专利名称：一种电磁波吸收材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可吸收电磁波的材料，以及由这种材料制备的一种可吸收电磁波 的复合材料，本发明同时提供这些材料的制备方法。更确切讲本发明的是一种可吸收频率 高于IG的电磁波的材料。本发明的材料是一种2 14 1相稀土铁硼合金；本发明的复 合材料是指以前述电磁波吸收材料与粘结材料取向制成的具有更高电磁波吸收性能的复 合材料。
背景技术：
随着科学技术以及通讯技术的发展，计算机，手机，磁盘等已经广泛应用于信息的 产生和传输过程，但是这种电磁波材料的广泛应用带来了日益严重的电磁辐射和电磁干扰 问题。克服电磁波干扰的有效方法是采用电磁波吸收材料。中国发明专利申请200710049468. X公开的稀土参杂的以α -Fe为主的稀土铁基 吸波材 另夕卜，“Broadband and thin microwave absorber of nickel-zinc ferrite/ carbonyl iron，，(Journal of Alloys and Compounds 487 (2009) 708-711)(以下简称文 献1)公开了铁氧体和金属颗粒的吸波复合材料；“D印endence ofMicrowave Absorbing Property on Ferrite Volume Fraction in MnZn Ferrite-RubberComposites，，(D. Y. Kim, Y. C. Chung, T. W. Kang, and H.C.Kim IEEETRANSACTIONS 0NMAGNETICS, VOL 32， NO 2，MARCH 1996)(以下简称文献2)公开了铁氧体的电磁波吸波材料；Gigahertz range electromagnetic waveabsorbers made of amorphous-carbon-based magnetic nanocomposites(Jiu Rong Liu, Masahiro Itoh, Takashi Horikawa, and Ken-ichi Machida JOURNAL OF APPLIEDPHYSICS 98,054305_2005)(以下简称文献 3)公开了铁和碳 构成的复合材料的吸波性质。现有技术存在的一个共同不足是材料的匹配厚度较大，例如中国专利申请 200710049468. X公开的材料在3GHz左右的匹配厚度约为4mm左右，而在2GHz的对应厚 度将大于7mm(参见该专利附图的内容)；而文献1的材料在频率3GHz时，对应的厚度为 3. 5 4mm ；文献2的材料在频率小于8GHz时对应的厚度都超过了 4mm ；文献3的材料在频 率为3GHz时对应的厚度为4mm，而在频率为2GHz时，其厚度将达到6mm左右。由于现有技 术的材料匹配厚度较大，使其应用受到限制，在一些特殊的应用领域甚至完全无法使用。钕铁硼材料自上世纪问世以来，得到广泛的应用，但在现已公开的技术领域中这 类材料属于硬磁材料，如中国专利02132613. 4公开的材料。
发明内容
本发明在于提供一种能克服现有技术不足，优于现有技术，适用频率为IG至 100G，在较现有技术更薄的厚度条件下有更强的电磁波吸收性能的电磁波吸收材料，特别 是在材料厚度较薄的条件下对频率为IG以上的电磁波有更强吸收作用的材料；本发明同 时提供这种材料的制备工艺，以及用这种材料制备出其吸波效果更好的复合材料的方法。
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本发明的电磁波吸收材料通式为R2Fe14B,通式中R是Sm和Nd两种稀土元素以 NdhSmx(C). 3彡χ彡1)比例组合，且R2Fe14B材料的易磁化方向与C轴不平行。需特别说明 的是如果成份满足前述通式，但其易磁化方向与C轴平行，这类的材料即为典型的硬磁材 料，而这类材料不适合作为吸收电磁波的材料。本发明最佳的电磁波吸收材料的化学式为(Nda66Sma34)2Fe14B,或者 (Nd0.54Sm0.46) 2Fe14B。本发明的电磁波吸收材料制备方法是将稀土元素、铁和硼铁熔炼成合金，再将合 金高温充分进行均勻化处理，再将合金粉碎研磨成细小的颗粒后进行球磨处理，得到金属 粉末。本发明的材料制备中，在球磨时可加入合金质量 5%的酞酸酯偶联剂和用 于稀释偶联剂的溶剂异丙醇，并使偶联剂充分与合金表面接触。采用这一措施可以使偶联 剂包覆于材料的表面，以减少材料氧化，使其保持2 14 1相。