铝包覆的羰基铁粉进行原位氧化还原，制备致密氧化铝包覆的羰基铁粉。控制氧化的温度为250～400℃、时间为1～3h、氧分压为0.1～0.5Pa。解决了现有羰基铁粉在高温下容易氧化从而降低了其吸波性能的问题。
Description
技术领域
本发明属于吸收剂材料制备技术领域，涉及一种抗氧化吸收剂及其制备方法。
背景技术
现代传感技术正朝着更高、更精和更尖的方向飞跃发展，更加危及到作战中武器的生存能力和作战能力。为此隐身性日渐成为当今武器设计中的一项重要指标。雷达探测是第二次世界大战期间发展起来的一种利用目标反射的电磁波来确定其位置的探测技术，目前仍然是最重要及最常用的军事探测技术之一。由于雷达探测对各类武器构成主要威胁，因此，雷达波吸收材料应运而出，用来对抗雷达的探测。根据吸波材料的吸收机理不同，可以将它分为电损耗型吸波材料和磁损耗型吸波材料。前者是依靠电子极化或界面极化等机制吸收消耗电磁波能量，后者则是依靠磁滞损耗、畴壁共振、涡流损耗以及共振损耗等机制吸收电磁波。由于磁损耗型吸波材料更容易实现薄、轻、宽、强等要求而得到了广泛的研究。磁损耗型吸波材料常用羰基铁粉、羰基钴粉、羰基镍粉等典型的磁性材料作为吸收剂。
羰基铁粉是由羰基铁化合物在预热的氮气氛围中热分解，由分离器将不同粒径的粉末分离并收集，或者通过激光束直接照射高纯的羰基铁化合物，在反应室中通过光敏剂引发其分解得到呈洋葱球层状独特结构α-Fe粉，羰基铁粉体为黑色粉末，具有磁性、衰减和吸收电磁波的特性，含Fe量在97％以上，颗粒为圆球状，粒径为1～10μm，具有较大的比表面积。羰基铁粉由于其磁导率高、饱和磁化强度大及居里温度较高等优点，而得到了广泛的研究。但是，羰基铁粉在高温下容易氧化，这将极大地降低其吸波性能，从而限制它的使用温度。因此目前通常采用化学镀、表面沉积技术、液相化学还原、溶胶凝胶法、化学气相沉积、金属化合物化学气相沉积、有机物包覆、化学钝化等方法在羰基铁粉表面包覆一层抗氧化层来解决该问题，但由于方法的局限性，这些方法共同的问题是得到的包覆层均存在包覆层不够致密、包覆层不够连续、或者包覆层不够均匀，而难以抵抗吸收剂在高温使用过程中被氧化的问题。因此，研制兼具优异吸波性能和温度稳定性即抗氧化性的羰基铁粉具有很好的发展前景。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种抗氧化吸收剂，以解决现有羰基铁粉在高温下容易氧化从而降低了其吸波性能的问题。
本发明实施例的另一目的在于提供一种抗氧化吸收剂的制备方法，以解决现有方法制备的抗氧化吸收剂的包覆层不够致密、不够连续、不够均匀的问题。
本发明实施例所采用的技术方案是，一种抗氧化吸收剂，是由质量分数为20～5wt.％的铝粉均匀附着在质量分数为80～95wt.％的羰基铁粉表面，形成致密Al2O3包覆的羰基铁粉抗氧化吸收剂。
进一步的，所述铝粉粒径小于羰基铁粉的粒径。
进一步的，所述羰基铁粉的平均粒径为1～6μm，所述铝粉的平均粒径为10～100nm。
本发明实施例所采用的另一技术方案是，一种抗氧化吸收剂的制备方法，按照以下步骤进行：
步骤S1、制备具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉；
步骤S2、控制氧化使具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉中的铝被氧化，预制备氧化铝包覆的羰基铁粉；
步骤S3、对步骤S2制备的氧化铝包覆的羰基铁粉进行原位氧化还原，制备致密氧化铝包覆的羰基铁粉抗氧化吸收剂。
进一步的，所述步骤S1的具体实现过程为：
步骤S11、按质量分数称取平均粒径为1～6μm的羰基铁粉80～95wt.％与平均粒径为10～100nm的铝粉20～5wt.％，混合后放入球磨罐中；
步骤S12、在球磨罐中加入磨球，磨球与球磨罐中混合粉的球料质量比为10～30:1；
步骤S13、在球磨罐中加入适量有机溶液，以淹没其内的混合粉和磨球为准；
