专利名称：一种无机电磁波吸收材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电磁波吸收材料的研究领域，具体地说，涉及一种高强度耐高温无机电磁波吸收材料及其制备方法。
背景技术：
电磁波吸收材料在解决电磁辐射污染、抗电磁干扰和提高电子仪器和设备的电磁兼容性能等方面具有重要的作用和应用前景。电磁波吸收材料通常是由吸收剂与塑料、橡胶、胶粘剂和涂料等高分子有机基体组成，吸收剂提供了电磁波吸收所需要的电磁性能，高分子有机基体是吸收剂的载体，是决定吸波材料耐温、耐候、耐环境和耐湿热等性能的关键成分。电磁波吸收剂按损耗机理分为两类(I)介电吸收剂，如炭黑、钛酸钡、碳纤维、石墨、 SiC、炭纤维和SiC纤维等；(2)磁性吸收剂，如铁氧体、擬基铁粉、擬基镇粉、铁基合金、镇基合金和其他磁性金属微粉等。吸波材料在吸收微波功率后必然将微波能量转换为热能，高功率吸波材料在工作状态下发热和温升是必然和不可避免的(中国专利，申请号201010588886. 8)。电磁波吸收材料在改善天线阵的相位方向图和幅度方向特性中具有重要作用，普通橡胶基体吸波材料的耐热性能一般不高于150°C，但是通信系统导引头在重入大气层时，天线阵部位会产生很高的温度(可达300°C )，普通吸波材料不能承受这样的高温，不仅不能起到改善电气性能的作用，反而会由于燃烧、炭化而危害整个系统的安全(中国专利，授权公告号CN 101056530 B)。因此，研制耐高温吸波材料具有十分重要的意义和应用前景。中国专利(授权公告号CN 101056530 B)公开了一种以氟橡胶为基体的耐高温电磁波吸收材料胶片制备方法，该材料具有一定的断裂延伸率，属于柔性吸波材料。然而， 柔性电磁波吸收材料在实际使用过程中，其形状、厚度和尺寸等在受外力作用时容易发生改变，从而导致其吸波性能受到影响。中国专利(申请号201010588886.8)公开了一种包括LSMO材料和SiO2陶瓷粘接剂的耐高温电磁波吸收材料，但是该复合材料是粉末状态，不能直接或者在进行简单加工后作为吸波材料使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了改进现有技术的不足而提供一种以无机物为基体的高强度耐高温的无机电磁波吸收材料，本发明的另一目的是提供上述材料的制备方法。本发明的技术方案为一种无机电磁波吸收材料，其特征在于其原料组分及各组分占原料总量的质量百分含量分别为玻璃料20 95% ;电磁波吸收剂5 80%。优选所述玻璃料为的软化点为500 940°C的玻璃粉；所述的电磁波吸收剂至少是无机介电吸收剂或无机磁性吸收剂中的一种；优选所述的无机介电吸收剂为碳纳米管或碳化硅；无机磁性吸收剂为羰基铁粉、羰基镍粉或W型铁氧体。优选玻璃料的平均粒度范围为O. I 10微米；电磁波吸收剂的平均粒度范围为0. 01 10微米。本发明还提供了上述无机电磁波吸收材料的制备方法，其具体步骤如下1)配料根据配方设计，按重量比称量玻璃料和电磁波吸收剂；2)混合将称量好的玻璃料和电磁波吸收剂放到球磨机中混合，将混合好的粉末烘干；3)造粒和成型将烘干后的混合粉末与粘结剂混合，过筛得到造粒粉末；(根据产品尺寸，称取造 粒粉末，放入模具，)在压机上成型得到素坯；4)烧成将成型后的素坯采用陶瓷烧结工艺在气氛炉中烧成，得到无机电磁波吸收材料。优选所述的球磨机是行星磨、滚动磨、搅拌磨或振动磨中的一种；球料重量比为 1 5 : 1 ;转速为60 450r/min，球磨时间为2 12小时。优选所述的粘结剂是PVA、PVB或CMC中的一种；粘结剂的质量浓度为2 10wt%; 混合粉末与粘结剂的重量比为95/5 85/15。优选所述的烧成温度比玻璃料的软化点温度高50 150°C ;烧成温度下保温时间 为10 80分钟；气氛炉中的气氛至少为空气、氩气、氮气或氢气中的一种。有益效果(1)本发明由于以玻璃料为电磁波吸收材料的基体，采用陶瓷烧结方法制备了高 强度耐高温的无机电磁波吸收材料，从而有效地克服了高分子基体耐温和耐候性差的缺 点，同时还具有吸波性能好、抗氧化性好、成本低等优点。(2)本发明所制备的高强度耐高温无机电磁波吸收材料的三点抗弯强度大于 30MPa，能够满足后期机械加工对强度的要求。吸波材料能在200 400°C的高温下长期使用。(3)本发明的制备工艺操作简单，生产成本低，重复性好。