采用本发明前述的电磁波吸收材料可制备出具有更好电磁波吸收性能的复合材 料，这种复合材料的制备方法是将所述的材料放入未固化的粘结材料中，经充分混合均勻 后再放入非磁性材料制作的模具内，将模具置于磁场中，同时使模具在磁场中旋转，如此对 材料进行取向处理直到粘结材料固化，这里所述的粘结材料为树脂或石腊，或聚乙烯，或聚 丙烯等高分子材料。前述的复合材料制备中，其取向处理时磁场为10_4 10T，模具旋转速度为1 200转/分。本发明推荐制备复合材料时所用的粘材料为热固化环氧树脂。经相关的试验研究表明，本发明的电磁波吸收材料和由该材料制备的复合材料在 薄的材料厚度条件下，如在2 3mm，具有优于现有技术的电磁波性能，能满足强吸收的要 求，本发明的材料是一种性能优良的新型的吸波材料，可用于屏蔽电磁辐射和消除电磁干 扰，也可满足现代仪器对小型化、集成化和高效率的要求。
附图1为本发明实例1材料取向前后XRD衍射谱图。附图2为本发明实例1的材料用石蜡为粘结剂制备的复合材料的电磁波吸收谱 图，其中 曲线为未经取向处理的复合材料的吸收曲线，■曲线为经取向处理后的复合材 料的吸收曲线。图中的2mm和2. 5mm分别是指被测样品反射损耗对应的材料的厚度值为2 毫米和2. 5毫米。附图3为本发明实例1材料用热固化环氧树脂为粘结剂制备的复合材料的电磁波 吸收谱图，图中的2和2. 5分别是指被测样品反射损耗对应的材料的厚度值为2毫米和2. 5毫米。附图4为本发明实例2材料取向前后XRD衍射谱图。附图5为本发明实例2的材料用石蜡为粘结剂制备的复合材料的电磁波吸收谱 图，其中 曲线为未经取向处理的复合材料的吸收曲线，■曲线为经取向处理后的复合材 料的吸收曲线。图中的2mm和2. 5mm分别是指被反射损耗对应的材料的厚度值为2毫米和 2. 5毫米。
附图6为本发明实例2的材料用热固环氧树脂为粘结剂制备的复合材料的电磁波 吸收谱图，图中的2mm和2. 5mm分别是指被测样品反射损耗对应的材料的厚度值为2毫米 和2. 5毫米。
具体实施例方式本发明的具体实施方式
是a.先将稀土元素和铁，以及硼铁在惰性气体保护下熔炼成合金，再对合金在真空 下退火一周，然后在保护剂保护下粉碎成粉末。b.将制备的稀土过渡族金属间化合物粉末与体积比为1 9 9 1的未固化的 粘结材料混合均勻后放入非磁性材料制作的模具内，置于10_4 ιοτ(特斯拉)的磁场中， 同时模具在磁场中以1 200转/分的转速进行旋转，直到粘结材料固化。本发明优选的材料制备方法是模具放置于10_4 IOT (特斯拉)的磁场，模具旋转 速度为1 200转/分。以下是本发明的两个最佳实施例实施例1称取1. 837g钕、1. 128g钐，6. 789g铁，以及0. 510g硼铁，在氩气保护下熔炼成铸 锭。在1000°c下的真空石英管中退火一周。将退过火的铸锭用玛瑙研钵研磨成大约70微 米的颗粒，然后将颗粒用行星式球磨机加入IOOml异丙醇和0. 2ml酞酸酯偶联剂湿磨，球料 比为20 1，球磨速度为200转/分钟，采用正反转球磨的方式，时间间隔1小时，球磨总时 间设定为8小时，最后将样品烘干，得到(Nda66Sm0.34) 2Fe14B材料。然后将样品分3种情况复 合(1)与正己烷稀释了的石蜡以体积比为35 65混合均勻，烘干后将其置入模具(内径 为3. 04mm，外径为7. OOmm)内，在IMpa压强下压制成型，然后取出测试。(2)与正己烷稀释 了的石蜡以体积比为35 65混合均勻，烘干后将其置入非磁性材料制备的模具(内径为 3. 04mm，外径为7. OOmm)内，将模具置于烘箱中90°C保温15分钟，使石蜡融化，然后将将模 具放入磁场内旋转取向，磁场大小为0. 8 1. 2T (特斯拉)，旋转的速度约为120转/分，持 续20分钟使样品完全凝固，然后取出测试。(3)与丙酮稀释了的环氧以体积比为35 65 混合均勻，烘干后压成内径为3. 04mm，外径为7. 00mm，厚度为2_3mm环状样品，然后将样品 放入真空干燥箱140°C固化1小时，然后进行测试。其X射线衍射谱图列于图1，电磁波吸 收性能见图2和图3。由图1可知本实施例1所得这种材料是纯的2 14 1相样品。经过多次取向， 结果一样，出现了很明显的(214)，(105)，(410)，(314)，(006)衍射峰，别的衍射峰基本消 失，可知本实施例1所得材料在常温下具有非平面各向异性以及非轴各向异性的特点，我 们认为它是介于轴和面之间的一种锥各向异性。由图2可知材料与石蜡复合后，在没有取向的情况下，在2 4GHz，厚度在 2-2. 5mm,反射损耗能达到_5dB左右，而经过取向以后，在4_5GHz，厚度在2_2. 5mm,最小反 射吸收值可以达到_30dB。可以看出在被测样品的厚度基本保持不变的情况下，经取向处理 后能大大提高最大反射损耗值。由图3可知材料与热固化环氧树脂复合得到的复合材料，最小反射吸收在2 2. 5 毫米能达到_25dB。