一种金属粉末电磁波吸收剂及其制备方法 技术领域 本发明涉及电磁波吸收剂和电磁波吸收材料的研究领域， 公开了一种金属粉末电 磁波吸收剂及其制备方法。
背景技术 随着科技的进步， 电子化、 信息化技术的应用得到迅速发展， 各种现代电子设备如 无线电广播、 电视、 手机等快速普及， 人们所使用和依赖的信息系统越来越多。电子设备辐 射、 泄露的电磁波威胁着人类的健康与安全 ； 信息系统都是借助于数字化信号传递的， 很容 易受电磁波干扰而产生误差。 已经发现电子和信息设备的辐射电磁波产生的电磁波干扰可 以引起明显的医疗和通讯等故障。 因此， 如何把电磁波干扰造成的危害降低到最小程度， 在 民用、 保护人体健康方面都具有重要的意义。
虽然防止电磁波干扰和泄露的技术种类很多， 但较普遍采用的方法是使用电磁波 吸收材料。电磁波吸收材料通常是由无机吸收剂与塑料、 橡胶、 胶粘剂、 涂料等高分子有机 基体组成， 高分子基体是吸收剂的载体， 吸收剂提供了电磁波吸收所需要的电磁性能， 是决 定吸波性能优劣的关键组分。电磁波吸收剂按损耗机理分为两类 ： (1) 介电损耗类吸收剂， 如炭黑、 碳纤维、 石墨和 SiC 纤维等 ； (2) 磁损耗类吸收剂， 如铁氧体、 羰基铁粉和金属微粉 等。介电损耗类吸收材料厚度大， 吸收频带窄， 性能相对较差 ； 而磁性吸收剂由于具有高的 磁导率和磁损耗， 吸波频带宽且厚度薄。中国专利 CN1923413 对磁性吸收剂表面包裹了一 层高电阻率的包覆膜， 降低了其介电常数 ； 中国专利 CN1292632C 提供了一种包括软磁材料 的扁平粉末和粘结材料的电磁波吸收剂 ； 中国专利 CN101328534 采用熔体快淬工艺、 高能 球磨处理工艺和真空热处理工艺制备了薄片状纳米品微波吸收剂， 具有较高微波磁导率和 磁损耗。 已有公开文献表明 ： 提高金属磁性粉体的磁导率和磁损耗， 将有助于改善其电磁波 吸收性能， 这给吸收剂的发展提供了新的研究方向。
发明内容 本发明的目的是提供一种具有高磁导率和磁损耗的金属粉末电磁波吸收剂， 本发 明的另一目的是提供上述吸收剂的制备方法。
本发明的技术方案为 ： 发明人在经过大量研究和实验后发现 ： 羰基铁和软磁合金 FeNiMo 具有高的磁导率和磁损耗 ； 金属单质原料 Fe、 Ni 和 Mo 利用机械合金化反应可实现 金属合金 FeNiMo 的制备 ； 羰基铁和 FeNiMo 在经过机械力作用后磁导率和磁损耗可得到进 一步提高 ； 基于上述发现完成本发明。
本发明的具体技术方案为 ： 一种金属粉末电磁波吸收剂， 其特征在于化学成分及 质量百分含量分别为 ： Fe， 80 ～ 90％ ； Mo， 2 ～ 5％ ； Ni， 5 ～ 18％ ； 且 Fe+Ni， 95％～ 98％。
本发明所述的金属粉末电磁波吸收剂的粒度范围优选为 0.1-50 微米 ； 其物相组 成由 Fe 与 FeNiMo 组成。
本发明还提供了制备上述金属粉末电磁波吸收剂的方法， 其具体步骤如下 ：
1) 配料
根据质量百分含量分别为 ： Fe， 80 ～ 90 ％ ； Mo， 2 ～ 5％ ； Ni， 5 ～ 18 ％ ； 且 Fe+Ni， 95％～ 98％， 称量 Fe 粉、 Mo 粉和 Ni 粉 ； 按照粉末与磨球重量比为 1 ∶ 8 ～ 30 称量原料粉 末和研磨球 ；
2) 装料
将步骤 1) 称量得到的原料粉末与研磨球放入球磨罐中， 密闭球磨罐后， 先抽真空 再冲入惰性保护气体 ；
3) 球磨
将球磨罐放到球磨机上球磨， 进行机械合金化反应 20 ～ 80 小时 ；
4) 出料