图1为实例1的SEM图像；图2为实例1的TG-DSC曲线；图3为实例1的吸波性能曲线；图4为实例2的吸波性能曲线；图5为实例3的吸波性能曲线；图6为实例4的吸波性能曲线； 图7为实例5的吸波性能曲线。
具体实施例方式实施例1 :本实例使用560g羰基铁粉和440g玻璃粉在滚动磨机中混合，羰基铁粉的平均粒 径为1微米，玻璃粉的平均粒径为6微米，玻璃粉软化点为500°C，球料重量比为5 1，球磨时间为12小时，转速为80r/min。向混匀的粉料中加入136g浓度为4被％的CMC混合， 过60目筛得到造粒粉。根据产品尺寸，称取造粒粉，放入模具，在压机上成型得到素坯。将成型后的素坯采用陶瓷烧结工艺在气氛炉中烧成，气氛为氮气，烧成温度为550°C，烧成保温下保温40分钟。本发明制备的羰基铁/玻璃复合吸波材料的强度为52MPa，满足后期机械加工的要求；SEM图见图1，球形颗粒为羰基铁粉，由图可知，玻璃熔体对羰基铁粉有较好的润湿性；图2为羰基铁/玻璃吸波材料的TG-DSC曲线，可以看出，吸波材料开始氧化的温度为 4000C，说明吸波材料能在200 400°C的高温下长期使用；由图3的吸波曲线所示，吸波材料在6 8. 5GHz有较好的吸波性能，在7. 2GHz有最大吸收峰，最大吸收为_47. 5dB。实施例2 本实例使用50g碳纳米管和950g玻璃粉在搅拌磨机中混合，碳纳米管的平均尺寸为O. 01微米，玻璃粉的平均粒径为O. I微米，玻璃粉软化点为650°C，混料时间为2小时，转速为450r/min。向混匀的粉料中加入53g浓度为IOwt %的PVB混合，过100目筛得到造粒粉。根据产品尺寸，称取造粒粉，放入模具，在压机上成型得到素坯。将成型后的素坯采用陶瓷烧结工艺在气氛炉中烧成，气氛为高纯氩气，烧成温度为730°C，烧成温度下保温10分钟。本发明制备的碳纳米管/玻璃复合吸波材料的强度为42MPa，满足后期机械加工的要求；由图4可知，吸波材料在3. 4 4. IGHz有较好的吸波性能，在3. 6GHz有最大吸收峰，最大吸收为-19. 8dB。实施例3 本实例使用300g碳化硅和700g玻璃粉在行星磨机中混合，碳化硅的平均粒径为 10微米，玻璃粉的平均粒径为2微米，玻璃粉软化点为750°C，球料重量比为2 1，转速为 200r/min,球磨时间为6小时。向混勻的粉料中加入87g浓度为5wt%的PVA混合,过40目筛得到造粒粉。根据产品尺寸，称取造粒粉，放入模具，在压机上成型得到素坯。将成型后的素坯采用陶瓷烧结工艺在硅碳棒高温炉中烧成，气氛为空气，烧成温度为850°C，烧成温度下保温20分钟。本发明制备的碳化硅/玻璃复合吸波材料的强度为45MPa，满足后期机械加工的要求；由图5可知，吸波材料在6. 2 7. 9GHz有较好的吸波性能，在6. 8GHz有最大吸收峰， 最大吸收为-6. 9dB。实施例4:本实例使用650gW型BaZnh5Coa5Fe16O27铁氧体和350g玻璃粉在滚动磨机中混合， 铁氧体的平均粒径为2微米，玻璃粉的平均粒径为8微米，玻璃粉软化点为940°C，球料重量比为I : 1，转速为60r/min，球磨时间为10小时。向混匀的粉料中加入87g浓度为5wt% 的PVA混合，过40目筛得到造粒粉末。根据产品尺寸，称取造粒粉末，放入模具，在压机上成型得到素坯。将成型后的素坯采用陶瓷烧结工艺在硅碳棒高温炉中烧成，气氛为空气，烧成温度为1090°C，烧成温度下保温80分钟。本发明制备的铁氧体/玻璃复合吸波材料的强度为62MPa，满足后期机械加工的要求；由图6可知，吸波材料在4. 3 12. 9GHz有较好的吸波性能，在11. 5GHz有最大吸收峰，最大吸收为-22. 3dB。