步骤S14、采用密封充氩气进行保护，以200～400转/分钟的速度球磨8～12小时，在羰基铁粉外表面形成机械合金化的Fe-Al合金，即得到具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉，其中，机械合金化的Fe-Al合金占具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉总体积的10～30％。此处10％-30％的范围无法通过现有的检测手段具体量化，但经过分析大体占5％-35％左右，因此10-30％的范围是合理的。
需要注意的是，此处不能为了缩短球磨时间而提升转速加快球磨速度，那样容易使磨料大量地粘附在球磨罐内壁上，反而达不到理想的球磨效果，且此处球磨到没有铝粉偏聚体和羰基铁粉偏聚体的存在，即铝粉均匀地包覆在羰基铁粉表面为止。
由于本发明实施例的目的是在保证羰基铁粉的吸波性能的前提下，增加其抗氧化性，所以希望铝粉形成的氧化铝只是包覆在羰基铁粉的表面，并没有进入到羰基铁粉的内部，因此，第一步需要铝粉只分布在羰基铁粉表面，与羰基铁粉的表层Fe机械合金化，而不是与羰基铁粉的所有Fe都机械合金化，所以步骤S1是部分机械合金化，且由于本发明实施例所选用的羰基铁粉颗粒较大(微米级)，铝粉颗粒较小(纳米级)，对羰基铁粉和铝粉的混合粉进行球磨，使得铝粉仅与羰基铁粉表面的部分Fe发生机械合金化，羰基铁粉内部的Fe没有参与机械合金化，从而在羰基铁粉外表面形成机械合金化的Fe-Al合金，得到具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉。
形成的机械合金化的Fe-Al合金含量若过多，会造成通过原位氧化还原后Fe-Al合金内还存在过多铝未被氧化，从而会影响羰基铁粉的吸波性能；形成的机械合金化的Fe-Al合金含量若过少，会造成原位氧化还原过程中Fe-Al合金内的铝不足而难以置换出控制氧化过程中被氧化的Fe，且难以形成致密氧化铝包覆层，从而影响羰基铁粉的吸波性能和抗氧化性能。本发明实施例采用粒径为1～6μm的羰基铁粉80～95wt.％与平均粒径为10～100nm的铝粉20～5wt.％，并以200～400转/分钟的速度球磨8～12小时，控制在羰基铁粉外表面形成占具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉总体积10～30％的机械合金化的Fe-Al合金，使得原位氧化还原过程中Fe-Al合金内的铝置换出被氧化的Fe，形成致密氧化铝包覆的羰基铁粉，在保证羰基铁粉吸波性能变化不大的前提下提高了其抗氧化性能。
进一步的，所述步骤S12是从直径为1～6mm范围的磨球中选择多个不同直径的磨球组合共同完成球磨；
所述步骤S14制备得到具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉后，将其采用步骤S13所述的有机溶液清洗3次，并在80～100℃真空干燥箱中烘干，最后将其放入氩气气氛保护的手套箱中储存。
因羰基铁原料出厂前都有一个钝化过程，否则极易自燃，钝化过程中引入了其他的化学试剂，经过球磨过程，羰基铁粉表层经钝化附着的化学试剂脱离羰基铁粉而存在于有机溶剂中，在球磨后利用有机溶剂再次清洗将该化学试剂彻底清洗干净，以免影响氧化铝包覆层的形成及其性能。
进一步的，所述磨球采用直径为1mm、3mm和6mm的磨球组合，三者的质量比为5:3:2；
所述球磨罐为尼龙球磨罐、聚四氟乙烯球磨罐、氧化铝球磨罐和氧化锆球磨罐中的至少一种；
所述磨球为氧化铝球和氧化锆球中的至少一种；
所述有机溶液为环己烷或正辛烷。
进一步的，所述步骤S2的具体实现过程为：
步骤S21、将步骤S1制备的具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉均匀平摊在氧化铝陶瓷方舟内，在真空气氛两用炉中对其进行控制氧化，使羰基铁粉表面的铝粉被完全氧化；
步骤S22、氧化完成后，将其随真空气氛两用炉冷却至室温，得到氧化铝包覆的羰基铁粉。
