一种新型纳米晶复合材料及其制备工艺的制作方法

本发明涉及磁性材料、吸波材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种新型纳米晶复合材料及其制备工艺。

背景技术：

近场通讯(NFC)技术，由于可以实现电子设备(如手机、计算机和支付终端等)之间便捷、快速、安全的近距离无线通信，可应用于手机支付、公交、门禁等众多领域，近年来得到广泛的关注和发展。目前NFC系统的主要通信频率为13.56MHz，NFC天线通常要在含有金属壳、线路板或者电池包装等复杂的金属环境中使用，在交变磁场下会在金属表面形成涡流，产生一个与载波方向相反的磁场而衰减载波信号，使读卡器读写距离缩短，甚至无法识别电子标签信号。

电磁屏蔽片具有高磁导、低损耗特性，能防止载波信号进入金属层而产生衰减损耗，可有效降低金属对磁场的影响，从而保证系统的正常通讯和足够的读写距离。日本的TDK、NEC，韩国的Amotech，美国3M等国际知名公司均开发出电磁屏蔽片并已推向市场。

可用于电磁屏蔽片制备的软磁材料主要有高导磁软磁合金和软磁铁氧体由于Snoek极限的限制，铁氧体材料在MHz的高频段进一步提高磁导率有较大困难。金属软磁材料具有高饱和磁化强度，形貌可控，扁平片状颗粒能突破Snoek极限，获得高频高磁导率。

纳米晶具有高频高磁导率、低损耗的特性，传统软磁材料粉末(如Fe-Si-Al)具有高频低损耗、吸波性能好等优点，但是传统的单一品种的磁片制备工艺，很难一次制备超薄和柔性磁片，但传统单一品种磁片的应用范围较窄，且传统磁片制备工艺单一、灵活性低、选择性小。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供了一种新型纳米晶复合材料，该纳米晶复合材料可作为吸波材料，满足电子材料领域对磁性材料的超薄化、宽频化的整体要求，通过调整铁基纳米晶软磁合金和软磁合金的颗粒度、配比浓度及涂覆厚度，可以得到不同波段的吸波涂料，具有频带宽，涂层簿，分散性能良好，吸波性能强，质量稳定可控的优点。

本发明还有一个目的是提供了一种新型纳米晶复合材料的制备工艺简单易行，且制备的纳米晶复合材料可满足不同吸波性能要求。

为了实现上述目的，本发明提供了一种新型纳米晶复合材料，其包括：

所述纳米晶复合材料是通过将不同粒度的铁基纳米晶软磁合金和/或不同粒度的软磁合金经钝化、偶联以及绝缘包覆处理后涂覆在PET基材、纳米晶带材或吸波材基材上制成；

或者通过将不同粒度的铁基纳米晶软磁合金和/或不同粒度的软磁合金经钝化、偶联以及绝缘包覆处理后贴合在纳米晶带材和吸波材基材上制成。

本发明还提供了一种新型纳米晶复合材料的制备工艺，包括：

基础材料的制备及处理：以铁基纳米晶软磁合金和软磁合金为原料，分别对其进行破碎并筛分成不同粒度的粉末、对不同粒度的粉末进行混合、对混合后的粉末进行表面绝缘处理以及将绝缘处理后的粉末分别与粘结剂进行混合操作，得到纳米晶胶体和软磁材料胶体；

纳米晶复合材料的制备：将所述软磁材料胶体涂覆在PET基材上，并进行热压减薄工艺处理，然后将所述纳米晶胶体涂覆在所述软磁材料胶体的表面，进行热压减薄工艺处理，得到双层纳米晶复合材料；在所述双层纳米晶复合材料的基础上，分别调整所述软磁材料胶体和所述纳米晶胶体的涂覆层数，获得不同层数的纳米晶复合材料；

或者，在吸波材基材的表面涂覆所述纳米晶胶体，得到双层纳米晶复合材料；并在所述双层纳米晶复合材料的表面上涂覆所述软磁材料胶体和所述纳米晶胶体，得到不同层数的纳米晶复合材料；

