一种应用于蜂窝结构浸渍胶液体系的吸收剂的制备方法与流程

本发明涉及一种应用于蜂窝结构浸渍胶液体系的吸收剂的制备方法，属于吸收剂技术领域。

背景技术

现代军事战争中，由于探测技术和精确制导武器越来越先进，雷达讯号探测成为探测飞机、导弹等的最可靠的方法，因此，减弱作战飞机的雷达反射信号强度，便成为飞机设计中提高隐形能力的最关键和最重要的因素。

结构型吸波材料是一种多功能复合材料，它既能承载重量—可制作成各种复杂形状的部件,又能较好地吸收或透过电磁波，具备宽频带、低比重的优点,已成为当代隐身材料重要的发展方向，受到国内外研究者的高度重视。蜂窝结构吸波材料就是一种上述的结构型吸波材料。蜂窝夹层结构的密度小，可以明显地减轻结构重量；它的导热系数低，可以作为绝热和保温构件使用；它的比刚强度高，可以根据特殊要求进行各向异性设计与制造。

为提高蜂窝芯的电磁参数，通常是在普通蜂窝芯上浸渍一定厚度的吸波涂层，作为吸波涂层的吸收剂能够直接决定蜂窝芯的吸波性能。羰基铁作为一种传统的超细金属粉类吸收剂，对雷达波能够强烈地吸收，在微波频段具有磁导率较高、磁导率实部和虚部频散效应不显著、匹配厚度较小等特点，在吸波材料领域具有广泛的应用前景。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高阻抗匹配、吸波涂层薄、面密度轻、吸收频带宽、吸收性能强、机械性能好、制备简便的应用于蜂窝结构浸渍胶液体系的吸收剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种应用于蜂窝结构浸渍胶液体系的吸收剂的制备方法，以微观形貌计，将60～80％的球形颗粒的羰基铁粉以及20～40％的片状羰基铁粉以超声混合处理获得。

具体包括以下步骤：

(1)将羰基铁粉原料与表面活性剂按质量比250:(4～8)装入球磨罐中，以羰基铁粉原料质量计，加入0.8～1.2ml/g的无水乙醇进行湿法搅拌球磨，获得具有30～40％的片状颗粒以及60～70％的球形颗粒的混合微观结构羰基铁粉；

(2)将经过球磨后的羰基铁粉真空干燥，干燥后将球磨后的羰基铁粉加入粉碎机中进行细化粉碎处理，对获得混合结构中的片状颗粒进一步破碎，让片状结构颗粒尺寸在5-10微米范围之内；

(3)将细化粉碎后的羰基铁粉与羰基铁粉原料按质量比10:(0～3)加入乙醇中进行超声混合；

(4)将混合后的浆料真空干燥，即可制得所述吸收剂。

步骤(1)中所述表面活性剂为硬脂酸盐。

步骤(1)中湿法搅拌球磨的时间为2～4小时，球磨转速为200-400转/分钟。

步骤(2)中超精密高速粉碎机的粉碎转速为12000rpm；粉碎时间为2～4分钟。

步骤(3)中超声混合时间为30～60分钟，频率为30～50khz。

本发明所达到的有益效果：

通过本发明的制备方法制得的吸收剂，可用作蜂窝结构浸渍胶液体系的吸收剂。其电磁参量(吸收剂质量浓度为91％)如下表1所示，其参数远远优于蜂窝结构浸渍胶液体系吸收剂的电磁参数要求；

表1

本发明使用硬脂酸钙作为表面活性剂对羰基铁粉进行包覆，并且将羰基铁粉原料与球磨后的片状羰基铁粉混合，改变了吸收剂的显微结构，其中包含60％～80％的球形颗粒和20％～40％的片状结构，使其既具有一定的各向同性又具有良好的吸波性能；同时可以根据球磨片状羰基铁粉与羰基铁粉原料的比例方便的调控吸收剂的电磁参数，使得材料的阻抗匹配特性得到改善，这样有利于更多的电磁波进入羰基铁粉而损耗，因此提高了羰基铁粉的低频吸波性能。

