專利名稱：稀土鐵氮高頻軟磁材料及其復合材料和制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高頻軟磁材料，由這種材料制備的復合材料，以及這種材料和這種材 料制備復合材料的制備方法。本發(fā)明的高頻軟磁材料是一種含有稀土和氮的鐵基合金；所 述的復合材料是指以前述高頻軟磁材料與粘結材料制成的具有高頻軟磁特征的復合材料。
背景技術：
現(xiàn)有技術中的高頻軟磁材料多為鐵氧體材料，如中國發(fā)明專利01120531. 8所公 開的內(nèi)容?，F(xiàn)有技術中也有采用稀土鐵基軟磁金屬玻璃的，如中發(fā)明專利02104348. 5所 公開的內(nèi)容；中國發(fā)明專利99124006. 5公開了在Fe-Co-Ni合金系內(nèi)，選擇a-Y相界 線附近的化學成分，并添加適量合金元素Nb和稀土，真空冶煉、澆鑄成型后采用兩次熱處 理的方法，得到以a相為主晶相，并含適量Y相的雙鐵磁性相軟磁合金；中國發(fā)明專利 99801411. 7公開了一種軟磁鐵-鎳-合金，其具有35至65重量％的鎳和一種或多種稀土 金屬鈰、鑭、鐠、釹以及熔化條件下的夾雜，其中，稀土金屬的總量是0. 003至0. 05重量％ ; 中國發(fā)明專利98103995. 2公開的電磁屏蔽和磁屏蔽用的軟磁合金粉末的基本組成(重 量％ )是，Cr :0. 5-20%， Si :0. 001-0. 5%， Al :0. 01-20X，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)， 其制備方法是在磨碎機中扁平化，以30重量％以上的含量添加在基體材料中，含量最好盡 可能地高，并處理形成片和模制品；中國發(fā)明專利申請200710047207. 4公開一種制備高頻 用含氧軟磁薄帶的方法，其特征在于，包括如下步驟A.采用中頻感應加熱法制備F MyBmOn 母合金，其中M選自Zr、 Nb、 Ti、 V、 Cr中的一種，55《x《65， 10《y《20， 5《m《10， 10《n《30 ;B.將母合金切割成塊狀，封裝入套有石英玻璃管的氧化鋯坩堝內(nèi)，進行真空 處理；C.使用中頻感應加熱石英管中的母合金，待合金熔融完全后，向石英管中通入氬氣， 采用單輥熔體旋冷的方法噴制F MyBmOn薄帶；D.對薄帶進行去應力退火處理；中國發(fā)明專 利申請200710156841. 1公開的軟磁磁粉及其制造方法，包括由Fe基、Fe-Si基、Fe-B基、 Fe-Si-B基、Fe-Al-B基中的一種或多種構成的主相和鑲嵌于主相中的由Fe、 C、 Cu、 Nb、 Zr、 Hf中的一種或多種構成的非晶相組成的納米晶粉末。 近年來，由于科學技術的進步和信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，計算機，手機，和網(wǎng)絡等設 備(系統(tǒng))已廣泛應用于信息的產(chǎn)生、傳輸、接收、存儲等處理過程，而這些設備在使用時會 產(chǎn)生電磁干擾以及電磁輻射。為了有效地減少和消除電磁干擾及電磁輻射，需要材料有較 高的復數(shù)磁導率。而目前廣泛使用的鐵氧體材料有頻帶狹窄，密度大，在高頻復數(shù)磁導率低 等缺點。雖然金屬軟磁材料由于具有高的傳導系數(shù)和在電磁波中容易因渦流損耗而導致高 頻軟磁性能降低，不利于在高頻得到高的復數(shù)磁導率，而且這方面的材料相對較少，特別是 在現(xiàn)階段可適用于1G甚至更高工作頻率的軟磁材料更少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供一種新型的能在高頻(> lGHz)保持高的磁導率以及寬的共振頻 率，同時可實現(xiàn)大范圍頻段內(nèi)的電磁屏蔽和降低信號噪聲的高頻軟磁材料，以及這種材料的制備工藝，本發(fā)明同時提供用這種材料制備復合材料的方法。 本發(fā)明的材料是一種由稀土元素與鐵、氮構成的材料，本發(fā)明的這種材料的通式 為R2Fe17N3—s，且材料的易磁化方向與C軸垂直，其通式中R為稀土元素中的Y、 Ce、 Pr、 Gd、 Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu中的任一種或任兩種的任意組合，O《S《0.5。