进一步的，所述步骤S21的控制氧化的温度为250～400℃、时间为1～3h、氧分压为0.1～0.5Pa；
所述步骤S2控制氧化使羰基铁粉表面的铝粉被完全氧化的同时，部分羰基铁粉也被氧化，在羰基铁粉表面形成(Al2O3+FexOy)混合物；
控制氧化过程的目的是尽可能使羰基铁粉表面的铝完全被氧化而羰基铁粉中的铁不被氧化，这样才能达到提高吸收剂抗氧化性能的同时，还能保持其较好的吸波性能。低于250℃会使得铝粉不能充分得到氧化，高于400℃会使得羰基铁粉中的Fe氧化过多，因此此处不能通过增大氧化温度而缩短处理时间，也不能通过延长处理时间而降低氧化温度，增大氧化温度而缩短处理时间会使得羰基铁粉中的铁被大量氧化，从而导致最终吸收剂吸波性能下降较大；降低氧化温度而增加处理时间会使得铝氧化不完全而不能形成致密的氧化铝外层。
氧分压为0.1～0.5Pa，是指氧气占通入的氧气和氩气混合气体的压力组分，根据Ellingham-Richardson氧势图知，相同温度下，铝发生氧化所需要的氧分压要远远低于铁发生氧化时需要的氧分压。因此，本发明实施例设计的氧分压高于铝发生氧化所需要的氧分压而低于铁发生氧化时需要的氧分压，进一步保证在控制氧化过程中铝能够完全氧化而铁尽可能不被氧化。氧分压过大会导致羰基铁粉中的铁发生过多氧化，最终导致吸收剂吸波性能降低过多，而氧分压过小会导致铝不能得到充分氧化，导致不能形成足够的致密氧化铝膜，不能有效提高吸收剂的抗氧化性能。
本发明实施例在氧分压为0.1～0.5Pa、氧化温度为250～400℃的条件下，控制氧化进行1～3h，使得羰基铁粉表面的铝粉被完全氧化形成Al2O3，而羰基铁粉中的铁少量被氧化，进而使得制备得到的吸收剂兼具良好的抗氧化性和吸波性能，因此，该控制氧化过程在羰基铁粉表面的铝粉氧化完全而羰基铁粉中的铁未开始氧化时结束效果最佳。
所述步骤S3的具体实现过程如下：
步骤S31、将步骤S2制备的氧化铝包覆的羰基铁粉平摊在氧化铝陶瓷方舟里，在真空热处理炉中对其进行原位氧化还原，使形成的机械合金化的Fe-Al合金中未被氧化的铝扩散接近羰基铁粉表面的(Al2O3+FexOy)混合物，并与其中的FexOy发生如下原位氧化还原反应：
2Al+(3/y)FexOy→Al2O3+(3x/y)Fe；
对Fe-Al合金中未被氧化的Al进行氧化的同时置换出步骤S2中被氧化的羰基铁粉的Fe，间接使羰基铁粉的铁不被氧化，并形成致密、均匀、连续的氧化铝包覆层；
步骤S32、原位氧化还原完成后，将其随真空热处理炉冷却至室温，得到致密氧化铝包覆的羰基铁粉抗氧化吸收剂。
进一步的，所述步骤S31的原位氧化还原是在500～700℃的真空热处理炉中热处理1～3h，真空度保持在低于5×10-5Pa范围。
原位氧化还原反应由于温度低、反应物金属铝是靠扩散与另一反应物FexOy接触，且反应时的反应物量很少，所以不会像工业上的铝热反应那样形成高温和熔融的铁，从而不会导致铁粉颗粒熔融结块。反应的结果是通过Fe-Al合金中未被氧化的Al将(Al2O3+FexOy)混合物中的FexOy还原为Fe，同时，Al被氧化生成致密的Al2O3，使得在羰基铁颗粒表面形成连续均匀致密的氧化铝包覆层，这样的包覆层有望大幅提高羰基铁粉的高温抗氧化性，该原位氧化还原过程进行到Al将被氧化的Fe置换出来即可结束。
虽然理想情况下，经过第二个阶段应该只有Al2O3和Fe了，但是，经过大量的试验证明，这一理想情况几乎不可能实现，所以需要进行原位氧化还原，原位氧化还原反应生成的Al2O3会趋向于羰基铁粉表层与之前形成的Al2O3共同形成更为致密更为连续的Al2O3包覆层，使得被包覆的羰基铁粉在后期高温使用中难以被氧化，提高羰基铁粉抗氧化性的同时有效保证其吸波性能。
当动力学条件和热力学条件均达到时，上述原位氧化还原反应就会发生，且由于Al的熔融温度(660℃)较FexOy的熔融温度(Fe2O3-1565℃，Fe3O4-1594.5℃)更低，所以，Al更容易扩散至近表面层与表面的FexOy发生反应。