附图说明

图1为本发明一种应用于蜂窝结构浸渍胶液体系吸收剂的制备工艺流程图；

图2是比较例1制备的吸收剂的扫描电镜照片；

图3是实施例3制备的一种应用于蜂窝结构浸渍胶液体系吸收剂的扫描电镜照片；

图4是实施例3和比较例1制备得到的吸收剂复介电常数实部曲线；

图5是实施例3和比较例1制备得到的吸收剂的复介电常数虚部曲线；

图6是实施例3和比较例1制备得到的吸收剂的复磁导率实部曲线；

图7是实施例3和比较例1制备得到的吸收剂的复磁导率虚部曲线；

图8是实施例3和比较例1制备得到的吸收剂的反射损耗曲线(涂层厚度1.5mm)；

图9是实施例1、实施例2、实施例4和实施例5制备得到的吸收剂的反射损耗曲线(涂层厚度1.5mm)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

一种应用于蜂窝结构浸渍胶液体系吸收剂的制备方法，包括以下步骤：

取250g的羰基铁粉原料。高能球磨处理前对羰基铁粉原料进行预热处理，加入5g硬脂酸钙，并加入250ml无水乙醇搅拌均匀混合后放入球磨罐密闭后进行湿磨，球磨时间2小时；球磨使部分羰基铁粉颗粒形貌改变为具有一定长径比的片状结构，还使得羰基铁粉原料和表面活性剂硬脂酸盐均匀混合。将经过球磨后的羰基铁粉真空干燥箱烘干1.5小时。将干燥后的粉料放入超精密高速粉碎机中进行粉碎分散，粉碎时间为2分钟。取10g粉碎后的羰基铁粉，加入5％的羰基铁粉原料及适量无水乙醇进行超声混合，混合时间为20分钟。将超声混合完毕的浆料取出烘干2小时即得到本发明所述的吸收剂。

通过矢量网络分析仪测量出该吸收剂的电磁参量(复介电常数、复磁导率)，然后根据电磁场传输线理论计算出涂层厚度为1.5mm时的反射损耗随频率变化曲线图，如图9所示。

实施例2

一种应用于蜂窝结构浸渍胶液体系吸收剂的制备方法，包括以下步骤：

取250g的羰基铁粉原料。高能球磨处理前对羰基铁粉原料进行预热处理，加入5g硬脂酸钙，并加入250ml无水乙醇搅拌均匀混合后放入球磨罐密闭后进行湿磨，球磨时间2小时；球磨使部分羰基铁粉颗粒形貌改变为具有一定长径比的片状结构，还使得羰基铁粉原料和表面活性剂硬脂酸盐均匀混合。将经过球磨后的羰基铁粉真空干燥箱烘干1.5小时。将干燥后的粉料放入超精密高速粉碎机中进行粉碎分散，粉碎时间为2分钟。取10g粉碎后的羰基铁粉，加入10％的羰基铁粉原料及适量无水乙醇进行超声混合，混合时间为20分钟。将超声混合完毕的浆料取出烘干2小时即得到本发明所述的吸收剂。

通过矢量网络分析仪测量出该吸收剂的电磁参量(复介电常数、复磁导率)，然后根据电磁场传输线理论计算出涂层厚度为1.5mm时的反射损耗随频率变化曲线图，如图9所示。

实施例3

一种应用于蜂窝结构浸渍胶液体系吸收剂的制备方法，包括以下步骤：

取250g的羰基铁粉原料。高能球磨处理前对羰基铁粉原料进行预热处理，加入5g硬脂酸钙，并加入250ml无水乙醇搅拌均匀混合后放入球磨罐密闭后进行湿磨，球磨时间2小时；球磨使部分羰基铁粉颗粒形貌改变为具有一定长径比的片状结构，还使得羰基铁粉原料和表面活性剂硬脂酸盐均匀混合。将经过球磨后的羰基铁粉真空干燥箱烘干1.5小时。将干燥后的粉料放入超精密高速粉碎机中进行粉碎分散，粉碎时间为2分钟。取10g粉碎后的羰基铁粉，加入15％的羰基铁粉原料及适量无水乙醇进行超声混合，混合时间为20分钟。将超声混合完毕的浆料取出烘干2小时即得到本发明所述的吸收剂。其sem图如图3所示。