或者，在纳米晶带材上涂覆所述软磁材料胶体，并进行热压减薄工艺处理，得到双层纳米晶复合材料；并在所述双层纳米晶复合材料的表面上涂覆所述软磁材料胶体和所述纳米晶胶体，以制备不同层数的纳米晶复合材料；

或者，将吸波材基材和纳米晶带材使用胶粘剂贴合在一起，得到双层纳米晶复合材料，并可在所述双层纳米晶复合材料的表面贴合所述纳米晶胶体和所述软磁材料胶体，得到不同层数的纳米晶复合材料。

优选的是，所述的新型纳米晶复合材料的制备工艺中，包括以下步骤：

步骤一、对铁基纳米晶软磁合金和软磁合金分别进行破碎及筛分，得到不同粒度的铁基纳米晶软磁合金粉末以及不同粒度的软磁合金粉末，其中，所述软磁合金为一种软磁合金形成的纯净物或者由两种及以上软磁合金组成的混合物；例如，所述软磁合金包括铁粉、Fe-Si粉、Fe-Si-Al粉、Fe-Ni粉、Fe-Ni-Mo粉及其所有的衍生品等；

步骤二、选取不同粒度的铁基纳米晶软磁合金粉末，并按照一定的比例混合均匀，得到铁基纳米晶软磁合金粉末集合体；选取一种或两种或多种软磁合金粉末，按照不同粒度的配比混合均匀，得到软磁合金粉末集合体；所述混合操作在混粉设备中完成；

步骤三、分别对所述铁基纳米晶软磁合金粉末集合体以及所述软磁合金粉末集合体进行表面绝缘处理，所述表面绝缘处理包括钝化处理、偶联处理以及绝缘包覆处理；

步骤四、将表面绝缘处理后的铁基纳米晶软磁合金粉末集合体与粘结剂按照一定的比例在搅拌机中混合均匀，得到纳米晶胶体；将表面绝缘处理后的软磁合金粉末集合体与粘结剂按照一定的比例在搅拌机中混合均匀，得到软磁材料胶体；

步骤五、以所述纳米晶胶体和/或所述软磁材料胶体为原料，制备双层纳米晶复合材料，并在所述双层纳米晶复合材料的基础上，制备不同层数的纳米晶复合材料；

步骤六、对所述双层纳米晶复合材料以及不同层数的纳米晶复合材料进行分切，得到预设规格的纳米晶复合卷材或片材。

优选的是，所述的新型纳米晶复合材料的制备工艺中，所述步骤三中的钝化处理具体为：

将所述铁基纳米晶软磁合金粉末集合体以及所述软磁合金粉末集合体分别加入到1～15wt％磷酸溶液中，搅拌均匀至干燥。优选为2-12wt％；更优选为3-9wt％。

优选的是，所述的新型纳米晶复合材料的制备工艺中，所述步骤三中的偶联处理具体为：

将钝化处理后的铁基纳米晶软磁合金粉末集合体以及软磁合金粉末集合体分别加入到1～15wt％的偶联剂中，搅拌均匀至干燥。优选为2-13wt％，更优选为3-10wt％。

优选的是，所述的新型纳米晶复合材料的制备工艺中，所述步骤三中的绝缘包覆处理具体为：

向偶联处理后的铁基纳米晶软磁合金粉末集合体以及软磁合金粉末集合体中分别加入0～7％的绝缘剂，所述绝缘剂为无机氧化物、碳化物和氮化物的混合物。所述绝缘剂的含量优选为1-5％，更优选为3-4％。

优选的是，所述的新型纳米晶复合材料的制备工艺中，所述无机氧化物为SiO₂、Cr₂O₃、ZrO₂、Al₂O₃、TiO₂中的一种、两种或多种；

所述碳化物为AlC、TiC中的一种或两种；

以及所述氮化物为AlN、TiN中的一种或两种。

优选的是，所述的新型纳米晶复合材料的制备工艺中，所述粘结剂为树脂、橡胶、塑料中的一种、两种或多种。

优选的是，所述的新型纳米晶复合材料的制备工艺中，所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂和丙烯酸树脂中的一种、两种或多种；

