一种铁氧体吸波材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种铁氧体吸波材料及其制备方法，该铁氧体为掺杂稀土钐元素的Co2Z型平面六角结构的铁氧体，其化学式为：3(Ba0.5Sr0.5)O·2CoO·yFe2O3·xSm2O3；式中x，y为摩尔数，且0.15≤x≤0.5，10≤y≤12。本发明吸波粉体材料的制备方法是在传统的铁氧体陶瓷烧结工艺的基础上，通过掺杂Sm元素来调控材料微观组织结构，达到提高材料电磁性能的目的，原材料易得，不需要复杂设备，工艺操作简单，易于掌握，成本低廉，适用于规模化生产。本发明稀土钐掺杂的Co2Z型铁氧体吸波粉体可以制备吸波涂层，在电磁屏蔽和隐身领域具有较高的实用价值和广泛的应用前景。
【专利说明】一种铁氧体吸波材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达吸波材料【技术领域】，尤其涉及一种铁氧体吸波材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着现代社会的发展，无线通讯技术、微波技术、数字电路已普遍应用到从生产生活到军工国防的各个领域，这些新技术的发展在带来便利的同时也给人类环境造成了大量的电磁波污染。解决或降低电磁污染和提高电子设备抗电磁干扰能力的有效办法是采用电磁兼容设计，其中通过吸波材料来降低电磁污染带来的危害已成为最有效的防治方法。
[0003]目前广泛使用的吸波材料是铁氧体，其中平面六角晶体结构的Co2Z型铁氧体(Ba3Co2Fe24O41)由于其具有闻饱和磁化强度、闻磁晶各向异性及良好的化学稳定性和耐蚀性等特点，作为吸波材料在低频拓宽频带方面具有良好的应用前景。
[0004]目前，通过掺杂离子及其掺杂量的改变可以控制铁氧体的晶体结构、饱和磁化强度及磁晶各向异性场，调整其自然共振频率，进而在一定范围内改善其雷达吸波性能。例如，《稀土 Z型铁氧体Ba3_xCexCo2Fe24041的制备及其微波吸收性能》，(中国稀土学报，2006年12月第24卷增刊)，采用溶胶凝胶法制备掺杂铈的Z型钡铁氧体(Ba3^xCexCo2Fe24O41, X=O-0.4)，在8_12GHz频段内的对材料吸波性能有一定的改善，但制备工艺较复杂，难以实现规模化生产。《掺杂SiO2的低温烧结Ba3(Coa4Zna6)2Fe24O41六角铁氧体材料》，(磁性材料及器件，2009年2月刊)，添加的SiO2抑制了晶粒的生长，减小了其起始磁导率和介电常数，但未对吸波性能进行研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种铁氧体吸波材料。
[0006]本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]一种铁氧体吸波材料，其特征在于:该铁氧体为掺杂稀土钐元素的Co2Z型平面六角结构的铁氧体，其化学式为:3 Oaa5Sra5) 0.2Co0.yFe203.XSm2O3 ;式中x, y为摩尔数，且0.15≤X≤0.5，10≤y≤12。
[0008]其中，0.2 ≤X ≤ 0.5，10.6 ≤ y ≤11.5。
[0009]该吸波材料5~8GHz范围内，最大反射损耗为_19dB~_21dB。
[0010]本发明的另一个目的在于提供一种铁氧体吸波材料的制备方法。
[0011]本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的:
[0012]一种铁氧体吸波材料的制备方法，所述方法步骤为:
[0013]A.将 BaO、SrCO3> CoO、Fe2O3 和 Sm2O3 的原料按化学式组成 3 (Ba。.5Sr0.5)0.2Co0.yFe203.XSm2O3 进行配料，式中 0.15 ≤ x ≤ 0.5，10 ≤ y ≤ 12 ;
[0014]B.将适量的BaO、SrCO3> CoO和Fe2O3原料在去离子水中进行一次球磨混合2~6小时，烘干后按2~10°C /分钟升温速度加热到1240~1290°C预烧保温2~6小时；[0015]C.将预烧后粉料掺入适量的Sm2O3,在去离子水中进行二次球磨混合4~8小时，烘干后按2~10°C /分钟升温速度加热到1240~1290°C进行烧结，保温3~5小时；
[0016]D.将烧结后粉料进行球磨0.5~2小时,过200目筛,获得直径≤74 μ m的粉体后在250°C热处理3小时。
[0017]所述一次球磨混合时间是3~4小时，烘干后按3~4/分钟升温速度加热到1250~1280°C预烧保温3~4.5小时；
