一种高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料及其制备方法

本发明涉及电磁屏蔽材料，具体涉及一种高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、现代化战场上，电磁环境日益恶劣，电磁波穿透武器系统的敏感器件时，会使控制、制导通讯等系统失效，弹药、电爆装置、电子引信等在电磁波能量的作用下，极易发生燃烧爆炸。这些恶劣的电磁环境对军事武器的战斗力和生存力构成致命威胁。高频波段下电磁屏蔽材料的开发，能有效地抑制电磁波干扰，提高各种作战武器的突防能力和生存能力。开发高性能电磁屏蔽材料成为当今军事技术领域的重大课题。应用于军事领域的电磁干扰频率为8～18ghz，因此，针对该频率电磁波的电磁屏蔽材料的研发需求日益迫切。

2、当前主要的电磁干扰屏蔽材料包括金属、导电聚合物和涂层材料。传统金属材料如铜、铝、钢等由于高密度限制了其在武器装备轻量化发展的应用。一些发泡金属、聚合物和涂层材料由于强度低、二次加工性能差，无法满足作为结构材料应用。镁合金具有密度低、质量轻、减振性能好等优势，与泡沫屏蔽、涂层屏蔽材料相比，镁合金具有优异的力学性能、电磁屏蔽性能且对环境友好。然而，镁合金由于磁导率和电导率低，目前对电磁干扰的屏蔽作用仅在30～1500mhz的低频电磁波下是良好的，主要屏蔽机制为反射机制，无法满足高频波段电磁屏蔽的性能要求。为此，本发明提供一种高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料及其制备方法，有效解决了镁合金由于磁导率和电导率低，无法起到对高频波段电磁波的高效屏蔽作用的技术问题，同时提供了一种兼具机械强度和对高波段电磁波具有优异电磁屏蔽效能的轻质金属材料，在军用通讯设备、仪器、雷达设备等电磁屏蔽安全防护领域具有广阔的应用潜力和市场前景。

2、本发明提供了一种高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、s1，将二维柔性纳米层状增强体材料分散于有机溶剂中，将磁性纳米粒子负载于所述二维柔性纳米层状增强体材料上，得到纳米粒子修饰的增强体材料；

4、将镁合金粉体超声分散于有机溶剂中，加入十六烷基三甲基溴化铵乙醇溶液，超声，搅拌，得到改性的镁合金粉体浆料；

5、s2，将s1的纳米粒子修饰的增强体材料加至所述改性的镁合金粉体浆料中，混匀，施以磁场，静置，得到复合湿坯料，真空冷冻干燥，得到复合粉体干坯料；

6、s3，将s2的复合粉体干坯料于400℃～520℃真空热压烧结，得到高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料。

7、优选的，s1中，所述二维柔性纳米层状增强体材料为氧化石墨烯、石墨烯、mof纳米片、二维mxenes中的一种或两种。

8、优选的，以所述高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料的重量计，s1中，所述二维柔性纳米层状增强体材料的添加量为0.5～10wt％。

9、优选的，以所述高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料的重量计，s1中，所述磁性纳米粒子的添加量为0.1～2wt％。

10、优选的，所述磁性纳米粒子包括实心或空心的粒径为20～200nm的fe3o4颗粒。

11、优选的，s1中，所述镁合金粉体的颗粒尺寸为5μm～30μm。

12、优选的，s1中，所述十六烷基三甲基溴化铵乙醇溶液的质量百分比为0.1wt％～1wt％，所述镁合金粉体与十六烷基三甲基溴化铵乙醇溶液的料液比为1g：5～10ml。

13、优选的，s2中，所述外加磁场的强度为0.1～1.0t。

14、优选的，s3中，所述真空热压烧结的时间为60～120min。

15、本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

17、(1)本发明通过负载磁性纳米粒子，对二维柔性纳米层状增强体上进行磁性功能化处理，从而制备出具有超顺磁性的磁性纳米粒子修饰的增强体材料；通过采用十六烷基三甲基溴化铵对镁合金粉体的表面改性，提高了增强体与镁合金基体的分散均匀性，在外加磁场的作用下实现磁性纳米粒子修饰的增强体材料及改性镁合金层状定向排列，增加了电磁波的反射面积和反射路径。同时，磁性纳米粒子的加入可以提高复合材料的磁导率，二维柔性纳米层状材料的加入既可以提高复合材料的电导率，又可在与电磁波相互作用时通过自身局部塑性变形吸收电磁波能量，从而大幅改善材料对电磁波的屏蔽效能。热压烧结过程中在镁合金基体中形成的大量细小弥散分布的强化相，如β′和或片层状14h-lpso相等，增加材料对电磁波的反射损耗，从而有利于电磁波的衰减。

18、(2)本发明制备的高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料的密度≤1.60g/cm3，抗拉强度≥450mpa，屈服强度≥320mpa，延伸率≥15％，在8～18ghz的磁场环境中的电磁波屏蔽效能大于110db。

19、(3)本发明提供的高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料的制备方法简单，在军用通讯设备、仪器、雷达设备等电磁屏蔽安全防护领域具有广阔的应用潜力和市场前景。

技术特征：

1.一种高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中，所述二维柔性纳米层状增强体材料为氧化石墨烯、石墨烯、mof纳米片、二维mxenes中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以所述高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料的重量计，s1中，所述二维柔性纳米层状增强体材料的添加量为0.5～10wt％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以所述高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料的重量计，s1中，所述磁性纳米粒子的添加量为0.1～2wt％。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述磁性纳米粒子包括实心或空心的粒径为20～200nm的fe3o4颗粒。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中，所述镁合金粉体的颗粒尺寸为5μm～30μm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中，所述十六烷基三甲基溴化铵乙醇溶液的质量百分比为0.1wt％～1wt％，所述镁合金粉体与十六烷基三甲基溴化铵乙醇溶液的料液比为1g：5～10ml。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中，所述外加磁场的强度为0.1～1.0t。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s3中，所述真空热压烧结的时间为60～120min。

10.一种根据权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到的高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料。

技术总结
本发明公开了一种高波段高效电磁屏蔽镁基复合材料及其制备方法，属于电磁屏蔽材料技术领域，通过在二维柔性纳米层状增强体上负载磁性纳米粒子制备出具有超顺磁性的纳米粒子修饰的增强体材料；通过对镁合金粉体的表面改性，提高了增强体与镁合金的分散均匀性，在外加磁场的作用下实现纳米粒子修饰的增强体材料及改性镁合金层状定向排列，增加了电磁波的反射面积和反射路径。同时，磁性纳米粒子的加入可以提高复合材料的磁导率，二维柔性纳米层状材料的加入既可以提高复合材料的电导率，又可在与电磁波相互作用时通过自身局部塑性变形吸收电磁波能量，从而大幅改善材料对电磁波的屏蔽效能。

技术研发人员：王建利,王珂,杨伟,杨忠,王礼营,李建平
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13