作為本發(fā)明材料的另一個實施例，其化學式為Pr2Fe17N3—s。
優(yōu)選地，本發(fā)明的材料的化學式為Ce2Fe17N3—s 。 本發(fā)明的材料的制備方法是先將含有10 30重量％的稀土元素和70 90重 量％的鐵熔煉成鐵基合金，然后將其粉碎成小顆粒后再研磨成粉末，然后再進行氮化處理。
在本發(fā)明的材料制備方法中氮化處理的溫度為250 55(TC有最佳的效果。
采用本發(fā)明的材料制備的高頻軟磁復合材料的方法是將本發(fā)明的任一材料放入 未固化的粘結材料中，經(jīng)充分混合均勻后再放入非磁性材料制作的模具內(nèi)，將模具置于的 磁場中，同時使模具在磁場中旋轉(zhuǎn)，如此對材料進行取向處理直到粘結材料固化，這里所述 的粘結材料為樹脂或石臘，或聚乙烯，或聚丙烯等高分子材料。 優(yōu)選的本發(fā)明的高頻軟磁復合材料制備方法是在取向處理時，使磁場為10—4 IOT，模具旋轉(zhuǎn)速度為1 200轉(zhuǎn)/分。 相關的實驗研究表明，本發(fā)明的高頻軟磁材料可在高頻(> lGHz)保持高的復數(shù) 磁導率以及寬的共振頻率，因此是一種優(yōu)良的高頻軟磁材料，既可用作高頻通訊器材的發(fā) 射天線，也可用于屏蔽和消除電磁干擾，滿足現(xiàn)代儀器對小型化、集成化和高效率的要求。 用本發(fā)明的材料制備并處理過的復合材料其性能更優(yōu)于原始的材料，特別是經(jīng)取向處理后 的制品在高頻(> lGHz)條件下有更高的磁導率以及更寬的共振頻率，更有利于用作電磁 屏蔽和消除電磁干擾，并具有強烈吸收微波，產(chǎn)生隱身效果的作用，可滿足現(xiàn)代技術的要 求，可廣泛用于儀器、儀表、通訊等領域。


附圖1為本發(fā)明實例1材料取向前后XRD衍射譜圖。
附圖2為本發(fā)明實例1材料取向前后復數(shù)導磁率與頻率關系圖 捷倫E8363B矢量網(wǎng)絡分析儀中測量。 附圖3為本發(fā)明實例2材料取向前后XRD衍射譜圖
附圖4為本發(fā)明實例2材料取向前后復數(shù)導磁率與頻率關系圖 捷倫E8363B矢量網(wǎng)絡分析儀中測量。
具體實施例方式
以下是本發(fā)明的實施例。
本發(fā)明的材料是用下述方法制備的先將稀土元素和鐵在惰性氣體保護下熔煉成 合金，所用的稀土元素R可以是Y、 Ce、 Pr、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Lu的任一種，也可以是Y、 Ce、 Pr 、 Gd、 Tb、 Dy 、 Ho、 Er 、 Tm、 Lu元素中的任兩種的任意組合，再對合金進行退火處理，然后 將合金研磨為顆粒，再對合金粉末進行氮化處理，得到所需要的化學通式為R2Fe17N3—s的材 料，其中0《S《0.5;研究還發(fā)現(xiàn)，所制備的材料要滿足本發(fā)明使用要求，其材料的易磁 化方向與C軸垂直，同時滿足這兩個條件時(既化學通式為R2Fe17N3—s ，且材料的易磁化方
，測試樣品是在安 ，測試樣品是在安向與C軸垂直)材料才可具有好的高頻軟磁特性。 將按上述方法得到的材料再制備成復合材料，并對復合材料進行取向處理可充分 體現(xiàn)本發(fā)明材料的優(yōu)點，獲得最佳的高頻軟磁特性。