本发明实施例的有益效果是，采用“部分机械合金化-控制氧化-原位氧化还原”三步法来制备致密氧化铝层包覆的羰基铁粉吸收剂。分三步法的目的是先将纳米铝以非平衡Fe-Al合金的形式均匀地分布在微米级羰基铁粉颗粒表面，其次利用“控制氧化”过程，将分布在羰基铁粉表层的Al氧化为Al2O3膜，最后，通过“原位氧化还原”过程，利用Fe-Al合金中未被氧化的Al置换出“控制氧化”过程中被氧化的少量Fe，在羰基铁粉表面包覆一层致密的Al2O3包覆层，从而提高羰基铁粉的抗氧化性，制备得到一种能长期耐温的氧化铝包覆的羰基铁吸收剂，具有低成本及高效率等特点。该氧化铝包覆的羰基铁粉吸收剂兼具优异的耐温性和吸波性，可广泛应用于通信、医药器械及航天航空等高新技术行业中。
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，下面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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例经第一步球磨后得到的吸收剂形貌示意图。
图2是本发明实施例经第二步控制氧化过程后得到的吸收剂形貌图。
图3是本发明实施例经第三步原位氧化还原后得到的氧化铝包覆的羰基铁粉抗氧化吸收剂(Al2O3@CIPs)形貌示意图。
图4是本发明的实施例2得到的抗氧化羰基铁粉吸收剂的微观形貌图。
图5是原始羰基铁粉(CIPs)与本发明的实施例2得到的氧化铝包覆的羰基铁粉抗氧化吸收剂(Al2O3@CIPs)在经过300℃热处理200h前后反射率变化曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提出一种抗氧化吸收剂，由质量分数为80wt.％的羰基铁粉和质量分数为20wt.％的铝粉组成。
本实施例还提出了一种抗氧化吸收剂的制备方法，具体按照以下步骤进行：
第一步，制备具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉：
(1)按照质量分数称取平均粒径为6μm的羰基铁粉80wt.％和平均粒径为100nm的铝粉20wt.％，混合后放入氧化锆球磨罐中；
(2)在氧化锆球磨罐中加入氧化锆磨球，氧化锆磨球与氧化锆球磨罐中的混合粉的球料质量比为30:1，本实施例是从直径为1～6mm范围的氧化锆磨球中选择多个不同直径的氧化锆磨球组合共同完成球磨工作，具体是采用直径为1mm、3mm和6mm的氧化锆磨球组合，三者的质量比为5:3:2；
(3)在氧化锆球磨罐中加入适量环己烷，以淹没其内的混合粉和磨球为准；
(4)采用密封充氩气进行保护，在行星式球磨机上以200转/分钟的速度球磨12小时，得到具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉；
(5)将具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉用环己烷清洗3次，在80℃真空干燥箱中烘干，清洗过程尽可能避免其与空气接触；
(6)最后，将烘干的具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉放入氩气气氛保护的手套箱中储存。
第二步，控制氧化预制备氧化铝包覆的羰基铁粉：
(1)将第一步制备的具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉均匀平摊在氧化铝陶瓷方舟里，在真空气氛两用炉中对其进行控制氧化，控制氧化的温度为400℃，处理时间为1h，氧分压为0.5Pa；
(2)氧化完成后，将其随真空气氛两用炉冷却至室温，得到氧化铝包覆的羰基铁粉。
第三步，原位氧化还原制备致密氧化铝包覆的羰基铁粉。
(1)将第二步制备的氧化铝包覆的羰基铁粉平摊在氧化铝陶瓷方舟里，在700℃的真空热处理炉中热处理1h，对其进行原位氧化还原，真空热处理炉的真空度保持在低于5×10-5Pa范围；
