专利名称：一种合金微粉电磁波吸收剂及其制备方法
一种合金微粉电磁波吸收剂及其制备方法技术领域
本发明属于电磁波吸收材料技术领域，尤其涉及一种合金微粉电磁波吸收剂及其制备方法。
背景技术：
随着现代科技的发展，电子化、信息化技术的应用得到迅速发展，各种现代电子设备如手机等的快速普及，人们所使用和依赖的信息系统越来越多。电子设备辐射以及泄露的电磁波威胁着人类的健康与安全；信息系统都是借助于数字化信号传递的，很容易受电磁波干扰而产生误差。已经发现电子和信息设备的辐射电磁波产生的电磁波干扰可以引起明显的医疗和通讯等故障；解决此类问题的方法之一就是在阻隔物中加入电磁波吸收剂；除民用方面，电磁波吸收剂也用于现代战争关键技术之一一隐身技术中，将所得的吸收剂与特定粘结剂混合，作为一种涂层涂覆在坦克、战车战斗机等装备之上，以骗过对方雷达等探测设备，在敌人未察觉的情况下，先发制人。因此，电磁波吸收剂在信息传播、电子器件、微波防护和军事等方面也获得了广泛的应用。
Fe基合金微粉是典型的吸收剂之一，常见Fe基合金微粉有，Fe-Si合金微粉、Finemet合金微粉，Sendust合金微粉。在理论上,优异的电磁波吸收剂合金微粉应具有高的磁导率和磁损耗，这样才可以尽可能吸收外界的电磁波；另外，在实际应用的时候也要考虑吸收剂的抗氧化性与耐腐蚀性等；而Cr元素是一种可以提高合金抗氧化性、耐腐蚀性、抑制晶粒长大的典型元素，不锈钢用品中经常使用，在Fe-Si合金的基础上再添加适量的Cr元素可以大大提升合金的实用性能；得到的Fe-S1-Cr合金具有高的磁导率和磁损耗，是一种新的优秀的吸收剂。同时，现今制备原料的方法一般是通过将事先熔炼好的材料经过气雾法制备成颗粒原料，或者是经过快萃法制备薄带，成本较高。发明内容
本发明的目的是提供一种合金微粉电磁波吸收剂，本发明的另一目的是提供一种上述合金微粉电磁波吸收剂制备方法。
本发明所述的合金微粉电磁波吸收剂，其特征在于该合金微粉电磁波吸收剂是一种Fe基软磁合金，该合金微粉电磁波吸收剂的组分及摩尔百分比分别为:Fe73.5 88% ；Sill 21.50% ；Crl 5%。上述电磁波吸收剂的晶粒范围为2 μ m_900 μ m，物相组成为bcc-Fe (Si，Cr)，呈片状，长径比 >10。
本发明还提供了制 备上述的合金微粉电磁波吸收剂的方法，具体步骤如下:
S1、根据所述的合金微粉电磁波吸收剂的化学成分和摩尔百分比，称量纯铁块、多晶娃和纯络块为原料；
S2、在隔绝氧气状态的电弧加热炉中放入SI中称量好的原料，进行熔炼得到熔融状态的金属液体，最后浇铸成锭；
S3、将S2所得铸锭的进行机械破碎，得到尺寸范围为180 μ m-220 μ m微细小颗粒;
S4、将S3机械破碎后的微细小颗粒放入行星式球磨机中进行湿法球磨，选取磨球是锆球，将球、料和无水乙醇按照重量比为球:料:无水乙醇=250:1:25配制成混合物放入球磨罐中进行球磨；
S5、将S4球磨完成后的取出料进行烘干，获得Fe-S1-Cr合金微粉电磁波吸收剂。
进一步的，S2中所述的隔绝氧气状态是充入惰性气体或保持真空状态；
进一步的，S4中所选锆球的直径为15mm ；
进一步的，S4中所述的球磨机转速为200r/min,球磨时间为48小时。
本发明的有益效果是:
所得片状化合金粉末，晶粒尺寸远小于材料交换长度，晶粒之间的交换耦合作用将局域各向异性平均，从而有效提高材料的微波磁导率和磁损耗；所得的片状化合金粉末，其片状化程度高，长径比>10，高长径比易于突破斯洛克(Snoek)极限，更有益于提高微波磁导率和磁损耗。