通过矢量网络分析仪测量出该吸收剂的电磁参量(复介电常数、复磁导率)如图4-图7所示，然后根据电磁场传输线理论计算出涂层厚度为1.5mm时的反射损耗随频率变化曲线图，如图9所示。

实施例4

一种应用于蜂窝结构浸渍胶液体系吸收剂的制备方法，包括以下步骤：

取250g的羰基铁粉原料。高能球磨处理前对羰基铁粉原料进行预热处理，加入5g硬脂酸钙，并加入250ml无水乙醇搅拌均匀混合后放入球磨罐密闭后进行湿磨，球磨时间2小时；球磨使部分羰基铁粉颗粒形貌改变为具有一定长径比的片状结构，还使得羰基铁粉原料和表面活性剂硬脂酸盐均匀混合。将经过球磨后的羰基铁粉真空干燥箱烘干1.5小时。将干燥后的粉料放入超精密高速粉碎机中进行粉碎分散，粉碎时间为2分钟。取10g粉碎后的羰基铁粉，加入20％的羰基铁粉原料及适量无水乙醇进行超声混合，混合时间为20分钟。将超声混合完毕的浆料取出烘干2小时即得到本发明所述的吸收剂。

通过矢量网络分析仪测量出该吸收剂的电磁参量(复介电常数、复磁导率)，然后根据电磁场传输线理论计算出涂层厚度为1.5mm时的反射损耗随频率变化曲线图，如图9所示。

实施例5

一种应用于蜂窝结构浸渍胶液体系吸收剂的制备方法，包括以下步骤：

取250g的羰基铁粉原料。高能球磨处理前对羰基铁粉原料进行预热处理，加入5g硬脂酸钙，并加入250ml无水乙醇搅拌均匀混合后放入球磨罐密闭后进行湿磨，球磨时间2小时；球磨使部分羰基铁粉颗粒形貌改变为具有一定长径比的片状结构，还使得羰基铁粉原料和表面活性剂硬脂酸盐均匀混合。将经过球磨后的羰基铁粉真空干燥箱烘干1.5小时。将干燥后的粉料放入超精密高速粉碎机中进行粉碎分散，粉碎时间为2分钟。取10g粉碎后的羰基铁粉，加入25％的羰基铁粉原料及适量无水乙醇进行超声混合，混合时间为20分钟。将超声混合完毕的浆料取出烘干2小时即得到本发明所述的吸收剂。

通过矢量网络分析仪测量出该吸收剂的电磁参量(复介电常数、复磁导率)，然后根据电磁场传输线理论计算出涂层厚度为1.5mm时的反射损耗随频率变化曲线图，如图9所示。

比较例1

一种应用于蜂窝结构浸渍胶液体系吸收剂的制备方法，与实施例1的不同之处在于：其中不加入羰基铁粉原料进行超声混合。所制得的吸收剂的sem图如图2所示。可以通过矢量网络分析仪测量出电磁参量(复介电常数、复磁导率)如图4-图7所示，根据线传输理论计算出涂层厚度为1.5mm的反射损耗随频率变化曲线图，如图8中所示。

图2和图3可以看出只经过高能球磨制备的羰基铁粉(如比较例1)大部分呈现片状结构，有利于提高snoek极限，从而获得更大的磁损耗，但是其粉末的片状化使得其界面极化增大，从而增大了介电常数，不利于吸收剂实现阻抗匹配。而与羰基铁粉原料超声混合后的羰基铁粉吸收剂(实施例3)呈现较多的椭球形颗粒，能够有效地抑制界面极化，从而提高阻抗匹配，极大得提高了吸收剂的吸收效率。

图4中可以看出在1～18ghz频率范围内由于频散现象，复介电常数实部随频率的增加而总体呈现出减小的趋势，其中未经过超声混合的吸收剂(比较例1)复介电常数实部下降趋势较陡峭，而经过与羰基铁粉原料超声混合的吸收剂(实施例3)复介电常数实部下降较为平缓。在1～18ghz频率范围内，经过与羰基铁粉原料超声混合的吸收剂(实施例3)复介电常数实部基本保持在较低的范围，甚至在2ghz，比未经过超声混合的吸收剂(比较例1)降低了20％左右。

