[发明专利]一种铁基纳米晶软磁合金微粉电磁波吸收剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种铁基纳米晶软磁合金微粉电磁波吸收剂，合金微粉成分表达式为Fe_aSi_bB_cCu_dM_e，式中M为Al、Cr、Co、Ni、P和C元素中的一种或几种，a、b、c、d和e分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足80≤a≤90，1≤b≤15，3≤c≤15，0≤d≤2.5，0≤e≤5。本发明还提供一种铁基纳米晶软磁合金微粉电磁波吸收剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备合金微粉的原料准备；步骤2：纳米晶合金微粉的制备；选取直径小于300μm的制备合金微粉的原料装入球磨罐，抽真空后充入惰性气体保护，进行球磨制得合金微粉。本发明的技术方案解决了现有的电磁波吸收剂及其制备方法的不足之处。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体而言，尤其涉及一种铁基纳米晶软磁合金微粉电磁波吸收剂及其制备方法。

背景技术

近年来电子信息产业技术不断进步，现代电子设备向着微型化、集成化和高频化方向发展。随着新一代无线通讯、无线充电技术的崛起和雷达探测技术的进步，高频电磁波(如频率在GHz范围)在工业、医疗以及军事领域中的应用越来越多。电磁波频率的升高和能量的增强使得电磁干扰、电磁污染和电磁信息泄露现象严重，除影响设备正常运行外，还会严重威胁人类的健康与安全。电磁波吸收材料可将电磁波吸收并在其内部消耗从而减少电磁波反射或透射，是解决电磁波辐射危害的有效途径。吸波材料的另一个重要应用是作为隐身涂层吸收雷达发射的电磁波以达到隐身的目的。具有“吸波性能强、有效吸收频段宽、质量轻、厚度薄”且适用于高频段的电磁波吸收材料在电磁波安全防护、电磁兼容和隐身等技术领域具有广泛而迫切的需求。

根据电磁波损耗机理，可将吸波材料分为磁损耗型、介电损耗型等。以磁损耗为主的铁氧体微粉吸收剂是常用的吸波材料之一。传统铁氧体吸波材料在相对较低的频率下具有较大的磁损耗和良好的吸波性能而被广泛使用。由于受到Snoke极限的制约，铁氧体类磁性材料的磁导率随电磁波频率的升高而急剧下降，电磁波吸收性能变差而无法满足高频应用。传统铁基合金微粉如FeNi、FeCo和FeSiAl等也是典型的磁性电磁波吸收材料，温度稳定性较好，通过制备薄片状金属微粉形成强形状各向异性结构，在一定程度上提高了磁导率和自然共振频率，适用频率和有效吸收频宽有所提高。但此类材料的介电常数值较大，难以同磁导率形成良好的阻抗匹配，吸波性能已达到理论极限。铁基纳米晶软磁合金具有由纳米尺度的bcc-Fe和残余非晶相组成的混合组织，晶粒尺寸适当的bcc-Fe纳米晶和非晶相间产生交互耦合作用，降低合金的平均磁晶各向异性，使其表现出优异软磁性能，兼具高的饱和磁化强度和磁导率，特别是高频下的磁导率同传统磁性材料相比具有突出优势。此外，纳米晶合金含有非晶相，电阻率较高，介电常数低，有利于实现阻抗匹配，可提高纳米晶合金对高频电磁波的吸收性能。纳米晶电磁波吸收剂在吸波领域受到了越来越多的关注。FINEMET纳米晶合金在GHz频率范围内有较大的电磁波损耗能力，但其作为电磁波吸收剂对所需涂层厚度较大(3.5mm)，有效吸收频段较窄(2.5GHz)，且合金中高含量的非磁性元素Nb降低了饱和磁化强度，也不利于磁导率的进一步提高。发展高铁含量、无Nb添加的高饱和磁化强度、高磁导率的纳米晶软磁合金微粉有望进一步提高纳米晶合金电磁波剂的综合吸波性能。

现有的制备纳米晶软磁合金微粉的方法有雾化法、条带破碎法和高能球磨法等。雾化法可一次性制得大量合金粉，但粉体粒径均匀度较差；条带破碎法一般是先通过熔体快淬法(甩带法)获得非晶态合金条带，再经过热处理、破碎获得纳米晶微粉。以上两种方法既需要合金具有足够高的非晶形成能力，又对设备的要求较高，工艺相对复杂。通过高能球磨法进行机械合金化，可以直接制备纳米晶软磁合金微粉，该方法对合金的非晶形成能力要求相对较低，可在更宽的合金成分范围内获得非晶/纳米晶结构，对设备要求也低，操作简单，可大批量生产合金粉，缺点是直接进行机械合金化制纳米晶粉的时间较长，生产效率较低。

结合目前软磁合金微粉电磁波吸收剂的现状，发明一种在高频下具有强电磁波吸收能力且制备工艺简单的纳米晶软磁电磁波吸收剂将具有重要意义。

发明内容