以下是本發(fā)明的最佳實施例
實施例1 (高頻軟磁材料的制備) 稱取2. 43g鐠和7. 71g鐵，在氬氣保護下熔煉成鑄錠。在IOO(TC下的真空石英管 中退火一周。將退過火的鑄錠用瑪瑙研缽研磨成大約70微米的顆粒，然后將顆粒用行星式 球磨機加入100ml異丙醇和O. 2ml酞酸酯偶聯(lián)劑濕磨，球料比為20 : 1，球磨速度200r/ min，球磨時間設定為8h，最后將樣品烘干，在48(TC下氮化2h，得到Pr2Fe17N3—s材料。按與 實施例1相同的方法壓制成測試樣品進行測試，其測試結果參見附圖3和附圖4。
由圖1可知，本實施例所得這種材料基本是加有少量a -Fe的Pr2Fe17N3—s樣品。由 圖4可知材料在高頻(大約11G赫茲)有明顯的共振峰，且初始磁導率為3.3。
實施例2 (復合材料制備) 將實施例I得到的氮化物加入到質(zhì)量比為IOO : 1的用異丙醇稀釋的鈦酸酯偶聯(lián) 劑中，攪拌超聲30分鐘，烘干。超聲后將樣品與正己烷稀釋了的石蠟以體積比為35 : 65 混合均勻，在混合物處于膠狀時，將其置入非磁性材料制備的模具(內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為 7. 00mm)內(nèi)，將模具放入磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn)取向，磁場大小為0. 8 1. 2T (特斯拉)，旋轉(zhuǎn)的速度約 為120轉(zhuǎn)/分，持續(xù)約30分鐘后，將模具置于烘箱中將樣品烘干，最后在14(TC下固化，得到 內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. OOmm，厚度為2-3mm環(huán)狀測試樣品。樣品測試結果參見附圖1和 附圖2。 由圖1可知，經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁場取向處理后的復合材料，得到了明顯的(006)峰。從X射 線譜圖可知試驗樣品得到了比較好的取向。由圖2可知由實施例3所得到的材料制備成復 合材料并經(jīng)取向處理后其初始磁導率可以達到取向以后可以達到4. 3，在保證高的初始磁 導率的同時有著高的共振頻率，是一種很好的高頻軟磁磁性材料。
實施例3 (高頻軟磁材料制備) 稱取2.43g鈰和7.71g鐵，在氬氣保護下熔煉成鑄錠。在100(TC下的真空石英管中 退火一周。將退過火的鑄錠用瑪瑙研缽研磨成大約70微米的顆粒，然后將顆粒用行星式球 磨機加入100ml異丙醇和0. 2ml酞酸酯偶聯(lián)劑濕磨，球料比為20 : 1，球磨速度200r/min， 球磨時間設定為8h，最后將樣品烘干，在48(TC下氮化2h，得到Ce2Fe17N3—s材料。將所得材 料加偶聯(lián)劑后與用正己烷稀釋了的石蠟以體積比為35 : 65混合均勻，壓成內(nèi)徑為3.04mm， 外徑為7. OOmm，厚度為2-3mm環(huán)狀樣品進行測試，測試結果見附圖3和附圖4
由圖3可知，本實施例所得這種材料基本是加有少量a -Fe的Ce2Fe17N3—s樣品。由 圖4可知材料在高頻(大約6G赫茲)有明顯的共振峰，且初始磁導率4。 [OOSO] 實施例4 (復合材料制備) 將實施例5所得的氮化物加入到質(zhì)量比為100 : 1的用異丙醇稀釋的鈦酸酯偶聯(lián) 劑中，攪拌超聲30分鐘，烘干。超聲后將樣品與用正己烷稀釋了的石蠟以體積比為35 : 65 混合均勻，在混合物處于膠狀時，將其置入非磁性材料制備的模具(內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為 7. OOmm)內(nèi)，將模具放入磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn)取向，磁場大小為0. 