專利名稱：一種電磁波吸收材料的制作方法
技術領域：
本發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 的復合材料，本發明同時提供這些材料的制備方法。更確切講本發明的是一種可吸收頻率 高于IG的電磁波的材料。本發明的材料是一種2 14 1相稀土鐵硼合金；本發明的復 合材料是指以前述電磁波吸收材料與粘結材料取向制成的具有更高電磁波吸收性能的復 合材料。
背景技術：
隨著科學技術以及通訊技術的發展，計算機，手機，磁盤等已經廣泛應用于信息的 產生和傳輸過程，但是這種電磁波材料的廣泛應用帶來了日益嚴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。中國發明專利申請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1)公開了鐵氧體和金屬顆粒的吸波復合材料；“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 3)公開了鐵和碳 構成的復合材料的吸波性質。現有技術存在的一個共同不足是材料的匹配厚度較大，例如中國專利申請 200710049468. X公開的材料在3GHz左右的匹配厚度約為4mm左右，而在2GHz的對應厚 度將大于7mm(參見該專利附圖的內容)；而文獻1的材料在頻率3GHz時，對應的厚度為 3. 5 4mm ；文獻2的材料在頻率小于8GHz時對應的厚度都超過了 4mm ；文獻3的材料在頻 率為3GHz時對應的厚度為4mm，而在頻率為2GHz時，其厚度將達到6mm左右。由于現有技 術的材料匹配厚度較大，使其應用受到限制，在一些特殊的應用領域甚至完全無法使用。釹鐵硼材料自上世紀問世以來，得到廣泛的應用，但在現已公開的技術領域中這 類材料屬于硬磁材料，如中國專利02132613. 4公開的材料。
發明內容
本發明在于提供一種能克服現有技術不足，優于現有技術，適用頻率為IG至 100G，在較現有技術更薄的厚度條件下有更強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頻率為IG以上的電磁波有更強吸收作用的材料；本發明同 時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合材料的方法。
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本發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。本發明最佳的電磁波吸收材料的化學式為(Nda66Sma34)2Fe14B,或者 (Nd0.54Sm0.46) 2Fe14B。本發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 金高溫充分進行均勻化處理，再將合金粉碎研磨成細小的顆粒后進行球磨處理，得到金屬 粉末。本發明的材料制備中，在球磨時可加入合金質量 5%的酞酸酯偶聯劑和用 于稀釋偶聯劑的溶劑異丙醇，并使偶聯劑充分與合金表面接觸。采用這一措施可以使偶聯 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合材 料，這種復合材料的制備方法是將所述的材料放入未固化的粘結材料中，經充分混合均勻 后再放入非磁性材料制作的模具內，將模具置于磁場中，同時使模具在磁場中旋轉，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。前述的復合材料制備中，其取向處理時磁場為10_4 10T，模具旋轉速度為1 200轉/分。本發明推薦制備復合材料時所用的粘材料為熱固化環氧樹脂。經相關的試驗研究表明，本發明的電磁波吸收材料和由該材料制備的復合材料在 薄的材料厚度條件下，如在2 3mm，具有優于現有技術的電磁波性能，能滿足強吸收的要 求，本發明的材料是一種性能優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，也可滿足現代儀器對小型化、集成化和高效率的要求。
附圖1為本發明實例1材料取向前后XRD衍射譜圖。附圖2為本發明實例1的材料用石蠟為粘結劑制備的復合材料的電磁波吸收譜 圖，其中 曲線為未經取向處理的復合材料的吸收曲線，■曲線為經取向處理后的復合材 料的吸收曲線。圖中的2mm和2. 5mm分別是指被測樣品反射損耗對應的材料的厚度值為2 毫米和2. 5毫米。附圖3為本發明實例1材料用熱固化環氧樹脂為粘結劑制備的復合材料的電磁波 吸收譜圖，圖中的2和2. 5分別是指被測樣品反射損耗對應的材料的厚度值為2毫米和2. 5毫米。附圖4為本發明實例2材料取向前后XRD衍射譜圖。附圖5為本發明實例2的材料用石蠟為粘結劑制備的復合材料的電磁波吸收譜 圖，其中 曲線為未經取向處理的復合材料的吸收曲線，■曲線為經取向處理后的復合材 料的吸收曲線。圖中的2mm和2. 5mm分別是指被反射損耗對應的材料的厚度值為2毫米和 2. 5毫米。
附圖6為本發明實例2的材料用熱固環氧樹脂為粘結劑制備的復合材料的電磁波 吸收譜圖，圖中的2mm和2. 5mm分別是指被測樣品反射損耗對應的材料的厚度值為2毫米 和2. 5毫米。
具體實施例方式本發明的具體實施方式
是a.先將稀土元素和鐵，以及硼鐵在惰性氣體保護下熔煉成合金，再對合金在真空 下退火一周，然后在保護劑保護下粉碎成粉末。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 粘結材料混合均勻后放入非磁性材料制作的模具內，置于10_4 ιοτ(特斯拉)的磁場中， 同時模具在磁場中以1 200轉/分的轉速進行旋轉，直到粘結材料固化。本發明優選的材料制備方法是模具放置于10_4 IOT (特斯拉)的磁場，模具旋轉 速度為1 200轉/分。以下是本發明的兩個最佳實施例實施例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加入IOOml異丙醇和0. 2ml酞酸酯偶聯劑濕磨，球料 比為20 1，球磨速度為200轉/分鐘，采用正反轉球磨的方式，時間間隔1小時，球磨總時 間設定為8小時，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 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(內徑 為3. 