本发明专利技术公开了一种具有间隙原子调制特性的电磁波吸收材料及其制备方法。所述电磁波吸收材料通式为R2Fe17NxCy，其中R为稀土元素Y、Ce、Nd、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Lu中的任一种或多种的组合，x和y分别为进入晶格间隙位置的氮、碳原子含量，0≤x+y≤9，且x和y不同时为0；所述电磁波吸收材料是将所述稀土元素R与铁元素混合熔炼制成R2Fe17型母合金坯，经粗破碎后引入间隙碳原子和/或氮原子对母合金晶体的磁性进行调制而得。该材料可以在较薄匹配厚度对1GHz至100GHz高频电磁波具有较强的吸收能力，并且利用本发明专利技术的制备方法，可以根据不同使用条件，实现精确调制工作频率的特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁波吸收材料，特别涉及利用间隙原子(C、N等)对材料特性加以精确调制以后，专门适用于在高于IG赫兹频段的高频、宽频带环境要求下工作的电磁波材料。
技术介绍
随着现代社会人们对电磁波的应用领域、使用频段的不断扩展和提高，以对电磁波的辐射防护和能量吸收为目的，开发新型、高效的电磁波吸收材料(简称吸波材料)，成为研究人员日益紧迫的挑战。从民用方面的电磁污染治理、电磁辐射防护；到军事应用方面，针对雷达信号的隐身技术；以及在科研领域，为精密测试、保密研发开展的电磁屏蔽与防护，都迫切需要的相关工程材料、结构材料、仪器配件等本身或其表面层材质，具有电磁波吸收特性。从而保证人员和仪器不被干扰和损害，或是在军事对抗中通过电子“隐身”占领先机。目前广泛使用的磁性吸波材料是铁氧体材料。“Broadband and thinmicrowave absorber of nickel-zinc ferrite/carbonyl iron” (Journal of Alloysand Compounds487 (2009) 708-711)公开了铁氧体和金属颗粒的吸波复合材料；“Dependence ofMicrowave Absorbing Property on Ferrite Volume Fract1n inMnZn Ferrite-RubberComposites，，(D.Y.Kim, Y.C.Chung, T.ff.Kang, and H.C.KimIEEETRANSACT1NS 0NMAGNETICS, V0L32, N02, MARCH1996)公开了铁氧体的电磁波吸波材料。然而，铁氧体材料的频带狭窄，密度大，吸收率低，并且其工作频率一般也很难达到GHz至几十GHz的特高频、超高频乃至极高频部分范围内的微波波段。稀土元素作为“工业的维生素”，在材料的应用中往往会起到意想不到的结果。中国专利技术专利申请200710049468.X公开了稀土掺杂的以α -Fe为主的稀土铁基吸波材料。中国专利技术专利201010230672.3公开了平面型2:17稀土 -3d过渡族金属间化合物电磁波吸收材料，材料的易磁化方向与C轴垂直。中国专利技术专利201010230671.9公开了由稀土元素和铁氮构成的2: 17相的材料，材料通式为R2Fe17N3_。这些工作的吸波材料相对于铁氧体材料来说都有了显著的性能改善。但现有技术仍存在以下几个方面的不足之处:1.吸收率不高，尤其是在5、6GHz以上的频段，难以达到有效吸收强度；2.工作频段范围窄，尤其是能够达到有效吸收率(<-20dB)的带宽范围更小；3.匹配厚度过大，通常为了达到满足基本工作需要的吸收强度需要匹配厚度在3_以上，乃至最高达到6-7_。这种情况使得现有的吸波材料在一些特殊领域，尤其是军用方面，几乎无法应用。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术的目的在于提供一种电磁波吸收材料及其制备方法，该材料可以在较薄匹配厚度对IGHz至100GHz高频电磁波具有显著较强的吸收能力；并且利用本专利技术提供的制备方法，可以根据不同使用条件，实现精确调制工作频率的特性。本专利技术的电磁波吸收材料的通式为R2Fe17NxCy，通式中R为稀土元素中的Y、Ce、Nd、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu中的任一种或多种的任意组合，χ和y分别为进入晶格间隙位置进行调制的氮、碳原子含量，O < x+y < 9，且χ和y不同时为O ;所述电磁波吸收材料是将所述稀土元素R与铁元素混合熔炼制成R2Fe17型母合金坯，经粗破碎后引入间隙碳原子和/或氮原子对母合金晶体的磁性进行调制而得。本专利技术优选的电磁波吸收材料的化学式为Nd2Fe17N3.3、Nd1.75Sm0.25Fe17N3.5、Nd1.65Sm0.35Fe17C2.5、Nd1.75Sm0.2sFe17N2C2.2。本专利技术通过适当的轻重稀土元素配比后的母合金，在间隙原子(碳和/或氮)的精确调制下，可以实现材料易磁化方向由基面向单轴方向连续过渡，从而满足实际吸波工作环境需要的技术指标。具体的，本专利技术的电磁波吸收材料是通过如下方法制备的:1、将I?4重量份的稀土元素R和3?8重量份的铁元素混合熔炼成铸锭或合金速凝薄片，在900?1100°C热处理2?5天，以此作为适于进行晶体间隙位调制的R2Fe17型母合金还。