[发明专利]一种纳米晶结构的吸波复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米晶结构的吸波复合材料及其制备方法，属于吸波材料领域。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，人们生活中电磁辐射不断增多；为适应现代战争的需要，吸波材料在武器中将有广泛的应用，研究具有吸波能力的材料对于军用和民用都有极大的实用价值。目前已经获得了广泛应用的铁氧体等传统吸波材料的相对介电常数εr较小，饱和磁化强度也较小，相对磁导率μr也较低，由于Snoek极限限制，尤其是磁导率的虚部在GHz频率时相当小，难以在通讯设备常用的1-5GHz的波段中使用。常用金属软磁材料有大的饱和磁化强度，相对磁导率μr较高，但其相对介电常数εr很大，在高频时电磁波引起涡流，造成电磁波的反射，难以满足阻抗匹配的要求；金属软磁材料对10GHz以上的电磁波的吸收性能很差，不能满足10GHz以上频率电磁波吸收的需要。所以提高磁导率，降低介电常数，提高吸收频带成为提高材料吸波性能需解决的关键问题。

稀土--铁基合金有优异磁性能作为永磁材料已经得到了广泛的应用，作为电磁波吸收材料国内外目前也鲜有这方面的报道。人们对稀土--铁基永磁材料的研究过程中，发现稀土永磁材料与软磁相铁之间通过一定的方法可以形成纳米晶耦合磁体，1993年英国Sheffield大学工程材料系Manaf等人用快淬法制备出具较低矫顽力的双相耦合NdFeB/α-Fe磁性材料。调节材料的各相组成及制备工艺便可以得到具有不同矫顽力的耦合磁体。同时，矫顽力的变化直接影响到吸波材料自然共振峰的变化，可以满足一定波段内电磁波吸收的需要，但是这种双相耦合吸波材料电阻率太低，介电常数太大，用作吸波材料容易产生涡流，不利于电磁波的吸收。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种纳米晶结构的吸波复合材料及其制备方法，其特点是在现有技术基础上引入介电相以提高吸波材料的电阻、降低介电常数，通过调整工艺控制介电相的含量以得到合适的介电常数满足阻抗匹配。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数：

纳米晶结构的吸波复合材料的原料由以下元素组成：

稀土元素为2-70份，铁为5-98份，微量元素为0-25份。

纳米晶结构的吸波复合材料的相组成为稀土氧化物、稀土氮化物或稀土氮氧化物与软磁相α-Fe和稀土硬磁相组成的三相耦合复合材料。

稀土元素为钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)元素中的至少一种。

微量元素为镍(Ni)、钴(Co)、铬(Cr)、钛(Ti)、硼(B)、氧(O)、碳(C)中的至少一种。

纳米晶结构的吸波复合材料的制备方法包括以下步骤：

1、将2-70份的稀土元素、5-98份的铁和微量元素0-25份在氩气保护下熔炼成铸锭，在温度700-1200℃热处理4-60小时后，将制备出的稀土--铁合金在温度0-700℃与氢气反应(氢爆方法)0.5-2小时，破碎成细小粉末或者将稀土--铁合金球磨成细小粉末，将该粉末在温度500-1000℃氢化歧化-析氢再化合(HDDR)1-5小时，再在温度400-600℃氮化2-40小时；或者在温度400-600℃直接氮化10-60小时，制成具有纳米晶结构的稀土铁氮磁性粉末，将制得的稀土铁氮磁性粉末在温度100-750℃加热分解5-60分钟，或者在温度100-400℃，通空气氧化0.5-3小时，然后球磨制成不同含量的介电相稀土氮化物或稀土氧化物或稀土氮氧化物与软磁相α-Fe和稀土硬磁相永组成的三相耦合的复合材料；或者

2、将2-70份的稀土元素、5-98份的铁和0-25份的微量元素在氩气保护下熔炼成铸锭，熔炼出来的稀土--铁合金用熔体快淬的方法制备成非晶条带，在温度500-800℃热处理10-30分钟后，获得具有高矫顽力的纳米晶稀土铁基磁性粉末，再将制得的稀土铁基磁性粉末在温度100-750℃加热分解5-60分钟，或者在温度100-400℃，通空气氧化0.5-3小时，然后球磨制成不同含量的介电相稀土氮化物或氧化物或氮氧化物与软磁相α-Fe和稀土硬磁相组成的三相耦合的复合材料。

采用Agilent8720电磁波矢量网络分析仪测试纳米晶吸波复合材料的吸波性能，详见图1-10所示，结果表明，该吸波复合材料在0-18GHz具有显著的吸波性能，在5.8GHz处的最大吸收峰为-50dB，匹配厚度为2.64mm。