所述橡胶为丁苯橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶中的一种、两种或多种；

所述塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯中的一种、两种或多种。

优选的是，所述的新型纳米晶复合材料的制备工艺中，所述胶粘剂为聚酯类胶粘剂、丙烯酸类胶粘剂、环氧类胶粘剂、改性环氧类胶粘剂、聚酰亚胺类胶粘剂以及酚醛-缩丁醛类胶粘剂。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明所述的新型纳米晶复合材料满足超薄化、宽频化的整体要求，可同时兼顾WPC、MST、NFC等频段，可作为吸波材料用在电子材料领域，且具有分散性能好、吸波性能强以及质量稳定可控的优点。

2、本发明所述的新型纳米晶复合材料的制备工艺中通过调节铁基纳米晶软磁合金和软磁合金的颗粒度、配比浓度以及涂覆厚度，可以得到厚度可控以及可同时应用在几个频段的吸波材料，且该制备工艺简单易行、灵活性高、操作方式多种多样、灵活性大的优点。

3、本发明所述的新型纳米晶复合材料的制备工艺制备的纳米晶复合材料具有柔性化的优点，便于后续的加工和使用，且制备的纳米晶复合材料均匀性好、性能稳定。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例中所述的新型纳米晶复合材料中双层纳米晶复合材料的结构示意图；

图2为本发明其中一个实施例中所述的新型纳米晶复合材料中多层纳米晶复合材料的结构示意图；

图3为本发明其中一个实施例中所述的新型纳米晶复合材料中双层纳米晶复合材料的结构示意图；

图4为本发明其中一个实施例中所述的新型纳米晶复合材料中多层纳米晶复合材料的结构示意图；

图5为本发明其中一个实施例中所述的新型纳米晶复合材料中吸波材基材的磁导磁损-频率曲线；

图6为本发明其中一个实施例中所述的新型纳米晶复合材料中纳米晶带材的磁导磁损-频率曲线；

图7为本发明其中一个实施例中所述的新型纳米晶复合材料中将吸波材基材和纳米晶带材贴合后的双层纳米晶复合材料的磁导磁损-频率曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明其中一个实施例中提供了一种新型纳米晶复合材料，所述纳米晶复合材料是通过将不同粒度的铁基纳米晶软磁合金和/或不同粒度的软磁合金经钝化、偶联以及绝缘包覆处理后涂覆在PET基材、纳米晶带材或吸波材基材上制成；

或者通过将不同粒度的铁基纳米晶软磁合金和/或不同粒度的软磁合金经钝化、偶联以及绝缘包覆处理后贴合在纳米晶带材和吸波材基材上制成。

本发明还提供了一种新型纳米晶复合材料的制备工艺，具体为：

实施例一：

1、基础材料制备及处理：

1.1粉末筛分

选取铁基纳米晶软磁合金，牌号为：1k107，成分为Fe_72.7Cu₁Nb₃Si₁₄₅B₈Co_0.2Ni_0.3P_0.3(原子比)，通过拍击式震动筛进行粉末分级，得到不同目数的粉末，如-10～+30目、-40～+70目、-80～+100目、-200～+300目、-300～+400目、-400～+600目；-600～+800目；-800～+1000目、-1000～+1200目、-1200～+1400目、-1400～+1600目、-1600～+1800目，直到-2800～+3000目等；

选取软磁合金，所述软磁合金为Fe₈₅Si₉Al₆，通过拍击式震动筛进行粉末分级，得到不同目数的粉末。

1.2混粉

选取不同粒度的铁基纳米晶软磁合金粉末，按照一定的比例在混分设备中进行充分混合，得到铁基纳米晶软磁合金粉末集合体，该实施例中选取20-40wt％的-10～+30目的粗粉，30-50％的-100～+200目的中等粉末、和10-50wt％的-600～+800目的细粉，进行充分的混合；

