專利名稱：一種電磁波吸收材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可吸收電磁波的材料，以及由這種材料制備的一種可吸收電磁波 的復(fù)合材料，本發(fā)明同時(shí)提供這些材料的制備方法。更確切講本發(fā)明的是一種可吸收頻率 高于IG的電磁波的材料。本發(fā)明的材料是一種2 14 1相稀土鐵硼合金；本發(fā)明的復(fù) 合材料是指以前述電磁波吸收材料與粘結(jié)材料取向制成的具有更高電磁波吸收性能的復(fù) 合材料。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)以及通訊技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)，手機(jī)，磁盤等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于信息的 產(chǎn)生和傳輸過程，但是這種電磁波材料的廣泛應(yīng)用帶來了日益嚴(yán)重的電磁輻射和電磁干擾 問題。克服電磁波干擾的有效方法是采用電磁波吸收材料。中國發(fā)明專利申請(qǐng)200710049468. X公開的稀土參雜的以α -Fe為主的稀土鐵基 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)(以下簡稱文 獻(xiàn)1)公開了鐵氧體和金屬顆粒的吸波復(fù)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)(以下簡稱文獻(xiàn)2)公開了鐵氧體的電磁波吸波材料；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)(以下簡稱文獻(xiàn) 3)公開了鐵和碳 構(gòu)成的復(fù)合材料的吸波性質(zhì)?，F(xiàn)有技術(shù)存在的一個(gè)共同不足是材料的匹配厚度較大，例如中國專利申請(qǐng) 200710049468. X公開的材料在3GHz左右的匹配厚度約為4mm左右，而在2GHz的對(duì)應(yīng)厚 度將大于7mm(參見該專利附圖的內(nèi)容)；而文獻(xiàn)1的材料在頻率3GHz時(shí)，對(duì)應(yīng)的厚度為 3. 5 4mm ；文獻(xiàn)2的材料在頻率小于8GHz時(shí)對(duì)應(yīng)的厚度都超過了 4mm ；文獻(xiàn)3的材料在頻 率為3GHz時(shí)對(duì)應(yīng)的厚度為4mm，而在頻率為2GHz時(shí)，其厚度將達(dá)到6mm左右。由于現(xiàn)有技 術(shù)的材料匹配厚度較大，使其應(yīng)用受到限制，在一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域甚至完全無法使用。釹鐵硼材料自上世紀(jì)問世以來，得到廣泛的應(yīng)用，但在現(xiàn)已公開的技術(shù)領(lǐng)域中這 類材料屬于硬磁材料，如中國專利02132613. 4公開的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供一種能克服現(xiàn)有技術(shù)不足，優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，適用頻率為IG至 100G，在較現(xiàn)有技術(shù)更薄的厚度條件下有更強(qiáng)的電磁波吸收性能的電磁波吸收材料，特別 是在材料厚度較薄的條件下對(duì)頻率為IG以上的電磁波有更強(qiáng)吸收作用的材料；本發(fā)明同 時(shí)提供這種材料的制備工藝，以及用這種材料制備出其吸波效果更好的復(fù)合材料的方法。
3
本發(fā)明的電磁波吸收材料通式為R2Fe14B,通式中R是Sm和Nd兩種稀土元素以 NdhSmx(C). 3彡χ彡1)比例組合，且R2Fe14B材料的易磁化方向與C軸不平行。需特別說明 的是如果成份滿足前述通式，但其易磁化方向與C軸平行，這類的材料即為典型的硬磁材 料，而這類材料不適合作為吸收電磁波的材料。本發(fā)明最佳的電磁波吸收材料的化學(xué)式為(Nda66Sma34)2Fe14B,或者 (Nd0.54Sm0.46) 2Fe14B。本發(fā)明的電磁波吸收材料制備方法是將稀土元素、鐵和硼鐵熔煉成合金，再將合 金高溫充分進(jìn)行均勻化處理，再將合金粉碎研磨成細(xì)小的顆粒后進(jìn)行球磨處理，得到金屬 粉末。