图5中可以看出未经过与羰基铁粉原料超声混合的吸收剂(比较例1)复介电常数虚部随着频率的增加在1～18ghz频率范围内缓慢下降。经过与羰基铁粉原料超声混合的吸收剂(实施例3)复介电常数虚部随着频率的增加在1～10ghz保持在1～1.5之间，在11～15ghz呈现上升的趋势，而在15～18ghz缓慢下降。且相比于未经过与羰基铁粉原料超声混合的吸收剂(比较例1)，其整体复介电常数虚部都处于一个较低的范围，甚至在2ghz降低了80％左右。

由于材料的介电性能与材料的结构有一定关系，当材料处于外电场作用下时，材料的截面极化对介电常数有较大的影响；随着球磨的进行，羰基铁逐渐片状化对其界面极化增大有一定的贡献，致使其介电常数增大。而羰基铁粉原料的加入极大地抑制了材料的界面极化，从而造成了复介电常数的明显降低。经过与羰基铁粉原料超声混合的吸收剂(实施例3)在2ghz和8ghz的复介电常数实部值分别为20.3和19.5，虚部值分别为1.4和1.2，其远远达到了作为蜂窝结构浸渍胶液体系吸收剂的电磁参数要求，能够作为蜂窝涂层与蜂窝结构结合有效地吸收雷达波。

图6中可以看出由于频散现象在1～18ghz频率范围，复磁导率实部随频率的增加而总体呈现出下降的趋势并且频率越高下降趋势变得越平缓。图7中可以看出复磁导率虚部在1～4gh呈现出上升趋势，在4～18ghz呈现出下降趋势，并且在4ghz频率点出现了一个较明显的磁损耗峰，这可能是由于吸收剂粉末在电磁场中存在着自然共振现象。从图4和图5中还可以看出羰基铁粉原料的添加对整个羰基铁粉样品的复磁导率影响不大。

图8中通过电磁场传输线理论公式设计材料厚度为1.5mm时所获得的反射损耗曲线。从图中可以明显看出添加复合助剂高能球磨(实施例1)对羰基铁粉的损耗性能在4～6ghz频率范围得到明显提高，首先在4.5ghz频率点，未经过与羰基铁粉原料超声混合的样品(比较例1)反射损耗极值为-13.6db，而与羰基铁粉原料超声混合后的吸收剂(实施例3)的反射损耗极值明显更低在5.2ghz达到了-17.5db；然后-10db的吸收带宽，未经过与羰基铁粉原料超声混合的样品(比较例1)时为2.64ghz，而与羰基铁粉原料超声混合后的吸收剂(实施例3)的-10db带宽显著增加达到了3.36ghz(3.84～7.2ghz)。

这是由于羰基铁粉原料的加入极大地抑制了材料的界面极化，从而调节了片状羰基铁粉的电磁参数，使得复介电常数和复磁导率之间的比例改善，从而使得材料的阻抗匹配特性得到改善，这样有利于更多的电磁波进入羰基铁粉而损耗，因此提高了羰基铁粉的吸波性能。

图9中通过电磁场传输线理论公式设计材料厚度为1.5mm时所获得的添加不同比例羰基铁粉原料制备的样品的反射损耗曲线。可以看出从图9中可以明显看出随着羰基铁粉原料比例的不同，反射损耗峰的位置也不同，实施例1的反射损耗峰位于5.1ghz，实施例2的反射损耗位于5.3ghz，实施例4的反射损耗位于5.5ghz；实施例5的反射损耗同样位于5.5ghz。随着羰基铁粉和硬脂酸盐比例的变化，反射损耗峰可以从5.1ghz徐徐向5.5ghz移动。

这是因为调节羰基铁粉原料的比例可以获得羰基铁粉吸收剂合适的片状结构及球形结构的比值，从而可以改变复介电常数和复磁导率的关系，实现阻抗匹配，进而可以调节吸收峰的位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。