与现有技术常用的气雾法和快萃法制备原料相比，机械破碎法的制作工艺更简单，更节约成本。
图1为本发明实施例1所制备的合金微粉电磁波吸收剂典型的SEM照片。
图2为本发明实施例1所制备的合金微粉电磁波吸收剂与石蜡所形成的吸波材料的磁导率和磁损耗。
图3为本发明实施例2所制备的合金微粉电磁波吸收剂典型的SEM照片。
图4为本发明实施例2所制备的合金微粉电磁波吸收剂与石蜡所形成的吸波材料的磁导率和磁损耗。
图5为本发明实施例3所制备的合金微粉电磁波吸收剂典型的SEM照片。
图6为本发明实施例3所制备的合金微粉电磁波吸收剂与石蜡所形成的吸波材料的磁导率和磁损耗。
图7为本发明实施例4所制备的合金微粉电磁波吸收剂典型的SEM照片。
图8为本发明实施例4所制备的合金微粉电磁波吸收剂与石蜡所形成的吸波材料的磁导率和磁损耗。
图9为本发明实施例5所制备的合金微粉电磁波吸收剂典型的SEM照片。
图10为本发明实施例5所 制备的合金微粉电磁波吸收剂与石蜡所形成的吸波材料的磁导率和磁损耗。
图11为本发明实施例6所制备的合金微粉电磁波吸收剂典型的SEM照片。
图12为本发明实施例6所制备的合金微粉电磁波吸收剂与石蜡所形成的吸波材料的磁导率和磁损耗。
图13为本发明实施例7所制备的合金微粉电磁波吸收剂典型的SEM照片。
图14为本发明实施例7所制备的合金微粉电磁波吸收剂与石蜡所形成的吸波材料的磁导率和磁损耗。
图15为本发明实施例8所制备的合金微粉电磁波吸收剂典型的SEM照片。
图16为本发明实施例8所制备的合金微粉电磁波吸收剂与石蜡所形成的吸波材料的磁导率和磁损耗。
具体实施方式
实施例1:
S11、按照Fe-S1-Cr合金各组分的摩尔百分比为Fe:S1:Cr=77.3:21.5:1.2来称量纯铁块、多晶硅和纯铬块。
S12、在氩气保护气氛的电弧加热炉中放入Sll中称量好的原料，进行熔炼得到熔融状态的金属液体，最后浇铸成锭.
S13、将S12所得铸锭的进行机械破碎，得到颗粒尺寸为180 μ m-220 μ m的微细小颗粒。
S14、将S13机械破碎后的微细小颗粒放入行星式球磨机中进行湿法球磨，磨球、料和无水乙醇按照重量比为250:1:25配制成混合物放入球磨罐中进行球磨，磨球选用直径为15mm的错球,球磨转速为200r/min,球磨时间48小时。
S15、将S14球磨完成后的取出料进行烘干，获得片状的晶粒范围在2 μ m-900 μ m的Fe-S1-Cr合金微粉电磁波吸收剂。所制备的合金微粉电磁波吸收剂的SEM图谱如图1所示。从图1可以看出，所制备的合金微粉电磁波吸收剂的形状为片状。
按照吸收剂与石蜡质量比为2:1制备成电磁波吸收材料，测量在频率0.5GHz 18GHz范围内的磁导率和磁损耗，见图2。从图2中可以看出磁导率最大为4.2，即复数磁导率的实部μ ' max，磁损耗最大为2.2，即复数磁导率的虚部μ " max ;在0.5GHz 4GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗增大，磁导率减小；在46取 18GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗和磁导率随着频率的增大降低，在18GHz处，磁损耗依然大于磁导率。
实施例2:
S21、按照Fe-S1-Cr合金各组分的摩尔百分比为Fe:S1:Cr=76.5:21.5:2来称量纯铁块、多晶娃和纯络块。
S22、在氩气保护气氛的电弧加热炉中放入S21中称量好的原料，进行熔炼得到熔融状态的金属液体，最后浇铸成锭.
