专利名称：平面型2:17稀土-3d过渡族金属间化合物电磁波吸收材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可吸收电磁波的材料，以及由这种材料制备的一种可吸收电磁波 的复合材料，本发明是一种由过渡族金属间化合物构成的可吸收电磁波的材料。
背景技术：
随着科学技术以及通讯技术的发展，计算机，手机，磁盘等已经广泛应用于信息的 产生和传输过程，但是这种电磁波材料的广泛应用带来了日益严重的电磁辐射和电磁干扰 问题。克服电磁波干扰的有效方法是采用电磁波吸收材料。中国发明专利申请200710049468. X公开的稀土参杂的以α -Fe为主的稀土铁基 吸波材 另夕卜，“Broadband and thin microwave absorber of nickel-zinc ferrite/ carbonyl iron，，(Journal of Alloys and Compounds 487 (2009) 708-717)(以下简称文 献1)公开了铁氧体和金属颗粒的吸波复合材料；“D印endence of Microwave Absorbing Property on Ferrite Volume Fraction in MnZn Ferrite-Rubber Composites，， (D. Y. Kim, Y. C. Chung, T. W. Kang, and H.C.Kim IEEE TRANSACTIONS 0NMAGNETICS, VOL 32， NO 2，MARCH 1996)(以下简称文献2)公开了铁氧体的电磁波吸波材料；Gigahertz range electromagnetic wave absorbers made of amorphous-carbon-based magnetic nanocomposites (Jiu Rong Liu, Masahiro Itoh, Takashi Horikawa, and Ken-ichi Machida JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 98,054305_2005)(以下简称文献3)公开了铁和碳 构成的复合材料的吸波性质。现有技术存在的一个共同不足是材料的匹配厚度较大，例如中国专利申请 200710049468. X公开的材料在3GHz左右的匹配厚度约为4毫米左右，而在2GHz的对应厚 度将大于7毫米(参见该专利附图的内容)；而文献1的材料在频率3GHz时，对应的厚度 为3. 5 4毫米；文献2的材料在频率小于8GHz时对应的厚度都超过了 4毫米；文献3的 材料在频率为3GHz时对应的厚度为4毫米，而在频率为2GHz时，其厚度将达到6毫米左 右。由于现有技术的材料匹配厚度较大，使其应用受到限制，在一些特殊的应用领域甚至完 全无法使用。
发明内容
本发明在于提供一种能克服现有技术不足，优于现有技术，适用频率为IG至 100G，在较现有技术更薄的厚度条件下有更强的电磁波吸收性能的电磁波吸收材料，特别 是在材料厚度较薄的条件下对频率为IG以上的电磁波有更强吸收作用的材料；本发明同 时提供这种材料的制备工艺，以及用这种材料制备出其吸波效果更好的复合材料的方法。本发明的电磁波吸收材料通式为R2 (CcvxFex) 17，通式中R为Nd或Ce，且当R为Nd 元素时，0彡χ彡1，R为Ce元素时，0.6彡χ彡0.8，且材料的易磁化方向与C轴垂直。需 特别说明的是如果成份满足前述通式，但其易磁化方向与C轴平行，这类的材料则不适合 作为吸收电磁波的材料。
本发明最佳的电磁波吸收材料的化学式为Nd2Fe17，或者Ce2(Coa7Fea3)1P本发明的电磁波吸收材料制备方法是将稀土元素、铁和钴熔炼成合金，并在高温 下充分均勻化处理后淬火，再将合金粉碎研磨成细小的颗粒后进行球磨处理，得到金属粉末。采用本发明前述的电磁波吸收材料可制备出具有更好电磁波吸收性能的复合材 料，这种复合材料的制备方法是将所述的材料放入未固化的粘结材料中，经充分混合均勻 后再放入非磁性材料制作的模具内，将模具置于磁场中，同时使模具在磁场中旋转，如此对 材料进行取向处理直到粘结材料固化，这里所述的粘结材料为树脂或石腊，或聚乙烯，或聚 丙烯等高分子材料。前述的复合材料制备中，其取向处理时磁场为10_4 10T，模具旋转速度为1 200转/分。本发明推荐制备复合材料时所用的粘材料为热固化环氧树脂。经相关的试验研究表明，本发明的电磁波吸收材料和由该材料制备的复合材料在 薄的材料厚度条件下，如在2 3毫米，具有优于现有技术的电磁波性能，能满足强吸收的 要求，本发明的材料是一种性能优良的新型的吸波材料，可用于屏蔽电磁辐射和消除电磁 干扰，也可满足现代仪器对小型化、集成化和高效率的要求。