本發(fā)明的材料制備中，在球磨時(shí)可加入合金質(zhì)量 5%的酞酸酯偶聯(lián)劑和用 于稀釋偶聯(lián)劑的溶劑異丙醇，并使偶聯(lián)劑充分與合金表面接觸。采用這一措施可以使偶聯(lián) 劑包覆于材料的表面，以減少材料氧化，使其保持2 14 1相。采用本發(fā)明前述的電磁波吸收材料可制備出具有更好電磁波吸收性能的復(fù)合材 料，這種復(fù)合材料的制備方法是將所述的材料放入未固化的粘結(jié)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(chǎng)中，同時(shí)使模具在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，如此對(duì) 材料進(jìn)行取向處理直到粘結(jié)材料固化，這里所述的粘結(jié)材料為樹脂或石臘，或聚乙烯，或聚 丙烯等高分子材料。前述的復(fù)合材料制備中，其取向處理時(shí)磁場(chǎng)為10_4 10T，模具旋轉(zhuǎn)速度為1 200轉(zhuǎn)/分。本發(fā)明推薦制備復(fù)合材料時(shí)所用的粘材料為熱固化環(huán)氧樹脂。經(jīng)相關(guān)的試驗(yàn)研究表明，本發(fā)明的電磁波吸收材料和由該材料制備的復(fù)合材料在 薄的材料厚度條件下，如在2 3mm，具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的電磁波性能，能滿足強(qiáng)吸收的要 求，本發(fā)明的材料是一種性能優(yōu)良的新型的吸波材料，可用于屏蔽電磁輻射和消除電磁干 擾，也可滿足現(xiàn)代儀器對(duì)小型化、集成化和高效率的要求。


附圖1為本發(fā)明實(shí)例1材料取向前后XRD衍射譜圖。附圖2為本發(fā)明實(shí)例1的材料用石蠟為粘結(jié)劑制備的復(fù)合材料的電磁波吸收譜 圖，其中 曲線為未經(jīng)取向處理的復(fù)合材料的吸收曲線，■曲線為經(jīng)取向處理后的復(fù)合材 料的吸收曲線。圖中的2mm和2. 5mm分別是指被測(cè)樣品反射損耗對(duì)應(yīng)的材料的厚度值為2 毫米和2. 5毫米。附圖3為本發(fā)明實(shí)例1材料用熱固化環(huán)氧樹脂為粘結(jié)劑制備的復(fù)合材料的電磁波 吸收譜圖，圖中的2和2. 5分別是指被測(cè)樣品反射損耗對(duì)應(yīng)的材料的厚度值為2毫米和2. 5毫米。附圖4為本發(fā)明實(shí)例2材料取向前后XRD衍射譜圖。附圖5為本發(fā)明實(shí)例2的材料用石蠟為粘結(jié)劑制備的復(fù)合材料的電磁波吸收譜 圖，其中 曲線為未經(jīng)取向處理的復(fù)合材料的吸收曲線，■曲線為經(jīng)取向處理后的復(fù)合材 料的吸收曲線。圖中的2mm和2. 5mm分別是指被反射損耗對(duì)應(yīng)的材料的厚度值為2毫米和 2. 5毫米。
附圖6為本發(fā)明實(shí)例2的材料用熱固環(huán)氧樹脂為粘結(jié)劑制備的復(fù)合材料的電磁波 吸收譜圖，圖中的2mm和2. 5mm分別是指被測(cè)樣品反射損耗對(duì)應(yīng)的材料的厚度值為2毫米 和2. 5毫米。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是a.先將稀土元素和鐵，以及硼鐵在惰性氣體保護(hù)下熔煉成合金，再對(duì)合金在真空 下退火一周，然后在保護(hù)劑保護(hù)下粉碎成粉末。b.將制備的稀土過渡族金屬間化合物粉末與體積比為1 9 9 1的未固化的 粘結(jié)材料混合均勻后放入非磁性材料制作的模具內(nèi)，置于10_4 ιοτ(特斯拉)的磁場(chǎng)中， 同時(shí)模具在磁場(chǎng)中以1 200轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，直到粘結(jié)材料固化。本發(fā)明優(yōu)選的材料制備方法是模具放置于10_4 IOT (特斯拉)的磁場(chǎng)，模具旋轉(zhuǎn) 速度為1 200轉(zhuǎn)/分。以下是本發(fā)明的兩個(gè)最佳實(shí)施例實(shí)施例1稱取1. 837g釹、1. 128g釤，6. 789g鐵，以及0. 510g硼鐵，在氬氣保護(hù)下熔煉成鑄 錠。在1000°c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(jī)加入IOOml異丙醇和0. 