因此本发明推荐采用热固化环氧树脂为粘接剂，这样可在被测样品厚度基本保持不变的情况下，大大提高反射损耗值。另一方面，如对材料再进行取向处理可以得 到吸波性能更好的复合材料。实施例2称取1.393 g钕、1.659 g钐，6. 781 g铁，以及0.509 g硼铁，在氩气保护下熔炼 成铸锭。在1000°c下的真空石英管中退火一周。将退过火的铸锭用玛瑙研钵研磨成大约 70微米的颗粒，然后将颗粒用行星式球磨机加入100 ml异丙醇和0. 2 ml酞酸酯偶联剂湿 磨，球料比为20 1，球磨速度为200转/分钟，采用正反转球磨的方式，时间间隔1小时， 球磨总时间设定为8小时，最后将样品烘干，得到(Nda54Sma46)2Fe14B材料。然后将样品分3 种情况复合(1)与正己烷稀释了的石蜡以体积比为35 65混合均勻，烘干后将其置入模 具(内径为3. 04mm，外径为7. 00 mm)内，在1 Mpa压强下压制成型，然后取出测试。(2)与 正己烷稀释了的石蜡以体积比为35 65混合均勻，烘干后将其置入非磁性材料制备的模 具(内径为3. 04 mm，外径为7. 00 mm)内，将模具置于烘箱中90°C保温15分钟，使石蜡融 化，然后将将模具放入磁场内旋转取向，磁场大小为0. 8 1. 2T(特斯拉)，旋转的速度约为 120转/分，持续20分钟使样品完全凝固，然后取出测试。(3)与丙酮稀释了的环氧以体积 比为35 65混合均勻，烘干后压成内径为3. 04 mm，外径为7. 00 mm，厚度为2_3mm环状样 品，然后将样品放入真空干燥箱140°C固化1小时，然后进行测试。其X射线衍射谱图列于 图4，电磁波吸收性能见图5和图6。由图4可知本实施例1所得这种材料是纯的2 1 4 1相样品。经过取向，出 现了很明显的(004)，(105)，(006)，(008)，(0010)衍射峰，别的衍射峰基本消失，可知本实 施例2所得材料在常温下具有平面各向异性的特点。由图5可知材料与石蜡复合后，在没有取向的情况下，在频率为1 2GHz，厚度在 2-2. 5毫米，反射损耗在_3dB左右，而经过取向以后，在5-7GHz，厚度在2-2. 5毫米，最小反 射吸收值可以达到_25dB。可以看出在厚度基本保持不变的情况下，取向能提高最大反射损 耗值。由图6可知材料与热固化环氧树脂复合得到的复合材料，最小反射吸收在2 2. 5 毫米能达到_30dB。因此本发明推荐采用热固化环氧树脂为粘接剂，这样可在被测样品厚度 基本保持不变的情况下，大大提高反射损耗值。另一方面，如对材料再进行取向处理可以得 到吸波性能更好的复合材料。
权利要求
一种电磁波吸收材料，其特征是材料的通式为R2Fe14B，通式中R是Sm和Nd两种稀土元素以Nd1 xSmx比例组合，其中0.3≤x≤1，且R2Fe14B材料的易磁化方向与C轴不平行。
2.权利要求1所述的电磁波吸收材料，其化学式为(Nda66Sma34)2Fe1A
3.权利要求1所述的电磁波吸收材料，其化学式为(Nda54Sma46)2Fei4B。
4.根据权利要求1至3所述的任一电磁波吸收材料的制备方法，其特征是将稀土元素、 铁和硼铁熔炼成合金，再将合金高温充分进行均勻化处理，再将合金粉碎研磨成细小的颗 粒后进行球磨处理，得到金属粉末。
5.根据权利要求4制备方法，其特征是在球磨时加入合金质量1% 5 %的酞酸酯偶联 剂和用于稀释偶联剂的溶剂异丙醇，并使偶联剂充分与合金表面接触。
6.用权利要求1所述的电磁波吸收材料制备复合材料的方法，其特征是将所述的材料 放入未固化的粘结材料中，经充分混合均勻后再放入非磁性材料制作的模具内，将模具置 于磁场中，同时使模具在磁场中旋转，如此对材料进行取向处理直到粘结材料固化，这里所 述的粘结材料为树脂或石腊，或聚乙烯，或聚丙烯等高分子材料。
7.权利要求6所述的方法，其特征是取向处理时磁场为10_4 10T，模具旋转速度为 1 200转/分。
8.权利要求6或7所述的复合材料制备方法，其特征是所用的粘结材料为热固化环氧 树脂。
全文摘要
本发明涉及一种可在1G至100G范围内更有效地吸收电磁波的材料，材料的通式为R2Fe14B，其中R是Sm和Nd两种稀土元素以Nd1-xSmx比例组合，其中0.3≤x≤1，且材料的易磁化方向与C轴不平行的电磁波吸波材料，以及用这种材料制备一种具有更佳性能的电磁波吸收复合材料的方法。本发明的复合材料的制备方法是将所述的材料放入未固化的粘结材料中，经充分混合均匀后再放入非磁性材料制作的模具内，将模具置于磁场中进行取向处理。
文档编号H05K9/00GK101914722SQ20101023080
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者伊海波, 刘忻, 左文亮, 李发伸 申请人:兰州大学