附图1为本发明实例1材料取向前后X射线衍射谱图。附图2为本发明实例1的材料用石蜡为粘结剂制备的复合材料的电磁波吸收谱 图，其中〇曲线为未经取向处理的复合材料的吸收曲线，■曲线为经取向处理后的复合材 料的吸收曲线。图中的2mm和2. 5mm分别是指被测样品反射损耗对应的材料的厚度值为2 毫米和2. 5毫米。附图3为本发明实例1材料用热固化环氧树脂为粘结剂制备的复合材料的电磁波 吸收谱图，图中的2mm和2. 5mm是分别是指被测样品反射损耗对应的材料的厚度值为2毫 米和2. 5毫米。附图4为本发明实例2材料取向前后XRD衍射谱图。附图5为本发明实例2的材料用石蜡为粘结剂制备的复合材料的电磁波吸收谱 图，其中〇曲线为未经取向处理的复合材料的吸收曲线，■曲线为经取向处理后的复合材 料的吸收曲线。图中的2mm和2. 5mm分别是指被反射损耗对应的材料的厚度值为2毫米和 2. 5毫米。附图6为本发明实例2的材料用热固环氧树脂为粘结剂制备的复合材料的电磁波 吸收谱图，图中的2mm和2. 5mm分别是指被测样品反射损耗对应的材料的厚度值为2毫米 和2. 5毫米。
具体实施例方式本发明的具体实施方式
是a.先将稀土元素、铁和钴熔炼成合金，并在高温下充分均勻化处理后淬火，再将合 金粉碎研磨成细小的颗粒后进行球磨处理，得到金属粉末。
b.将制备的稀土过渡族金属间化合物粉末与体积比为1 9 9 1的未固化的 粘结材料混合均勻后放入非磁性材料制作的模具内，置于10_4 ιοτ(特斯拉)的磁场中， 同时模具在磁场中以1 200转/分的转速进行旋转，直到粘结材料固化。本发明优选的材料制备方法是模具放置于10_4 IOT (特斯拉)的磁场，模具旋转 速度为1 200转/分。以下是本发明的两个最佳实施例实施例1称取2. 080克钕和6. 518克铁，在氩气保护下熔炼成铸锭。在1000°C下的真空石 英管中退火一周。将退过火的铸锭用玛瑙研钵研磨成大约70微米的颗粒，然后将颗粒用行 星式球磨机在玛瑙球磨罐中加入60毫升正己烷湿磨，球料比为10 1，球磨速度为200转 /分钟，采用正反转球磨的方式，时间间隔1小时，球磨总时间设定为16小时，最后将样品烘 干，得到Nd2Fe17材料。然后将样品分3种情况复合⑴与正己烷稀释了的石蜡以体积比为 35 ；65混合均勻，烘干后将其置入模具(内径为3. 04毫米，外径为7. 00毫米)内，在1兆帕 压强下压制成型，然后取出进行微波测试。(2)与正己烷稀释了的石蜡以体积比为35 65 混合均勻，烘干后将其置入非磁性材料制备的模具(内径为3. 04毫米，外径为7. 00毫米) 内，将模具置于烘箱中90°C保温15分钟，使石蜡融化，然后将将模具放入磁场内旋转取向， 磁场大小为0. 8 1. 2T (特斯拉)，旋转的速度约为120转/分，持续20分钟使样品完全凝 固，然后取出进行微波测试。(3)与丙酮稀释了的环氧以体积比为35 65混合均勻，烘干 后压成内径为3. 04毫米，外径为7. 00毫米，厚度为2-3毫米环状样品，然后将样品放入真 空干燥箱140°C固化1小时，然后进行测试。其X射线衍射谱图列于图1，电磁波吸收性能 见图2和图3。由图1可知本实施例1所得这种材料是纯的2 17相样品。经过取向以后，只有 一个强的衍射峰为(006)峰，可知本实施例1所得材料在常温下具有平面型磁晶各向异性。由图2可知材料与石蜡复合后，在没有取向的情况下，在2 IOGHz，厚度在2 2. 5毫米，反射损耗能达到_22dB左右，而经过取向以后，在4 5GHz，厚度在2-2. 5毫米， 最小反射吸收值可以达到_34dB。可以看出在被测样品的厚度基本保持不变的情况下，经取 向处理后能大大提高最大反射损耗值。由图3可知材料与热固化环氧树脂复合得到的复合材料，最小反射吸收在2 2. 5 毫米能达到_28dB。因此本发明推荐采用热固化环氧树脂为粘接剂，这样可在被测样品厚度 基本保持不变的情况下，大大提高反射损耗值。