2ml酞酸酯偶聯(lián)劑濕磨，球料 比為20 1，球磨速度為200轉(zhuǎn)/分鐘，采用正反轉(zhuǎn)球磨的方式，時(shí)間間隔1小時(shí)，球磨總時(shí) 間設(shè)定為8小時(shí)，最后將樣品烘干，得到(Nda66Sm0.34) 2Fe14B材料。然后將樣品分3種情況復(fù) 合(1)與正己烷稀釋了的石蠟以體積比為35 65混合均勻，烘干后將其置入模具(內(nèi)徑 為3. 04mm，外徑為7. OOmm)內(nèi)，在IMpa壓強(qiáng)下壓制成型，然后取出測(cè)試。(2)與正己烷稀釋 了的石蠟以體積比為35 65混合均勻，烘干后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)，將模具置于烘箱中90°C保溫15分鐘，使石蠟融化，然后將將模 具放入磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)取向，磁場(chǎng)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)20分鐘使樣品完全凝固，然后取出測(cè)試。(3)與丙酮稀釋了的環(huán)氧以體積比為35 65 混合均勻，烘干后壓成內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. 00mm，厚度為2_3mm環(huán)狀樣品，然后將樣品 放入真空干燥箱140°C固化1小時(shí)，然后進(jìn)行測(cè)試。其X射線衍射譜圖列于圖1，電磁波吸 收性能見圖2和圖3。由圖1可知本實(shí)施例1所得這種材料是純的2 14 1相樣品。經(jīng)過多次取向， 結(jié)果一樣，出現(xiàn)了很明顯的(214)，(105)，(410)，(314)，(006)衍射峰，別的衍射峰基本消 失，可知本實(shí)施例1所得材料在常溫下具有非平面各向異性以及非軸各向異性的特點(diǎn)，我 們認(rèn)為它是介于軸和面之間的一種錐各向異性。由圖2可知材料與石蠟復(fù)合后，在沒有取向的情況下，在2 4GHz，厚度在 2-2. 5mm,反射損耗能達(dá)到_5dB左右，而經(jīng)過取向以后，在4_5GHz，厚度在2_2. 5mm,最小反 射吸收值可以達(dá)到_30dB?？梢钥闯鲈诒粶y(cè)樣品的厚度基本保持不變的情況下，經(jīng)取向處理 后能大大提高最大反射損耗值。由圖3可知材料與熱固化環(huán)氧樹脂復(fù)合得到的復(fù)合材料，最小反射吸收在2 2. 5 毫米能達(dá)到_25dB。因此本發(fā)明推薦采用熱固化環(huán)氧樹脂為粘接劑，這樣可在被測(cè)樣品厚度基本保持不變的情況下，大大提高反射損耗值。另一方面，如對(duì)材料再進(jìn)行取向處理可以得 到吸波性能更好的復(fù)合材料。實(shí)施例2稱取1.393 g釹、1.659 g釤，6. 781 g鐵，以及0.509 g硼鐵，在氬氣保護(hù)下熔煉 成鑄錠。在1000°c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(jī)加入100 ml異丙醇和0. 2 ml酞酸酯偶聯(lián)劑濕 磨，球料比為20 1，球磨速度為200轉(zhuǎn)/分鐘，采用正反轉(zhuǎn)球磨的方式，時(shí)間間隔1小時(shí)， 球磨總時(shí)間設(shè)定為8小時(shí)，最后將樣品烘干，得到(Nda54Sma46)2Fe14B材料。然后將樣品分3 種情況復(fù)合(1)與正己烷稀釋了的石蠟以體積比為35 65混合均勻，烘干后將其置入模 具(內(nèi)徑為3. 04mm，外徑為7. 00 mm)內(nèi)，在1 Mpa壓強(qiáng)下壓制成型，然后取出測(cè)試。(2)與 正己烷稀釋了的石蠟以體積比為35 65混合均勻，烘干后將其置入非磁性材料制備的模 具(內(nèi)徑為3. 04 mm，外徑為7. 00 mm)內(nèi)，將模具置于烘箱中90°C保溫15分鐘，使石蠟融 化，然后將將模具放入磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)取向，磁場(chǎng)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)20分鐘使樣品完全凝固，然后取出測(cè)試。(3)與丙酮稀釋了的環(huán)氧以體積 比為35 65混合均勻，烘干后壓成內(nèi)徑為3. 