[0018]所述二次球磨混合时间是5~7小时，烘干后按3~4°C /分钟升温速度加热到1250~1280°C进行烧结，保温3~4小时；
[0019]所述烧结后粉料进行球磨的时间是I~1.5小时。
[0020]所述原料在一次球磨和二次球磨后烘干温度为60~120°C。
[0021]所述原料的纯度≥99.5%。
[0022]本发明的有益效果在于:
[0023]采用稀土元素Sm掺杂Co2Z型平面六角结构铁氧体的成分设计，充分利用稀土元素的综合作用，提高了材料的磁晶各向异性，使得磁滞损耗增大。此外，Sr部分取代Ba可以提高Co2Z型铁氧体的饱和磁化强度和居里温度，从而有利于提高吸波性能。
[0024]BaO、SrCO3> CoO和Fe2O3原料经过预烧反应部分生成铁氧体，但很不完全，预烧的主要作用是提高材料密度，减少收缩，易于成型，提高性能稳定性。
[0025]将预烧后粉料掺入Sm2O3进行二次球磨、烧结过程中，Sm在铁氧体中形成间隙离子取代部分铁原子，从而形成固有电偶极子，引起介电损耗增大；部分分布在畴壁处的富Sm相对畴壁的运动起到钉扎作用，从而增大畴壁共振引起的损耗，使得该铁氧体吸波材料具有良好的吸波性能。
[0026]本发明吸波粉体材料的制备工艺是在传统的铁氧体陶瓷烧结工艺的基础上，通过掺杂Sm元素来调控材料微观组织结构，达到提高材料电磁性能的目的，原材料易得，不需要复杂设备，工艺操作简单，易于掌握，成本低廉，适用于规模化生产。本发明稀土钐掺杂的Co2Z型铁氧体吸波粉体可以制备吸波涂层，在电磁屏蔽和隐身领域具有较高的实用价值和广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明的一种铁氧体吸波材料及其制备方法中实施例1铁氧体吸波材料的扫描电镜(SEM)照片；
[0028]图2为本发明的一种铁氧体吸波材料及其制备方法中各实施例铁氧体吸波材料的反射率与频率的关系曲线图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图以及示例性实施例对本发明作进一步说明。
[0030]实施例1
[0031]将BaO、SrCO3> CoO和Fe2O3分析纯的原料按化学式组成3 (Ba。.5SrQ.5)0.2Co0.10.6Fe203.0.25Sm203进行配料，在去离子水中进行一次球磨混合3小时，烘干后按3°C /分钟升温速度加热到1280°C预烧保温3小时；将预烧后粉料掺入0.25摩尔数的Sm2O3，在去离子水中进行二次球磨混合6小时，烘干后按3°C /分钟升温速度加热到1250°C进行烧结，保温3.5小时；将烧结后粉料进行球磨I小时，过200目筛，获得直径≤74 μ m的粉体后在250°C热处理3小时，即得铁氧体吸波材料。所述原料在一次球磨和二次球磨后烘干温度为60~120°C。所述原料的纯度> 99.5%。图1为实施例1铁氧体吸波材料的扫描电镜(SEM)照片，制备的样品形成了大量的较均匀的长条板状结构，其平均长宽比约为5:1。将获得的铁氧体吸波粉体与普通环氧树脂E51按质量比4:1混合均匀，并加入适量的固化剂，制备成吸波涂层，当涂层厚度为2mm时，在频率为6.3GHz时，其最大反射损耗可达到_20dB，优于未掺杂Sm铁氧体材料。 [0032]实施例2
[0033]将BaO、SrCO3> CoO和Fe2O3分析纯的原料按化学式组成3 (Ba。.5SrQ.5)0.2Co0.11.5Fe203.0.15Sm203进行配料，在去离子水中进行一次球磨混合4小时，烘干后按3°C /分钟升温速度加热到1270°C预烧保温3小时；将预烧后粉料掺入0.20摩尔数的Sm2O3，在去离子水中进行二次球磨混合7小时，烘干后按4°C /分钟升温速度加热到1260°C进行烧结，保温4小时；将烧结后粉料进行球磨1.5小时，过200目筛，获得直径≤74μπι的粉体后在250°C热处理3小时，即得铁氧体吸波材料。所述原料在一次球磨和二次球磨后烘干温度为60~120°C。所述原料的纯度>99.5%。将获得的铁氧体吸波粉体与普通环氧树脂E51按质量比4:1混合均匀，并加入适量的固化剂，制备成吸波涂层，当涂层厚度为2mm时，在频率为7GHz时，其最大反射损耗可达到_21dB，优于未掺杂Sm铁氧体材料。
[0034]实施例3
[0035]将BaO、SrCO3> CoO和Fe2O3分析纯的原料按化学式组成3 (Ba。.5SrQ.5)