S23、将S22所得铸锭的进行机械破碎，得到颗粒尺寸为180 μ m-220 μ m的微细小颗粒。
S24、将S23机械破碎后的微细小颗粒放入行星式球磨机中进行湿法球磨，磨球、料和无水乙醇按照重量比为250:1:25配制成混合物放入球磨罐中进行球磨，磨球选用直径为15mm的错球,球磨转速为200r/min,球磨时间48小时。
S25、将S24球磨完成后的取出料进行烘干，获得片状的晶粒范围在2 μ m-900 μ m的Fe-S1-Cr合金微粉电磁波吸收剂。所制备的合金微粉电磁波吸收剂的SEM图谱如图3所示。从图3可以看出，所制备的合金微粉电磁波吸收剂的形状为片状。
按照吸收剂与石蜡质量比为2:1制备成电磁波吸收材料，测量在频率0.5GHz 18GHz范围内的磁导率和磁损耗，见图4。从图4中可以看出磁导率最大为4.1，即复数磁导率的实部μ ' max，磁损耗最大为2.1，即复数磁导率的虚部μ " max ;在0.5GHz 4GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗增大，磁导率减小；在46取 18GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗和磁导率随着频率的增大降低，在18GHz处，磁损耗依然大于磁导率。
实施例3:
S31、按照Fe-S1-Cr合金各组分的摩尔百分比为Fe:S1:Cr=75.5:21.5:3来称量纯铁块、多晶娃和纯络块。
S32、在氩气保护气氛的电弧加热炉中放入S31中称量好的原料，进行熔炼得到熔融状态的金属液体，最后浇铸成锭.
S33、将S32所得铸锭的进行机械破碎，得到颗粒尺寸为180 μ m-220 μ m的微细小颗粒。
S34、将S33机械破碎后的微细小颗粒放入行星式球磨机中进行湿法球磨，磨球、料和无水乙醇按照重量比为250:1:25配制成混合物放入球磨罐中进行球磨，磨球选用直径为15mm的错球,球磨转速为200r/min,球磨时间48小时。
S35、将S34球磨完成后的取出料进行烘干，获得片状的晶粒范围在2 μ m-900 μ m的Fe-S1-Cr合金微粉电磁波吸收剂。所制备的合金微粉电磁波吸收剂的SEM图谱如图5所示。从图5可以看出，所制备的合金微粉电磁波吸收剂的形状为片状。
按照吸收剂与石蜡质量比为2:1制备成电磁波吸收材料，测量在频率0.5GHz 18GHz范围内的磁导率和磁损耗，见图6。从图6中可以看出磁导率最大为4，即复数磁导率的实部μ ' max，磁损耗最大为2.1，即复数磁导率的虚部μ " max ;在0.5GHz 4GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗增大，磁导率减小；在46取 18GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗和磁导率随着频率的增大降低。
实施例4:
S41、按照Fe-S1-Cr合金各组分的摩尔百分比为Fe:S1:Cr=73.5:21.5:5来称量纯铁块、多晶娃和纯络块。
S42、在氩气保护气氛的电弧加热炉中放入S41中称量好的原料，进行熔炼得到熔融状态的金属液体，最后浇铸成锭.
S43、将S42所得铸锭的进行机械破碎，得到颗粒尺寸为180 μ m-220 μ m的微细小颗粒。
S44、将S43机械破碎后的微细小颗粒放入行星式球磨机中进行湿法球磨，磨球、料和无水乙醇按照重量比为250:1:25配制成混合物放入球磨罐中进行球磨，磨球选用直径为15mm的错球,球磨转速为200r/min,球磨时间48小时。
S45、将S44球磨完成后的取出料进行烘干，获得片状的晶粒范围在2 μ m-900 μ m的Fe-S1-Cr合金微粉电磁波吸收剂。所制备的合金微粉电磁波吸收剂的SEM图谱如图7所示。从图7可以看出，所制备的合金微粉电磁波吸收剂的形状为片状。
按照吸收剂与石蜡质量比为2:1制备成电磁波吸收材料，测量在频率0.5GHz 18GHz范围内的磁导率和磁损耗，见图8。从图8中可以看出磁导率最大为3.8，即复数磁导率的实部μ ' max，磁损耗最大为1.8，即复数磁导率的虚部μ " max ;在0.5GHz 2.7GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗增大，磁导率减小；在2.7GHz 12.5GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗和磁导率随着频率的增大降低。
实施例5:
S51、按照Fe-S1-Cr合金各组分的摩尔百分比为Fe: S1:Cr=81.4:17:1.6来称量纯铁块、多晶娃和纯络块。
S52、在氩气保护气氛的电弧加热炉中放入S51中称量好的原料，进行熔炼得到熔融状态的金属液体，最后浇铸成锭.