2、将母合金坯粗破碎为粒径不大于100微米的粉末，在含氮和/或含碳的气体、液体或固体环境中加热处理，得到氮化和/或碳化调制后的电磁波吸收材料R2Fe17NxCy。为了进行有效的晶体间隙晶位调制，从而满足实际应用中对吸波材料的使用频段和带宽要求，上述步骤I中母合金采用的稀土元素种类和轻重稀土元素的配比需根据实际工作所需的电磁波吸收频率和频率宽度进行调节；所引入的间隙原子种类、搭配、引入方式等也应随之调节。上述步骤2中，为了获得平面磁晶各向异性的吸波剂，稀土元素应以轻稀土为主，分子式内间隙原子含量(χ+y)应大于2.5 ;为了获得具有锥面磁晶各向异性的吸波剂，稀土元素适当加入重稀土，尤其应适当增加Sm的含量。为了在具有特定稀土含量比例的材料中获得更高的使用频率，应使间隙原子含量不小于3.3 ;为了获得更宽使用频带的吸收剂，在具有特定稀土含量比例的材料中，在保证合金结构不改变的情况下，应尽量提高间隙原子含量。氮化和/或碳化可在含氮和/或碳的气体、液体或固体(例如甲烷、氨气、纯氮、三聚氰胺、石墨烯、碳纳米管等)中进行，为了使氮和/或碳原子顺利进入晶体间隙晶位，处理温度区间控制在400?700°C范围，时间控制在3?24小时范围内。单一种类间隙原子修正母合金晶格时，为了满足所需间隙原子含量，反应条件的要求为:单一气固相反应时间最短，在500°C以上，不少于3小时。单一液固相反应温度最低，不高于450°C条件下需要6小时以上。单一固固相反应需要将含碳粉末材料与母合金磁粉充分混合后500°C以上反应12小时。将经氮化和/或碳化调制后的合金粉末研磨至亚微米级别(即颗粒至少在某一个维度上的尺寸小于I微米)，作为电磁波吸收剂与石蜡、有机树脂等粘结剂均匀混合，其中磁粉与粘接剂质量比约为4:1或磁粉体积百分数约在35%，经压模成为能在高频、宽频带环境下工作的电磁波吸收体。本专利技术方法制备的稀土 -铁的合金化合物对IGHz至10GHz频段的电磁波有较强吸收能力，通过引入晶格间隙位的N、C原子对母合金晶体的磁性进行调制，使其磁晶各向异性具有从平面方向到轴向可以连续过渡的特征，其饱和磁化强度则随磁晶格各向异性的变化亦有显著的可变范围(见图5)。将调制后的合金粉末进一步研磨细化，获得具有亚微米尺度颗粒度分布的粉末，该粉末作为电磁波吸收剂具有吸收能力强、工作频段宽的特性，而且频段位置可以根据使用条件加以调节，能有效满足民用和军用领域的电磁波吸收需求。【附图说明】图1为实施例1所制备材料的电磁波吸收频谱曲线。图2为实施例2所制备材料的电磁波吸收频谱曲线。图3为实施例3所制备材料的电磁波吸收频谱曲线。图4为实施例4所制备材料的电磁波吸收频谱曲线。图5为平面(a)、锥面(b)和单轴(C)各向异性磁粉取向图。【具体实施方式】下面通过实施例对本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电磁波吸收材料，通式为R2Fe17NxCy，其中R为稀土元素Y、Ce、Nd、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Lu中的任一种或多种的任意组合，x和y分别为进入晶格间隙位置的氮、碳原子含量，0≤x+y≤9，且x和y不同时为0；所述电磁波吸收材料是将所述稀土元素R与铁元素混合熔炼制成R2Fe17型母合金坯，经粗破碎后引入间隙碳原子和/或氮原子对母合金晶体的磁性进行调制而得。
【技术特征摘要】
1.一种电磁波吸收材料，通式为R2Fe17NxCy，其中R为稀土元素Y、Ce、Nd、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Lu中的任一种或多种的任意组合，χ和y分别为进入晶格间隙位置的氮、碳原子含量，O < x+y < 9,且χ和y不同时为O ;所述电磁波吸收材料是将所述稀土元素R与铁元素混合熔炼制成R2Fe17型母合金坯，经粗破碎后引入间隙碳原子和/或氮原子对母合金晶体的磁性进行调制而得。2.如权利要求1所述的电磁波吸收材料，其特征在于，所述电磁波吸收材料选自下列材料中白勺一种=Nd2Fe17N3.3、Nd1.75Sm0.25Fe17N3,5、Nd1.65Sm0.35Fe17C2.5 和 Nd1.75Sm0.2sFe17N2C2.2。3.如权利要求1所述的电磁波吸收材料，其特征在于，所述电磁波吸收材料通过如下方法制备得到: 1)将I?4重量份的稀土元素R和3?8重量份的铁元素混合熔炼成铸锭或合金速凝薄片，在900?1100°C热处理2?5天，得到适于进行晶体间隙位调制的R2Fe17型母合金坯； 2)将母合金坯粗破碎为粒径不大于100微米的粉末，在含氮和/或含碳的气体、液体或固体环境中加热处理，得到氮化和/或碳化调制后的电磁波吸收材料R2Fe17NxCy。4.一种电磁波吸收体,包含权利要求1?3任一所述的电磁波吸收材料与粘结剂，由研磨至亚微米级别的所述电磁波吸收材料粉末与粘结剂均匀混合并压模而成。5.一种电磁波吸收...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘顺荃，王常生，杨金波，韩景智，杜红林，杨应昌，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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