0.2Co0.10.8Fe203.0.5Sm203进行配料，在去离子水中进行一次球磨混合3小时，烘干后按4°C /分钟升温速度加热到1250°C预烧保温4.5小时；将预烧后粉料掺入0.5摩尔数的Sm2O3，在去离子水中进行二次球磨混合5小时，烘干后按3°C /分钟升温速度加热到1280°C进行烧结，保温3.5小时；将烧结后粉料进行球磨I小时，过200目筛，获得直径≤74 μ m的粉体后在250°C热处理3小时，即得铁氧体吸波材料。所述原料在一次球磨和二次球磨后烘干温度为60~120°C。所述原料的纯度>99.5%。将获得的铁氧体吸波粉体与普通环氧树脂E51按质量比4:1混合均匀，并加入适量的固化剂，制备成吸波涂层，当涂层厚度为2mm时，在频率为5.7GHz时，其最大反射损耗可达到-19dB，优于未掺杂Sm铁氧体材料。
[0036]比较例I
[0037]将BaO、SrCO3> CoO和Fe2O3分析纯的原料按化学式组成3 (Ba。.5SrQ.5)
0.2Co0.10.6Fe203进行配料，在去离子水中进行一次球磨混合3小时，烘干后按3°C /分钟升温速度加热到1280°C预烧保温3小时；然后将预烧后粉料在去离子水中进行二次球磨混合6小时，烘干后按3°C /分钟升温速度加热到1250°C进行烧结，保温3.5小时；将烧结后粉料进行球磨I小时，过200目筛，获得直径< 74 μ m的粉体后在250°C热处理3小时，即得铁氧体吸波材料。将获得的铁氧体吸波粉体与普通环氧树脂E51按质量比4:1混合均匀，并加入适量的固化剂，制备成吸波涂层，当涂层厚度为2mm时，在频率为6.2GHz时，其最大反射损耗可达到-14.2dB，吸波性能劣于掺杂Sm铁氧体材料。
[0038]上述实施例和比较例所制备的材料电磁波吸收性能测试结果见图2。
[0039]测试结果表明，材料在I~18GHz范围内的最大反射损耗可达到_21dB，说明本发明的铁氧体吸波材料具有优良的电磁波吸收性能。
[0040]尽管本发明已对其优选实施方案作了说明，很显然本领域技术人员可采取其它实施方式，例如改变成分含量，烧结温度，烧结时间等技术参数，在不脱离本发明设计思想的范围内，可以进行各种变形和修改，这些变化均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种铁氧体吸波材料，其特征在于:该铁氧体为掺杂稀土钐元素的Co2Z型平面六角结构的铁氧体，其化学式为:
3(Ba0 5Sr0 5)0.2Co0.yFe203.XSm2O3 ;式中 x，y 为摩尔数，且 0.15 大于 x 大于 0.5，10 ^ y ^ 12。
2.根据权利要求1所述的铁氧体吸波材料，其特征在于:0.2 < X < 0.5，10.6 ^ y ^ 11.5。
3.根据权利 要求1所述的铁氧体吸波材料，其特征在于:该吸波材料5~8GHz范围内，最大反射损耗为_19dB~-21dB。
4.一种如权利要求1所述的铁氧体吸波材料的制备方法，其特征在于，所述方法步骤为: A.将BaO、SrCO3 > CoO、Fe2O3 和 Sm2O3 的原料按化学式组成 3 (Ba。.5SrQ.5)0.2Co0.yFe203.XSm2O3 进行配料，式中 0.15 大于 x 大于 0.5，10 大于 y 大于 12 ; B.将适量的Ba0、SrC03、Co0和Fe2O3原料在去离子水中进行一次球磨混合2~6小时，烘干后按2~10°C /分钟升温速度加热到1240~1290°C预烧保温2~6小时； C.将预烧后粉料掺入适量的Sm2O3,在去离子水中进行二次球磨混合4~8小时，烘干后按2~10°C /分钟升温速度加热到1240~1290°C进行烧结，保温3~5小时； D.将烧结后粉料进行球磨0.5~2小时,过200目筛,获得直径大于74 μ m的粉体后在250°C热处理3小时。
5.一种如权利要求4所述的铁氧体吸波材料的制备方法，其特征在于: 所述一次球磨混合时间是3~4小时，烘干后按3~4°C /分钟升温速度加热到1250~1280°C预烧保温3~4.5小时； 所述二次球磨混合时间是5~7小时，烘干后按3~4°C /分钟升温速度加热到1250~1280°C进行烧结，保温3~4小时； 所述烧结后粉料进行球磨的时间是I~1.5小时。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于:所述原料在一次球磨和二次球磨后烘干温度为60~120°C。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于:所述原料的纯度>99.5%。
【文档编号】C09K3/00GK103482969SQ201310414835
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】郭世海, 张羊换, 祁焱, 王煜, 安静, 赵栋梁 申请人:钢铁研究总院