将步骤 3) 中球磨完成的球磨罐冷却， 打开球磨罐后用分离筛分离研磨球与粉末， 所得粉末即为金属粉末电磁波吸收剂。
优选上述 Fe 粉是羰基铁粉， 粒度范围 1 ～ 10 微米 ； Ni 粉和 Mo 粉是雾化还原粉末， 粒度范围 0.1 ～ 50 微米。原料粉的纯度为 98.5％～ 100％。
所述的球磨罐为不锈钢材质 ； 所述的研磨球至少为不锈钢球或碳化钨球中的一 种； 研磨球的个数比为 ： 大球∶中球∶小球＝ 1 ∶ 1 ～ 2 ∶ 2 ～ 3.5 ； 研磨球的直径比为 ： 大 球∶中球∶小球＝ 1 ∶ 0.6 ～ 0.8 ∶ 0.2 ～ 0.4 ； 大球直径∶球磨罐内径＝ 1 ∶ 4 ～ 6 ； 抽 真空后球磨罐内的气压为 50 ～ 133Pa ； 惰性保护气体至少为氩气、 氦气或氮气中的一种 ； 充 入惰性气体后球磨罐内的压力 ： 0.09 ～ 0.11MPa。 所述的球磨机为振动球磨机或者行星球磨机 ； 球磨时间为 20 ～ 80 小时 ； 球磨机 为振动球磨机时， 振动频率为 30 ～ 50Hz， 振幅为 5 ～ 30mm ； 球磨机为行星磨时， 公转速度∶ 自转速度＝ 1 ∶ 1.2 ～ 2.2， 公转转速 200 ～ 500 转 / 分钟。
所述的步骤 4 中分离筛的筛孔尺寸优选为 40 目～ 200 目。
有益效果 ：
(1) 本发明所提出的金属粉末电磁波吸收剂的制备方法， 以市售羰基铁粉、 还原 Ni、 Mo 粉为原料， 采用机械合金化工艺可制备同时具有 Fe 和 FeNiMo 两种物相组成的金属 粉末电磁波吸收剂， 工艺简单、 操作方便、 可以通过改变球磨时间调整粉末的粒度和形状。
(2) 本发明由于采用了机械合金化制备工艺， 且同时含有两种具有高磁导率和磁 损耗的物相， 因此， 制备的金属粉末电磁波吸收剂具有更高的磁导率和磁损耗。 磁导率和磁 损耗的大小可以通过改变 Fe、 Ni 和 Mo 的含量来调节。
附图说明
图 1 为例 1 所制备金属粉末电磁波吸收剂典型的 X 射线衍射谱图 ；
图 2 为例 1 所制备金属粉末电磁波吸收剂典型的 SEM 照片 ；
图 3 实施例 1 所制备金属粉末电磁波吸收剂与环氧树脂所形成的吸波材料的磁导 率和磁损耗 ； 其中 a1 为磁导率曲线， b1 为磁损耗曲线 ；
图 4 实施例 2 所制备金属粉末电磁波吸收剂与环氧树脂所形成的吸波材料的磁导 率和磁损耗 ； 其中 a2 为磁导率曲线， b2 为磁损耗曲线 ；
图 5 实施例 3 所制备金属粉末电磁波吸收剂与环氧树脂所形成的吸波材料的磁导率和磁损耗 ； 其中 a3 为磁导率曲线， b3 为磁损耗曲线 ；
图 6 实施例 4 所制备金属粉末电磁波吸收剂与环氧树脂所形成的吸波材料的磁导 率和磁损耗 ； 其中 a4 为磁导率曲线， b4 为磁损耗曲线。 具体实施方式
实施例 1 ：
1) 按照 Fe ： 80％ ； Mo ： 2％ ； Ni ： 18％的比例称量原料粉末 50g， 按照粉末与研磨球 ＝ 1 ∶ 10 称量不锈钢球 500g。
2) 将步骤 1) 称量的粉末和研磨球放入直径 10cm、 高度 10cm 的不锈钢球磨罐中， 抽真空 (133Kpa) 后冲入氩气 (0.1Mpa)。研磨球的个数比为 ： 大球 / 中球 / 小球＝ 1/1/2 ； 研磨球的直径比为 ： 大球 / 中球 / 小球＝ 1/0.6/0.3 ； 大球直径 / 球磨罐内径＝ 1/4。
3) 将球磨罐放到行星球磨机上球磨， 球磨机公转 / 自转＝ 1 ∶ 2， 公转转速 250 转 / 分钟， 机械合金化反应 40 小时。