04 mm，外徑為7. 00 mm，厚度為2_3mm環(huán)狀樣 品，然后將樣品放入真空干燥箱140°C固化1小時(shí)，然后進(jìn)行測(cè)試。其X射線衍射譜圖列于 圖4，電磁波吸收性能見圖5和圖6。由圖4可知本實(shí)施例1所得這種材料是純的2 1 4 1相樣品。經(jīng)過取向，出 現(xiàn)了很明顯的(004)，(105)，(006)，(008)，(0010)衍射峰，別的衍射峰基本消失，可知本實(shí) 施例2所得材料在常溫下具有平面各向異性的特點(diǎn)。由圖5可知材料與石蠟復(fù)合后，在沒有取向的情況下，在頻率為1 2GHz，厚度在 2-2. 5毫米，反射損耗在_3dB左右，而經(jīng)過取向以后，在5-7GHz，厚度在2-2. 5毫米，最小反 射吸收值可以達(dá)到_25dB。可以看出在厚度基本保持不變的情況下，取向能提高最大反射損 耗值。由圖6可知材料與熱固化環(huán)氧樹脂復(fù)合得到的復(fù)合材料，最小反射吸收在2 2. 5 毫米能達(dá)到_30dB。因此本發(fā)明推薦采用熱固化環(huán)氧樹脂為粘接劑，這樣可在被測(cè)樣品厚度 基本保持不變的情況下，大大提高反射損耗值。另一方面，如對(duì)材料再進(jìn)行取向處理可以得 到吸波性能更好的復(fù)合材料。
權(quán)利要求
一種電磁波吸收材料，其特征是材料的通式為R2Fe14B，通式中R是Sm和Nd兩種稀土元素以Nd1 xSmx比例組合，其中0.3≤x≤1，且R2Fe14B材料的易磁化方向與C軸不平行。
2.權(quán)利要求1所述的電磁波吸收材料，其化學(xué)式為(Nda66Sma34)2Fe1A
3.權(quán)利要求1所述的電磁波吸收材料，其化學(xué)式為(Nda54Sma46)2Fei4B。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的任一電磁波吸收材料的制備方法，其特征是將稀土元素、 鐵和硼鐵熔煉成合金，再將合金高溫充分進(jìn)行均勻化處理，再將合金粉碎研磨成細(xì)小的顆 粒后進(jìn)行球磨處理，得到金屬粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求4制備方法，其特征是在球磨時(shí)加入合金質(zhì)量1% 5 %的酞酸酯偶聯(lián) 劑和用于稀釋偶聯(lián)劑的溶劑異丙醇，并使偶聯(lián)劑充分與合金表面接觸。
6.用權(quán)利要求1所述的電磁波吸收材料制備復(fù)合材料的方法，其特征是將所述的材料 放入未固化的粘結(jié)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(chǎng)中，同時(shí)使模具在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，如此對(duì)材料進(jìn)行取向處理直到粘結(jié)材料固化，這里所 述的粘結(jié)材料為樹脂或石臘，或聚乙烯，或聚丙烯等高分子材料。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其特征是取向處理時(shí)磁場(chǎng)為10_4 10T，模具旋轉(zhuǎn)速度為 1 200轉(zhuǎn)/分。
8.權(quán)利要求6或7所述的復(fù)合材料制備方法，其特征是所用的粘結(jié)材料為熱固化環(huán)氧 樹脂。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可在1G至100G范圍內(nèi)更有效地吸收電磁波的材料，材料的通式為R2Fe14B，其中R是Sm和Nd兩種稀土元素以Nd1-xSmx比例組合，其中0.3≤x≤1，且材料的易磁化方向與C軸不平行的電磁波吸波材料，以及用這種材料制備一種具有更佳性能的電磁波吸收復(fù)合材料的方法。本發(fā)明的復(fù)合材料的制備方法是將所述的材料放入未固化的粘結(jié)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(chǎng)中進(jìn)行取向處理。
文檔編號(hào)H05K9/00GK101914722SQ20101023080
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者伊海波, 劉忻, 左文亮, 李發(fā)伸 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)