实施例5 本实例使用800g羰基镍粉和200g玻璃粉在震动磨机中混合，羰基镍粉的平均粒径为4微米，玻璃粉的平均粒径为10微米，玻璃粉软化点为860°C，球料重量比为5 : 1，转速为350r/min，混料时间为4小时。向混匀的粉料中加入Illg浓度为2被％的CMC混合， 过80目筛得到造粒粉。根据产品尺寸，称取造粒粉，放入模具，在压机上成型得到素坯。将成型后的素坯采用陶瓷烧结工艺在气氛炉中烧成，气氛为氢气，烧成温度为980°C，烧成温度下保温40分钟。本发明制备的羰基镍/玻璃复合吸波材料的强度为38MPa，满足后期机械加工的要求；由图7可知，吸波材料在2. 6 4. 4GHz有较好的吸波性能，在3. IGHz有最大吸收峰， 最大吸收为-11.5dB。
权利要求
1.一种无机电磁波吸收材料，其特征在于其原料组分及各组分占原料总量的质量百分含量分别为玻璃料20 95% ;电磁波吸收剂5 80%。
2.根据权利要求I所述的无机电磁波吸收材料，其特征在于所述玻璃料的软化点为 500 940°C ;所述的电磁波吸收剂至少是无机介电吸收剂或无机磁性吸收剂中的一种。
3.根据权利要求2所述的电磁波吸收剂，其特征在于所述的无机介电吸收剂为碳纳米管或碳化硅；无机磁性吸收剂为羰基铁粉、羰基镍粉或W型铁氧体。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于玻璃料的平均粒度范围为O.I 10微米； 电磁波吸收剂的平均粒度范围为O. 01 10微米。
5.一种制备如权利要求I所述的无机电磁波吸收材料的方法，其具体步骤如下1)配料根据配方设计，按重量比称量玻璃料和电磁波吸收剂；2)混合将称量好的玻璃料和电磁波吸收剂放到球磨机中混合，将混合好的粉末烘干；3)造粒和成型将烘干后的混合粉末与粘结剂混合，过筛得到造粒粉末；在压机上成型得到素坯；4)烧成将成型后的素坯采用陶瓷烧结工艺在气氛炉中烧成，得到无机电磁波吸收材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤2中所述的球磨机是行星磨、滚动磨、 搅拌磨或振动磨中的一种；球料重量比为I 5 : I ;转速为60 450r/min,球磨时间为 2 12小时。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤3中所述的粘结剂是PVA、PVB或 CMC中的一种；粘结剂的质量浓度为2 10wt% ;混合粉末与粘结剂的重量比为95/5 85/15。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤4中所述的烧成温度比玻璃料的软化点温度高50 150°C;烧成温度下保温时间为10 80分钟；气氛炉中的气氛至少为空气、 IS气、氮气或氢气中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种高强度耐高温的无机电磁波吸收材料及其制备方法；其特征在于其原料组分及各组分占原料总量的质量百分含量分别为玻璃料20～95％；电磁波吸收剂5～80％。制备过程主要包括配料、混合、造粒、成型和烧结。本发明克服了高分子基体耐温和耐候性差的缺点，具有工艺简单、强度高、吸波性能好、耐高温、抗氧化性好和成本低的特点。
文档编号C04B35/52GK102603198SQ20121005782
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者丘泰, 冯永宝, 李玉娇 申请人:南京工业大学