选取不同粒度的软磁合金粉末，按照一定的比例在混合设备中进行混合，得到软磁合金粉末集合体，该实施例中选取10-20wt％的-50～+80目的粗粉，40-60％的-200～+400目的中等粉末、和20-50wt％的-1200～+1400目的细粉，进行充分的混合。

1.3粉体表面处理

对混合好的两种粉末集合体分别进行表面处理，使得表面得到充分的绝缘，采用钝化剂、偶联剂、绝缘剂等进行处理：

钝化步骤为：将铁基纳米晶软磁合金粉末集合体以及软磁合金粉末集合体分别加入到6wt％的磷酸液中，搅拌均匀直至干燥；

偶联处理步骤为：将铁基纳米晶软磁合金粉末集合体以及软磁合金粉末集合体分别加入到9wt％偶联剂中，搅拌均匀直至干燥；

绝缘包覆处理步骤为：在铁基纳米晶软磁合金粉末集合体以及软磁合金粉末集合体中分别加入含量4wt％的绝缘剂，绝缘剂为无机氧化物、碳化物和氮化物的混合物，其中无机氧化物选择SiO₂、Al₂O₃和TiO₂；碳化物选择AlC和TiC中；所述氮化物选择AlN。

1.4胶体混合

把绝缘处理后的铁基纳米晶软磁合金粉末集合体与含量5wt％的分散剂—聚丙烯酰胺，与30wt％的环氧树脂和丁苯橡胶粘结剂，按照配入比例在搅拌机中进行充分混合，搅拌均匀，得到纳米晶胶体；

把绝缘处理后的软磁合金粉末集合体与含量5wt％的分散剂—聚丙烯酰胺，与35wt％的环氧树脂和丁苯橡胶粘结剂，按照配入比例在搅拌机中进行充分混合，搅拌均匀，得到软磁材料胶体。

2.纳米晶复合材料的制备

将软磁材料胶体加入涂覆机中进行涂覆，涂覆基材选用75微米的PET薄膜，得到40μm厚度的磁片，之后送到热压减薄设备中进行热压减薄至20μm；

选用以上涂覆磁片为基材，以同样的涂覆工艺，将纳米晶胶体涂覆在磁片表面，总厚度60μm，之后在热压减薄设备中进行减薄至40μm，如图1所示，1为软磁合金涂覆在PET基材上形成的吸波材层，2为纳米晶胶体形成的纳米胶层；

再以此磁片为基材，用相同的涂覆工艺，将软磁材料胶体涂覆在纳米晶层表面，得到中间为纳米晶，两侧为软磁材料的复合吸波磁片，总厚度70μm，之后进行热压减薄处理，得到55μm的纳米晶复合吸波材料磁片；如图2所示，1为软磁合金涂覆在PET基材上形成的吸波材层，2为纳米晶胶体形成的纳米胶层；

将纳米晶复合磁片送到分切机中进行分切，得到预计规格的磁片。对复合磁片进行性能测试，包括磁导率、磁损耗等参数。如表1所示。

表1

实施例二、

1、基础材料制备及处理：

1.1粉末筛分

选取铁基纳米晶软磁合金，牌号为：1k107，成分为Fe_72.7Cu₁Nb₃Si₁₄₅B₈Co_0.2Ni_0.3P_0.3(原子比)，通过拍击式震动筛进行粉末分级，得到不同目数的粉末，如-10～+30目、-40～+70目、-80～+100目、-200～+300目、-300～+400目、-400～+600目；-600～+800目；-800～+1000目、-1000～+1200目、-1200～+1400目、-1400～+1600目、-1600～+1800目，直到-2800～+3000目等。

1.2混粉

选取不同目数纳米晶的粉末，按照一定的比例在混粉设备中进行混合，得到特定的粉末集合体，本实验中，选取20-40wt％的-10～+30目的粗粉，30-50％的-100～+200目的中等粉末、和10-50wt％的-600～+800目的细粉，进行充分的混合。