另一方面，如对材料再进行取向处理可以得 到吸波性能更好的复合材料。实施例2称取2. 312克铈、2. 254克钴和4. 984克铁，在氩气保护下熔炼成铸锭。在1000°C 下的真空石英管中退火一周。将退过火的铸锭用玛瑙研钵研磨成大约70微米的颗粒，然后 将颗粒用行星式球磨机在玛瑙球磨罐中加入60毫升正己烷湿磨，球料比为10 1，球磨速 度为200转/分钟，采用正反转球磨的方式，时间间隔1小时，球磨总时间设定为16小时，最 后将样品烘干，得到Nd2Fe17材料。然后将样品分3种情况复合(1)与正己烷稀释了的石蜡 以体积比为35 ；65混合均勻，烘干后将其置入模具(内径为3. 04毫米，外径为7. 00毫米) 内，在1兆帕压强下压制成型，然后取出进行微波测试。(2)与正己烷稀释了的石蜡以体积
5比为35 65混合均勻，烘干后将其置入非磁性材料制备的模具(内径为3. 04毫米，外径 为7. 00毫米)内，将模具置于烘箱中90°C保温15分钟，使石蜡融化，然后将将模具放入磁 场内旋转取向，磁场大小为0. 8 1. 2T(特斯拉)，旋转的速度约为120转/分，持续20分 钟使样品完全凝固，然后取出进行微波测试。(3)与丙酮稀释了的环氧以体积比为35 65 混合均勻，烘干后压成内径为3. 04mm，外径为7. 00毫米，厚度为2_3毫米环状样品，然后将 样品放入真空干燥箱140°C固化1小时，然后进行测试。其X射线衍射谱图列于图1，电磁 波吸收性能见图2和图3。由图4可知本实施例2所得这种材料是纯的2 17相样品。经过取向以后，只有 一个强的衍射峰为(006)峰，可知本实施例1所得材料在常温下具有平面型磁晶各向异性。由图5可知材料与石蜡复合后，在没有取向的情况下，在频率为2 6GHz，厚度在 2 2. 5毫米，反射损耗在_9dB左右，而经过取向以后，在3 6GHz，厚度在2 2. 5毫米， 最小反射吸收值可以达到_21dB。可以看出在厚度基本保持不变的情况下，取向能提高最大 反射损耗值。由图6可知材料与热固化环氧树脂复合得到的复合材料，最小反射吸收在2 2. 5 毫米能达到_29dB。因此本发明推荐采用热固化环氧树脂为粘接剂，这样可在被测样品厚度 基本保持不变的情况下，大大提高反射损耗值。另一方面，如对材料再进行取向处理可以得 到吸波性能更好的复合材料。
权利要求
一种电磁波吸收材料，其特征是材料的通式为R2(Co1-xFex)17，通式中R为Nd或Ce，且当R为Nd元素时，0≤x≤1，R为Ce元素时，0.6≤x≤0.8，且材料的易磁化方向与C轴垂直。
2.权利要求1所述的电磁波吸收材料，其化学式为Nd2Fe17。
3.权利要求1所述的电磁波吸收材料，其化学式为=Ce2(C0a7Fea3)17t5
4.根据权利要求1至3所述的任一电磁波吸收材料的制备方法，其特征是将稀土元素、 铁和钴熔炼成合金，并在高温下充分均勻化处理后淬火，再将合金粉碎研磨成细小的颗粒 后进行球磨处理，得到金属粉末。
5.用权利要求1所述的电磁波吸收材料制备复合材料的方法，其特征是将所述的材料 放入未固化的粘结材料中，经充分混合均勻后再放入非磁性材料制作的模具内，将模具置 于磁场中，同时使模具在磁场中旋转，如此对材料进行取向处理直到粘结材料固化，这里所 述的粘结材料为树脂或石腊，或聚乙烯，或聚丙烯等高分子材料。
6.权利要求5所述的方法，其特征是取向处理时磁场为10_4 10T，模具旋转速度为 1 200转/分。
7.权利要求5或6所述的复合材料方法，其特征是所用的粘结材料为热固化环氧树脂。
全文摘要
本发明是一种由过渡族金属间化合物构成的可吸收电磁波的材料。本发明材料有通式为R2(Co1-xFex)17，通式中R为Nd或Ce，且当R为Nd元素时，0≤x≤1，R为Ce元素时，0.6≤x≤0.8，且材料的易磁化方向与C轴垂直。需特别说明的是如果成份满足前述通式，但其易磁化方向与C轴平行，这类的材料则不适合作为吸收电磁波的材料。本发明的复合材料是将前述的材料放入未固化的粘结材料中，经充分混合均匀后再放入非磁性材料制作的模具内，将模具置于磁场中，同时使模具在磁场中旋转，进行取向处理。
文档编号H05K9/00GK101880817SQ20101023067
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者伊海波, 刘忻, 左文亮, 李发伸 申请人:兰州大学