(2)原位氧化还原完成后，将其随真空热处理炉冷却至室温，得到致密氧化铝包覆的羰基铁粉。
实施例2
本实施例提出一种抗氧化吸收剂，由质量分数为90wt.％的羰基铁粉和质量分数为10wt.％的铝粉组成。
本实施例还提出了一种抗氧化吸收剂的制备方法，具体按照以下步骤进行：
第一步，制备具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉：
(1)按照质量分数称取平均粒径为3μm的羰基铁粉90wt.％和平均粒径为50nm的铝粉10wt.％，混合后放入氧化铝球磨罐中；
(2)在氧化铝球磨罐中加入氧化铝磨球，氧化铝磨球与氧化铝球磨罐中混合粉的球料质量比为20:1，本实施例是从直径为1～6mm范围的氧化铝磨球中选择多个不同直径的氧化铝磨球组合共同完成球磨工作，具体是采用直径为1mm、3mm和6mm的氧化铝磨球组合，三者的质量比为5:3:2；
(4)采用密封充氩气进行保护，在行星式球磨机上以300转/分钟的速度球磨10小时，得到具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉；
(5)将具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉用环己烷清洗3次，在90℃真空干燥箱中烘干，清洗过程尽可能避免其与空气接触；
(6)最后，将烘干的具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉放入氩气气氛保护的手套箱中储存。
第二步，控制氧化预制备氧化铝包覆的羰基铁粉：
(1)将第一步制备的具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉均匀平摊在氧化铝陶瓷方舟里，在真空气氛两用炉中对其进行控制氧化，控制氧化的温度为300℃，处理时间为2h，氧分压为0.3Pa；
(2)氧化完成后，将其随真空气氛两用炉冷却至室温，得到氧化铝包覆的羰基铁粉。
第三步，原位氧化还原制备致密氧化铝包覆的羰基铁粉。
(1)将第二步制备的氧化铝包覆的羰基铁粉平摊在氧化铝陶瓷方舟里，在600℃的真空热处理炉中热处理2h，对其进行原位氧化还原，真空热处理炉的真空度保持在低于5×10-5Pa范围；
(2)原位氧化还原完成后，将其随真空热处理炉冷却至室温，得到致密氧化铝包覆的羰基铁粉。
实施例3
本实施例提出一种抗氧化吸收剂，由质量分数为95wt.％的羰基铁粉和质量分数为5wt.％的铝粉组成。
本实施例还提出了一种抗氧化吸收剂的制备方法，具体按照以下步骤进行：
第一步，制备具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉：
(1)按照质量分数称取平均粒径为1μm的羰基铁粉95wt.％和平均粒径为10nm的铝粉5wt.％，混合后放入尼龙球磨罐中；
(2)在尼龙球磨罐中加入氧化锆磨球，氧化锆磨球与尼龙球磨罐中的混合粉的球料质量比为10:1，本实施例是从直径为1～6mm范围的氧化锆磨球中选择多个不同直径的氧化锆磨球组合共同完成球磨工作，具体是采用直径为1mm、3mm和6mm的氧化锆磨球组合，三者的质量比为5:3:2；
(3)在尼龙球磨罐中加入适量正辛烷，以淹没其内的混合粉和磨球为准；
(4)采用密封充氩气进行保护，在行星式球磨机上以400转/分钟的速度球磨8小时，得到具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉；
(5)将具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉用正辛烷清洗3次，在100℃真空干燥箱中烘干，清洗过程尽可能避免其与空气接触；
(6)最后，将烘干的具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉放入氩气气氛保护的手套箱中储存。
第二步，控制氧化预制备氧化铝包覆的羰基铁粉：