04mm，外徑為7. OOmm)內，在IMpa壓強下壓制成型，然后取出測試。(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(內徑為 3. 04mm，外徑為7. OOmm)內，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 具放入磁場內旋轉取向，磁場大小為0. 8 1. 2T (特斯拉)，旋轉的速度約為120轉/分，持 續20分鐘使樣品完全凝固，然后取出測試。(3)與丙酮稀釋了的環氧以體積比為35 65 混合均勻，烘干后壓成內徑為3. 04mm，外徑為7. 00mm，厚度為2_3mm環狀樣品，然后將樣品 放入真空干燥箱140°C固化1小時，然后進行測試。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可知本實施例1所得這種材料是純的2 14 1相樣品。經過多次取向， 結果一樣，出現了很明顯的(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，我 們認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,反射損耗能達到_5dB左右，而經過取向以后，在4_5GHz，厚度在2_2. 5mm,最小反 射吸收值可以達到_30dB。可以看出在被測樣品的厚度基本保持不變的情況下，經取向處理 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氧樹脂復合得到的復合材料，最小反射吸收在2 2. 5 毫米能達到_25dB。因此本發明推薦采用熱固化環氧樹脂為粘接劑，這樣可在被測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，如對材料再進行取向處理可以得 到吸波性能更好的復合材料。實施例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加入100 ml異丙醇和0. 2 ml酞酸酯偶聯劑濕 磨，球料比為20 1，球磨速度為200轉/分鐘，采用正反轉球磨的方式，時間間隔1小時， 球磨總時間設定為8小時，最后將樣品烘干，得到(Nda54Sma46)2Fe14B材料。然后將樣品分3 種情況復合(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(內徑為3. 04mm，外徑為7. 00 mm)內，在1 Mpa壓強下壓制成型，然后取出測試。(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(內徑為3. 04 mm，外徑為7. 00 mm)內，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內旋轉取向，磁場大小為0. 8 1. 2T(特斯拉)，旋轉的速度約為 120轉/分，持續20分鐘使樣品完全凝固，然后取出測試。(3)與丙酮稀釋了的環氧以體積 比為35 65混合均勻，烘干后壓成內徑為3. 04 mm，外徑為7. 00 mm，厚度為2_3mm環狀樣 品，然后將樣品放入真空干燥箱140°C固化1小時，然后進行測試。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可知本實施例1所得這種材料是純的2 1 4 1相樣品。經過取向，出 現了很明顯的(004)，(105)，(006)，(008)，(0010)衍射峰，別的衍射峰基本消失，可知本實 施例2所得材料在常溫下具有平面各向異性的特點。由圖5可知材料與石蠟復合后，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氧樹脂復合得到的復合材料，最小反射吸收在2 2. 5 毫米能達到_30dB。因此本發明推薦采用熱固化環氧樹脂為粘接劑，這樣可在被測樣品厚度 基本保持不變的情況下，大大提高反射損耗值。另一方面，如對材料再進行取向處理可以得 到吸波性能更好的復合材料。
權利要求
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.權利要求1所述的電磁波吸收材料，其化學式為(Nda66Sma34)2Fe1A
3.權利要求1所述的電磁波吸收材料，其化學式為(Nda54Sma46)2Fei4B。
4.根據權利要求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行均勻化處理，再將合金粉碎研磨成細小的顆 粒后進行球磨處理，得到金屬粉末。
5.根據權利要求4制備方法，其特征是在球磨時加入合金質量1% 5 %的酞酸酯偶聯 劑和用于稀釋偶聯劑的溶劑異丙醇，并使偶聯劑充分與合金表面接觸。
6.用權利要求1所述的電磁波吸收材料制備復合材料的方法，其特征是將所述的材料 放入未固化的粘結材料中，經充分混合均勻后再放入非磁性材料制作的模具內，將模具置 于磁場中，同時使模具在磁場中旋轉，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。
7.權利要求6所述的方法，其特征是取向處理時磁場為10_4 10T，模具旋轉速度為 1 200轉/分。
8.權利要求6或7所述的復合材料制備方法，其特征是所用的粘結材料為熱固化環氧 樹脂。
全文摘要
本發明涉及一種可在1G至100G范圍內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合材料的方法。本發明的復合材料的制備方法是將所述的材料放入未固化的粘結材料中，經充分混合均勻后再放入非磁性材料制作的模具內，將模具置于磁場中進行取向處理。
文檔編號H05K9/00GK101914722SQ20101023080
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月16日 優先權日2010年7月16日
發明者伊海波, 劉忻, 左文亮, 李發伸 申請人:蘭州大學