S53、将S52所得铸锭的进行机械破碎，得到颗粒尺寸为180 μ m-220 μ m的微细小颗粒。
S54、将S53机械破碎后的微细小颗粒放入行星式球磨机中进行湿法球磨，磨球、料和无水乙醇按照重量比为250:1:25配制成混合物放入球磨罐中进行球磨，磨球选用直径为15mm的错球,球磨转速为200r/min,球磨时间48小时。
S55、将S54球磨完成后的取出料进行烘干，获得片状的晶粒范围在2 μ m-900 μ m的Fe-S1-Cr合金微粉电磁波吸收剂。所制备的合金微粉电磁波吸收剂的SEM图谱如图9所示。从图9可以看出，所制备的合金微粉电磁波吸收剂的形状为片状。
按照吸收剂与石蜡质量比为2: 1制备成电磁波吸收材料，测量在频率0.5GHz 18GHz范围内的磁导率和磁损耗，见图10。从图10中可以看出磁导率最大为4.4，即复数磁导率的实部μ ' max，磁损耗最大为2.5，即复数磁导率的虚部μ " max ;在0.5GHz 3.8GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗增大，磁导率减小；在3.8GHz 17GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗和磁导率随着频率的增大降低。
实施例6:
S61、按照Fe-S1-Cr合金各组分的摩尔百分比为Fe:S1:Cr=83.4:15:1.6来称量纯铁块、多晶娃和纯络块。
S62、在氩气保护气氛的电弧加热炉中放入S61中称量好的原料，进行熔炼得到熔融状态的金属液体，最后浇铸成锭.
S63、将S62所得铸锭的进行机械破碎，得到颗粒尺寸为180 μ m-220 μ m的微细小颗粒。
S64、将S63机械破碎后的微细小颗粒放入行星式球磨机中进行湿法球磨，磨球、料和无水乙醇按照重量比为250:1:25配制成混合物放入球磨罐中进行球磨，磨球选用直径为15mm的错球,球磨转速为200r/min,球磨时间48小时。
S65、将S64球磨完成后的取出料进行烘干，获得片状的晶粒范围在2 μ m-900 μ m的Fe-S1-Cr合金微粉电磁波吸收剂。所制备的合金微粉电磁波吸收剂的SEM图谱如图11所示。从图11可以看出，所制备的合金微粉电磁波吸收剂的形状为片状。
按照吸收剂与石蜡质量比为2:1制备成电磁波吸收材料，测量在频率0.5GHz 18GHz范围内的磁导率和磁损耗，见图12。从图12中可以看出磁导率最大为4.8，即复数磁导率的实部μ ' max，磁损耗最大为3.3，即复数磁导率的虚部μ " max ;在0.5GHz 1.8GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗增大，磁导率减小；在1.8GHz 18GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗和磁导率随着频率的增大降低，在18GHz处，磁损耗依然大于磁导率。
实施例7:
S71、按照Fe-S1-Cr合金各组分的摩尔百分比为Fe:S1:Cr=85.4:13:1.6来称量纯铁块、多晶娃和纯络块。S72、在氩气保护气氛的电弧加热炉中放入S71中称量好的原料，进行熔炼得到熔融状态的金属液体，最后浇铸成锭.
S73、将S72所得铸锭的进行机械破碎，得到颗粒尺寸为180 μ m-220 μ m的微细小颗粒。S74、将S73机械破碎后的微细小颗粒放入行星式球磨机中进行湿法球磨，磨球、料和无水乙醇按照重量比为250:1:25配制成混合物放入球磨罐中进行球磨，磨球选用直径为15mm的错球,球磨转速为200r/min,球磨时间48小时。S75、将S74球磨完成后的取出料进行烘干，获得片状的晶粒范围在2 μ m-900 μ m的Fe-S1-Cr合金微粉电磁波吸收剂。所制备的合金微粉电磁波吸收剂的SEM图谱如图13所示。从图13可以看出，所制备的合金微粉电磁波吸收剂的形状为片状。按照吸收剂与石蜡质量比为2:1制备成电磁波吸收材料，测量在频率0.5GHz 18GHz范围内的磁导率和磁损耗，见图14。从图14中可以看出磁导率最大为5.3，即复数磁导率的实部μ ' max，磁损耗最大为3.9，即复数磁导率的虚部μ " max ;在0.5GHz IGHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗增大，磁导率减小；在IGHz 18GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗和磁导率随着频率的增大降低，在18GHz处，磁损耗依然大于磁导率。实施例8:S81、按照Fe-S1-Cr合金各组分的摩尔百分比为Fe: S1:Cr=87.4:11:1.6来称量纯铁块、多晶娃和纯络块。 S82、在氩气保护气氛的电弧加热炉中放入S81中称量好的原料，进行熔炼得到熔融状态的金属液体，最后浇铸成锭.