(1)将第一步制备的具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉均匀平摊在氧化铝陶瓷方舟里，在真空气氛两用炉中对其进行控制氧化，控制氧化的温度为250℃，处理时间为3h，氧分压为0.1Pa；
(2)氧化完成后，将其随真空气氛两用炉冷却至室温，得到氧化铝包覆的羰基铁粉。
第三步，原位氧化还原制备致密氧化铝包覆的羰基铁粉。
(1)将第二步制备的氧化铝包覆的羰基铁粉平摊在氧化铝陶瓷方舟里，在500℃的真空热处理炉中热处理3h，对其进行原位氧化还原，真空热处理炉的真空度保持在低于5×10-5Pa范围；
(2)原位氧化还原完成后，将其随真空热处理炉冷却至室温，得到致密氧化铝包覆的羰基铁粉。
为了更为清晰地说明本发明三步法的过程，图1～3为本发明实施例的三步法经每步后得到的吸收剂形貌结构示意图。图1为经第一步球磨后得到的吸收剂形貌示意图，在吸收剂的外表面是形成的机械合金化的Fe-Al合金，且Fe-Al合金均匀地分布在羰基铁粉外表面，没有发生机械合金化的金属铝则呈不均匀态分布在Fe-Al合金表面，吸收剂的核心部分是Fe。图2为经第二步控制氧化过程后得到的吸收剂形貌示意图，在吸收剂的外表面，一部分是致密的Al2O3膜，一部分是部分Fe-Al合金氧化后形成的(Al2O3+FexOy)混合物，在该(Al2O3+FexOy)混合物内部为未氧化的Fe-Al合金，吸收剂的核心部分是Fe。图3为经三步法后得到的氧化铝包覆羰基铁粉(Al2O3@CIPs)吸收剂形貌示意图，吸收剂的外表面是一层连续、均匀且致密的Al2O3层，吸收剂的核心部分为Fe。图4为实施例2经三步法后得到的抗氧化羰基铁粉吸收剂微观形貌图，从图中可以看出，羰基铁粉外表面均包覆有一层均匀致密连续的Al2O3层，其厚度约为几十纳米。
另外，需要说明的是，Fe-Al合金只是一种物理形式的结合，并未改变羰基铁粉中Fe的物理性质，虽然部分Fe是以Fe-Al合金形式存在，但其性质并未发生改变，所以对吸波性能不会产生影响。
图5为原始羰基铁粉(CIPs)与实施例2得到的抗氧化吸收剂(Al2O3@CIPs)在经过300℃热处理200h前后反射率变化曲线。从图5可以看出，经过三步法包覆Al2O3膜层后，吸收剂的吸收峰略微向高频方向移动，但是整体吸收值变化不大。经过300℃热处理200h后，原始羰基铁粉的吸收性能明显下降，而三步法得到的抗氧化吸收剂Al2O3@CIPs经同样热处理后，其吸收峰值略向高频方向移动，最低吸收值还略有降低。这说明，经过本发明实施例三步法处理后，羰基铁粉的抗氧化性能和吸波性能均明显提高。
本发明实施例的关键点在于探究出了兼具优异抗氧化性能和吸波性能的氧化铝包覆羰基铁粉吸收剂的工艺参数。该氧化铝包覆羰基铁粉吸收剂的制备方法为“部分机械合金化-控制氧化-原位氧化还原”三步法，此方法的工艺稳定性好，所制备的氧化铝包覆羰基铁粉吸收剂兼具优异的耐温性和吸波性，可广泛应用于通信、医药器械及航天航空等高新技术行业中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种抗氧化吸收剂，其特征在于，是由质量分数为20～5wt.％的铝粉均匀附着在质量分数为80～95wt.％的羰基铁粉表面，形成致密Al2O3包覆的羰基铁粉抗氧化吸收剂。
2.根据权利要求1所述的一种抗氧化吸收剂，其特征在于，所述铝粉粒径小于羰基铁粉的粒径。
3.根据权利要求2所述的一种抗氧化吸收剂，其特征在于，所述羰基铁粉的平均粒径为1～6μm，所述铝粉的平均粒径为10～100nm。
4.如权利要求1所述的一种抗氧化吸收剂的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
步骤S1、制备具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉；
步骤S2、控制氧化使具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉中的铝被氧化，预制备氧化铝包覆的羰基铁粉；
