Preparation and Characterization of Iron-based Microwave Absorbing Powder Materials

Abstract

摘 要 微波吸收材料作为一种重要的功能材料，既具有重要军事意义，又具有广阔民用市场。高性能微波吸收材料的研究目标可以用四个字概括，即薄、轻、宽、强。铁基微波吸收材料饱和磁化强度高，通过引入形状各向异性可以突破Snoek限制，使其具备更高的磁导率，吸波能力显著强于铁氧体；同时居里温度高，能够在较高温度工作。这类微波吸收材料不仅具有良好的电磁参数，而且可以通过调节微粉的粒度和组成、改变形貌和结构、与其他材料复合等多种手段来达到调节电磁参数的目的，有利于进行阻抗匹配和展宽吸收频带。 本文的研究目标是，开发用于超薄吸波涂层（厚度1 mm以下）的高性能微波吸收材料。为了实现这一目标，开展了以下研究： （1）片状羰基铁粉制备及表征。通过高能机械球磨的方法制备片状羰基铁粉，对制备的片状羰基铁粉的形貌、晶体结构、松装密度、氧含量、电磁参数及反射率进行了表征，系统研究了球磨方式、球磨频率、球磨时间、球料比等工艺参数对铁粉性能的影响。机械球磨制备的片状羰基铁粉与原始羰基铁粉相比，磁导率显著提高，有利于增大电磁波损耗；同时介电常数也增大，需要进一步调控以改善阻抗匹配性能。 （2）片状羰基铁粉表面处理。在前期制备片状羰基铁粉的基础上，研究了包覆硬脂酸、包覆二氧化硅、二氧化碳钝化处理、深冷处理以及退火处理对铁粉性能的影响。包覆硬脂酸和包覆二氧化硅可以在保持较高磁导率的同时，显著降低介电常数，从而改善阻抗匹配性能，进而提高了吸波性能。采用二氧化碳钝化高活性的片状羰基铁粉，既显著提高了片状羰基铁粉的抗氧化性能，又保持了片状羰基铁粉的吸波性能，同时具有操作简便、不会过度氧化的优点。综合上述研究成果，制备的片状羰基铁粉性能已初步达到高端应用要求，为客户提供初期样品10 kg。 （3）片状铁基合金粉制备及表征。通过高能机械球磨方法制备了FeNiMo、FeNi、FeSi、FeSiCr四种片状铁基合金粉末，比较了这四种铁基合金粉末和羰基铁粉的吸波性能及抗氧化性能。片状FeSi、FeSiCr合金粉末具有较好的吸波性能，同时具有优异的抗氧化性能。 （4）空心羰基铁粉制备及表征。采用孔蚀法制备空心羰基铁粉，既能减小其松装密度，同时能提高其吸波性能，同时该方法具有操作简便，易于大规模制备的优点。吸波性能提高的原因：一是部分消除了趋肤效应。二是电磁波在刻蚀后空心球内壁的多次反射，导致反射后微波的相互干涉，从而增加了电磁波能量损耗