[发明专利]一种铌镍共掺杂钡铁氧体吸波粉体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种铌镍共掺杂钡铁氧体吸波粉体材料及其制备方法。

背景技术

随着隐身技术被大量应用到导弹，飞机，舰艇等军事领域中，它已经成为军事现代化不可缺少的高新技术之一。然而雷达等监测技术的迅速发展，给现代隐身技术提出了新的要求。吸波材料作为隐身技术中的前沿课题之一，需要向吸波损耗大，吸波频带宽，质量轻，厚度薄的方向发展。另外，随着电子信息技术的发展，电磁污染也成为当今社会迫切需要解决的问题。由此可见，吸波材料在军用和民用上都有重要的研究意义。

吸波材料存在一个最佳匹配厚度，当实际厚度大于或小于最佳匹配厚度时，吸波效果均不理想。吸波材料的匹配厚度可通过调节吸波材料的电磁参数而改变。材料吸收电磁波的能力也与其介电性能和磁性能密切相关。铁氧体材料在具备优异磁性能的同时还表现出一定的介电性能，而且电阻率也较高，可避免像金属导体那样的趋肤效应，电磁波易于进入并被快速衰减，并且制备工艺简单，价格低廉。因而被广泛应用于电磁屏蔽和隐身领域。六角晶系钡铁氧体（BaFe₁₂O₁₉），因为其具有较大的磁晶各向异性场、高的饱和磁化强度、高的电阻率和优秀的化学稳定性，是高频微波领域最有潜力的一类吸波材料。

根据传输限理论，吸波材料对电磁波的吸收效率是由材料的电、磁参数及吸波层厚度之间共同匹配共振决定的，对于单一材料而言，共振频率单一，也就是说，在共振频率下尽管会产生一个吸波峰值，吸波强度高，但有效吸波频宽（指吸收损耗RL达到-10 dB的频率范围)较窄，一般低于6GHz。为了解决这种吸波频宽不足的问题，考虑到钡铁氧体在高频波段的主要磁损耗很大程度上受自然共振控制，当电磁波的频率等于或接近铁氧体磁矩的自由进动频率时，发生自然共振现象，这种主要由三价铁离子引起铁氧体的磁损耗在相应频率下会出现极值；同时考虑到通过在钡铁氧体(BaFe₁₂O₁₉)中掺杂四价的钛离子取代三价的铁离子，体系中部分相邻Fe³⁺转变成Fe²⁺以维持电价平衡，相邻Fe³⁺和Fe²⁺之间通过交换耦合产生频率不同于本征Fe³⁺自然共振的一个新的自然共振峰，磁损耗形成双自然共振峰，杜丕一等（CN103102867A 和Sci. Technol. Adv. Mater. 14 (2013) 045002）设计了具有双吸波损耗峰值的钡铁氧体体系，成功实现了材料对电磁波的宽频吸收。另外，由于铁氧体的自然共振频率正比于材料的磁晶各向异性场，非磁性阳离子取代钡铁氧体中的Fe³⁺离子通常降低了磁晶各向异性场，进而降低吸收峰频率。因而通过这种四价或以上的非磁性阳离子取代控制，除了获得对电磁波的宽频吸收，还可用来调节这种铁氧体的吸收频率范围，(钡铁氧体本身的自然共振频率高于40 GHz)，譬如从高频下的吸收，可以根据需要适当地利用Ti的掺杂调整为较低频率下的吸收。然而由于磁晶各向异性的调制中一方面受Ti⁴⁺离子的本征特性所限制，另一方面体系中能产生的Fe²⁺浓度有限，从而影响到Ti⁴⁺离子的掺入量。由此，这种钛掺杂吸波材料的频率仅可在26.5~40 GHz范围调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸波频段宽、可调制吸波频率范围广的铌镍共掺杂钡铁氧体吸波粉体材料及其制备方法。

本发明的铌镍共掺杂钡铁氧体吸波粉体材料为单相多晶粉体，化学式为BaFe_12-2xNb_xNi_xO₁₉，其中x=0.4~0.6，钡铁氧体中同时存在Fe³⁺和Fe²⁺。

制备上述的铌镍共掺杂钡铁氧体吸波粉体材料的方法，其特征在于步骤如下：

1）将硝酸钡、硝酸铁、草酸铌、硝酸镍和柠檬酸按摩尔比1:10.8~11.2:0.4~0.6:0.4~0.6:19.2~19.3混合，加入去离子水搅拌3~5 h溶解获得金属盐溶液A，其中硝酸钡、硝酸铁、草酸铌和硝酸镍的总摩尔浓度为1.5~2.5 mol/L；

2）调节步骤1）的金属盐溶液A的pH值至5~7, 得到溶液B；

3）将步骤2）的溶液B移至洁净的不锈钢器皿中，再置于电子万用炉上，调节功率为600~800w, 进行自蔓延燃烧得到前驱体粉末；