S83、将S82所得铸锭的进行机械破碎，得到颗粒尺寸为180 μ m-220 μ m的微细小颗粒。S84、将S83机械破碎后的微细小颗粒放入行星式球磨机中进行湿法球磨，磨球、料和无水乙醇按照重量比为250:1:25配制成混合物放入球磨罐中进行球磨，磨球选用直径为15mm的错球,球磨转速为200r/min,球磨时间48小时。S85、将S84球磨完成后的取出料进行烘干，获得片状的晶粒范围在2 μ m-900 μ m的Fe-S1-Cr合金微粉电磁波吸收剂。所制备的合金微粉电磁波吸收剂的SEM图谱如图15所示。从图15可以看出，所制备的合金微粉电磁波吸收剂的形状为片状。按照吸收剂与石蜡质量比为2:1制备成电磁波吸收材料，测量在频率0.5GHz 18GHz范围内的磁导率和磁损耗，见图16。从图16中可以看出磁导率最大为3.8，复数磁导率的实部μ ' max，磁损耗最大为3.4，即复数磁导率的虚部μ " max ;在0.5GHz 0.6GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗小于磁导率；在0.6GHz 18GHz范围内，所制备的电磁波吸收材料的磁损耗大于磁导率，在18GHz处，磁损耗依然大于磁导率。有必要在此指出的是，上面的实施例只是用于进一步阐述本发明，以便于本领域的普通技术人员更好地理解本发明。本发明已通过文字揭露了其首选实施方案，但通过阅读这些技术文字说明可以领会其中的可优化性和可修改性，并在不偏离本发明的范围和精神上进行改进，但这样的改进应仍属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种合金微粉电磁波吸收剂，其特征在于:该合金微粉电磁波吸收剂为Fe基软磁合金，各组分的摩尔百分比分别为:Fe73.5 88% ；Sill 21.50% ；Crl 5%。
2.根据权利要求1所述的合金微粉电磁波吸收剂，其特征在于:所述的合金微粉电磁波吸收剂的晶粒范围为2 μ m-900 μ m，物相组成为bcc-Fe (Si，Cr)。
3.根据权利要求1或2所述的合金微粉电磁波吸收剂,其特征在于:所述的合金微粉电磁波吸收剂为片状，长径比>10。
4.一种如权利要求1至3任一所述的合金微粉电磁波吸收剂的制备方法,其特征在于:合金微粉电磁波吸 收剂的制备方法步骤如下: 51、根据所述的合金微粉电磁波吸收剂的化学成分和摩尔百分比Fe73.5 88%:Sill 21.50%:Crl 5%，称量纯铁块、多晶硅和纯铬块为原料； 52、在电弧加热炉中放入SI中称量好的原料，隔绝氧气状态下进行熔炼得到熔融状态的金属液体，最后浇铸成锭； 53、将S2所得铸锭的进行机械破碎,得到微细小颗粒,所述的微细小颗粒尺寸范围为180 μ m-220 μ m ； 54、将S3机械破碎后的微细小颗粒放入行星式球磨机中进行湿法球磨，选取磨球是锆球，将球、料和无水乙醇按照重量比为球:料:无水乙醇=250:1:25配制成混合物放入球磨罐中进行球磨； 55、将S4球磨完成后的取出料进行烘干，获得Fe-S1-Cr合金微粉电磁波吸收剂。
5.根据权利要求4所述的合金微粉电磁波吸收剂的制备方法，其特征在于:S2中所述的隔绝氧气状态为真空状态或充入惰性气体保护。
6.根据权利要求4所述的合金微粉电磁波吸收剂的制备方法，其特征在于:S4中所述锆球的直径为15mm。
7.根据权利要求4所述的合金微粉电磁波吸收剂的制备方法，其特征在于:S4中所述的球磨机转速为200r/min，球磨时间为48小时。
全文摘要
本发明涉及一种合金微粉电磁波吸收剂及其制备方法。该合金微粉电磁波吸收剂的主要成分为Fe、Si、Cr。所制备的合金微粉电磁波吸收剂具有优异的动态磁性能，且制备工艺简单，设备要求低，适用于大批量生产。
文档编号C22C33/02GK103173683SQ20131010851
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者梁迪飞, 张先智, 杨宏伟, 田炜, 王昕 , 陈良, 邓龙江 申请人:电子科技大学