步骤S3、对步骤S2制备的氧化铝包覆的羰基铁粉进行原位氧化还原，制备致密氧化铝包覆的羰基铁粉抗氧化吸收剂。
5.根据权利要求4所述的一种抗氧化吸收剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的具体实现过程为：
步骤S11、按质量分数称取平均粒径为1～6μm的羰基铁粉80～95wt.％与平均粒径为10～100nm的铝粉20～5wt.％，混合后放入球磨罐中；
步骤S12、在球磨罐中加入磨球，磨球与球磨罐中混合粉的球料质量比为10～30:1；
步骤S13、在球磨罐中加入适量有机溶液，以淹没其内的混合粉和磨球为准；
步骤S14、采用密封充氩气进行保护，以200～400转/分钟的速度球磨8～12小时，在羰基铁粉外表面形成机械合金化的Fe-Al合金，即得到具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉。
6.根据权利要求5所述的一种抗氧化吸收剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S12是从直径为1～6mm范围的磨球中选择多个不同直径的磨球组合共同完成球磨；
所述步骤S14制备得到具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉后，将其采用步骤S13所述的有机溶液清洗3次，并在80～100℃真空干燥箱中烘干，最后将其放入氩气气氛保护的手套箱中储存。
7.根据权利要求6所述的一种抗氧化吸收剂的制备方法，其特征在于，所述磨球采用直径为1mm、3mm和6mm的磨球组合，三者的质量比为5:3:2；
所述球磨罐为尼龙球磨罐、聚四氟乙烯球磨罐、氧化铝球磨罐或氧化锆球磨罐中的至少一种；
所述磨球为氧化铝球或氧化锆球中的至少一种；
所述有机溶液为环己烷或正辛烷。
8.根据权利要求4～7任一项所述的一种抗氧化吸收剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的具体实现过程为：
步骤S21、将步骤S1制备的具有部分机械合金化的羰基铁/铝混合粉均匀平摊在氧化铝陶瓷方舟内，在真空气氛两用炉中对其进行控制氧化，使羰基铁粉表面的铝粉被完全氧化；
步骤S22、氧化完成后，将其随真空气氛两用炉冷却至室温，得到氧化铝包覆的羰基铁粉。
9.根据权利要求8所述的一种抗氧化吸收剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S21的控制氧化的温度为250～400℃、时间为1～3h、氧分压为0.1～0.5Pa；
所述步骤S21控制氧化使羰基铁粉表面的铝粉被完全氧化的同时，部分羰基铁粉也被氧化，在羰基铁粉表面形成(Al2O3+FexOy)混合物。
10.根据权利要求9所述的一种抗氧化吸收剂的制备方法，其特征在于，
所述步骤S3的具体实现过程如下：
步骤S31、将步骤S2制备的氧化铝包覆的羰基铁粉平摊在氧化铝陶瓷方舟里，在真空热处理炉中对其进行原位氧化还原，原位氧化还原是在500～700℃的真空热处理炉中热处理1～3h，真空度保持在低于5×10-5Pa范围，使形成的机械合金化的Fe-Al合金中未被氧化的铝扩散接近羰基铁粉表面的(Al2O3+FexOy)混合物，并与其中的FexOy发生如下原位氧化还原反应：
2Al+(3/y)FexOy→Al2O3+(3x/y)Fe；
对Fe-Al合金中未被氧化的Al进行氧化的同时置换出步骤S2中被氧化的羰基铁粉的Fe，间接使羰基铁粉中的铁不被氧化，并形成致密、均匀、连续的氧化铝包覆层；
步骤S32、原位氧化还原完成后，将其随真空热处理炉冷却至室温，得到致密氧化铝包覆的羰基铁粉抗氧化吸收剂。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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