8 1. 2T (特斯拉)，旋轉(zhuǎn)的速度約 為120轉(zhuǎn)/分，持續(xù)約30分鐘后，將模具置于烘箱中將樣品烘干，最后在14(TC下固化，得到內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. OOmm，厚度為2-3mm環(huán)狀樣品。測試結果參見附圖5和附圖6。 由圖5加有少量a -Fe的Ce2Fe17N3—s樣品制備的復合材料在旋轉(zhuǎn)磁場取向處理后，得到了 明顯的(006)峰。從X射線譜圖可知試驗樣品得到了比較好的取向。而且由其所得材料制 備的復合材料經(jīng)取向處理以后初始磁導率可以達到6，在保證高的初始磁導率的同時有著 高的共振頻率，是一種極好的高頻軟磁磁性材料。
權利要求
一種稀土鐵氮高頻軟磁材料，其特征是材料的通式為R2Fe17N3-δ，且材料的易磁化方向與C軸垂直，通式中R為稀土元素中的Y、Ce、Pr、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu中的任一種或任兩種的任意組合，0≤δ≤0.5。
2. 權利要求1所述的稀土鐵氮高頻軟磁材料，其化學式為Pr2Fe17N3—s。
3. 權利要求1所述的稀土鐵氮高頻軟磁材料，其化學式為Ce2Fe17N3—s。
4. 根據(jù)權利要求1至3所述的任一稀土鐵氮高頻軟磁材料的制備方法，其特征是先將 含有10 30重量％的稀土元素和70 90重量％的鐵熔煉成鐵基合金，然后將其粉碎成 細小粉末，再進行氮化處理。
5. 根據(jù)權利要求4所述的稀土鐵氮高頻軟磁材料的制備方法，其特征是將所得的細小 顆粒后再研磨至小于等于5微米的粉末，再將研磨后的粉末在250 55(TC進行氮化處理。
6. 根據(jù)權利要求5所述的稀土鐵氮高頻軟磁材料的制備方法，其特征是在進行研磨 處理時每克粉末加入O. lml的酞酸酯偶聯(lián)劑，再將研磨器皿內(nèi)注滿可溶解酞酸酯偶聯(lián)劑的 醇。
7. 用權利要求1至3所述的任一稀土鐵氮高頻軟磁材料制備高頻軟磁復合材料的方 法，其特征是將所述的材料放入未固化的粘結材料中，經(jīng)充分混合均勻后再放入非磁性材 料制作的模具內(nèi)，將模具置于磁場中，同時使模具在磁場中旋轉(zhuǎn)，如此對材料進行取向處理 直到粘結材料固化，這里所述的粘結材料為樹脂或石臘，或聚乙烯，或聚丙烯等高分子材 料。
8. 權利要求7所述的稀土鐵氮高頻軟磁材料制備高頻軟磁復合材料的方法，其特征是 取向處理時磁場為10—4 IOT，模具旋轉(zhuǎn)速度為1 200轉(zhuǎn)/分。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高頻軟磁材料和由這種材料制備的復合材料，以及這種材料和這種材料制備復合材料的制備方法。本發(fā)明的材料是由稀土元素與鐵、氮構成的材料，本發(fā)明的這種材料的通式為R2Fe17N3-δ，且材料的易磁化方向與C軸垂直，其通式中R為稀土元素中的Y、Ce、Pr、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu中的任一種或任兩種的任意組合，0≤δ≤0.5。
文檔編號C22C38/00GK101699578SQ200910209960
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月25日 優(yōu)先權日2009年10月25日
發(fā)明者伊海波, 劉忻, 左文亮, 李發(fā)伸 申請人:蘭州大學