1.3粉体表面处理

对混合好的粉末集合体分别进行表面处理，使得表面得到充分的绝缘，采用钝化剂、偶联剂、绝缘剂等进行处理：

钝化步骤为：将铁基纳米晶软磁合金粉末集合体加入到6wt％的磷酸液中，搅拌均匀直至干燥；

偶联处理步骤为：将铁基纳米晶软磁合金粉末集合体加入到9wt％偶联剂中，搅拌均匀直至干燥；

绝缘包覆处理步骤为：在铁基纳米晶软磁合金粉末集合体加入含量4wt％的绝缘剂，绝缘剂为无机氧化物、碳化物和氮化物的混合物，其中无机氧化物选择SiO₂、Al₂O₃和TiO₂；碳化物选择AlC和TiC中；所述氮化物选择AlN。

1.4胶体混合

把绝缘处理后的铁基纳米晶软磁合金粉末集合体与含量5wt％的分散剂—聚丙烯酰胺，与30wt％的环氧树脂和丁苯橡胶粘结剂，按照配入比例在搅拌机中进行充分混合，搅拌均匀，得到纳米晶胶体。

2.纳米晶复合材料的制备

选用涂覆工艺，将纳米晶胶体涂覆在40μm的吸波材基材表面，涂覆纳米晶胶体厚度60μm，总厚度100μm，之后在热压减薄设备中进行减薄至70μm，即得到厚度为70μm的纳米晶复合材料-吸波材料磁片。

将所述磁片送到分切机中进行分切，得到预计规格的磁片。

对复合磁片进行性能测试，包括磁导率、磁损耗等参数。如表2所示：

表2

实施例三、

挑选100mm×200mm大小的纳米晶带材基材(厚度20μm，磁导率265(@13.56MHz)和同尺寸吸波材基材(厚度80μm，磁导率140(@13.56MHz)以及同尺寸5μm的双面胶，将样品一起整齐地放置于工作台面上。

打开背胶压合机电源，并调整压合滚筒的压力和速度，至背胶后产品无气泡。

取一张吸波材基材清洁其表面后，吸波材基材背胶面朝上置于压合衬板上；然后撕起双面胶的一端离型纸，左手拿住撕开离型纸的一端，略向上倾斜，右手先将未撕离型纸的那端对准吸波材基材的基准线，再慢慢将右手上移，直到最上面的两个角对准，并将离型纸撕起的部分贴到产品上。确认对位无偏移后，过滚筒压合。左手轻轻抓住产品边缘，右手将剩余的离型纸撕掉。作业过程中，需自检是否有杂质、气泡、缺料等不良。

将上序产品中的双面胶的另一面离型膜撕起一端折好，将纳米晶带材自未撕离型纸的那端对准吸波材基材的基准线，再慢慢上移，直到最上端的两个角对准，则上端纳米晶带材黏贴在双面胶上，将离型纸撕去。

将背胶压合机升温至80℃，并调整压合滚筒的压力和速度，至背胶后产品无气泡，然后将上序产品经背胶机压合既得双层复合纳米晶吸波材料。

将吸波材基材和纳米晶带材用胶粘剂粘结贴合在一起即得双层复合纳米晶吸波材料，在上序双层复合纳米晶吸波材料的基础上使用胶粘剂贴合吸波材或纳米晶，即可制备不同层数和性能的复合纳米晶吸波材材料(结构见图4)。这些吸波材料可以应用在不同的频率范围，来满足射频领域的EMI需求。

如3为双层纳米晶复合材料的结构示意图，4表示吸波材基材，5表示纳米晶带材，3表示胶粘剂层；图4为多层纳米晶复合材料的结构示意图，1表示软磁材料胶体形成的吸波材层，2表示纳米晶胶体形成的纳米胶层，3表示胶粘剂层。

对吸波材基材和纳米晶带材及复合材料进行阻抗测试，其测试图形见图5，图6及图7。各图中的下行为磁导曲线，上行为磁损曲线。性能测试中的主要测试数据包括磁导率、磁损耗等参数见表三。

表三

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。