4) 球磨 40 小时后将球磨罐冷却， 打开球磨罐后用 40 目分离筛筛分得到金属粉末 电磁波吸收剂。所制备电磁波吸收剂的 XRD 和 SEM 图谱分别如图 1 和图 2 所示。从图 1 可 以看出， 所制备电磁波吸收剂同时含有 Fe 和 FeNiMo 两种物相。从图 2 可以看出， 所制备电 磁波吸收剂为扁平状。
按照吸收剂的体积分数为 40％制备环氧树脂基吸波材料， 测量其在 1-18GHz 时的 磁导率和磁损耗， 见图 3。 从图 3 可以看出， 随着频率的增大， 所制备吸波材料的磁损耗先增 大后减小， 在 3.2GHz 附近具有最大值 4.22 ； 在 1GHz 处， 所制备吸波材料的磁导率为 4.78， 随着频率的增加， 磁导率逐渐降低。
实施例 2 ：
1) 按照 Fe ： 85％ ； Mo ： 2％ ； Ni ： 13％的比例称量原料粉末 25g， 按照粉末与研磨球 ＝ 1 ∶ 20 称量碳化钨球 500g。
2) 将步骤 1) 称量的粉末和研磨球放入直径 10cm、 高度 10cm 的不锈钢球磨罐 中， 抽真空 (100Kpa) 后冲入氩气 (0.1Mpa)。研磨球的个数比为 ： 大球 / 中球 / 小球＝ 1/1.2/2.2 ； 研磨球的直径比为 ： 大球 / 中球 / 小球＝ 1/0.7/0.4 ； 大球直径 / 球磨罐内径＝ 1/5。
3) 将球磨罐放到行星球磨机上球磨， 球磨机公转 / 自转＝ 1 ∶ 2， 公转转速 300 转 / 分钟， 机械合金化反应 60 小时。
4) 球磨 60 小时后将球磨罐冷却， 打开球磨罐后用 80 目分离筛筛分得到金属粉末 电磁波吸收剂。
按照吸收剂的体积分数为 40％制备环氧树脂基吸波材料， 测量其在 1-18GHz 时的 磁导率和磁损耗， 见图 4。 从图 4 可以看出， 随着频率的增大， 所制备吸波材料的磁损耗先增 大后减小， 在 3.2GHz 附近具有最大值 4.50 ； 在 1GHz 处， 所制备吸波材料的磁导率为 4.76， 随着频率的增加， 磁导率逐渐降低。
实施例 3 ：
1) 按照 Fe ： 90％ ； Mo ： 2％ ； Ni ： 8％的比例称量原料粉末 50g， 按照粉末与研磨球＝ 1 ∶ 10 称量不锈钢球 500g。2) 将步骤 1) 称量的粉末和研磨球放入直径 10cm、 高度 10cm 的不锈钢球磨罐中， 抽真空 (133Kpa) 后冲入氩气 (0.09Mpa)。研磨球的个数比为 ： 大球 / 中球 / 小球＝ 1/2/3 ； 研磨球的直径比为 ： 大球 / 中球 / 小球＝ 1/0.6/0.3 ； 大球直径 / 球磨罐内径＝ 1/4。
3) 将球磨罐放到振动磨上球磨， 球磨机振幅 10mm， 振动频率 40Hz， 机械合金化反 应 40 小时。
4) 球磨 40 小时后将球磨罐冷却， 打开球磨罐后用 40 目分离筛筛分得到金属粉末 电磁波吸收剂。
按照吸收剂的体积分数为 40％制备环氧树脂基吸波材料， 测量其在 1-18GHz 时的 磁导率和磁损耗， 见图 5。 从图 5 可以看出， 随着频率的增大， 所制备吸波材料的磁损耗先增 大后减小， 在 3.1GHz 附近具有最大值 4.02 ； 在 1GHz 处， 所制备吸波材料的磁导率为 4.76， 随着频率的增加， 磁导率逐渐降低。
实施例 4 ：
1) 按照 Fe ： 90％ ； Mo ： 5％ ； Ni ： 5％的比例称量原料粉末 25g， 按照粉末∶研磨球＝ 1 ∶ 20 称量碳化钨球 500g。
2) 将步骤 1) 称量的粉末和研磨球放入直径 10cm、 高度 10cm 的不锈钢球磨罐 中， 抽真空 (50Kpa) 后冲入氩气 (0.11Mpa)。研磨球的个数比为 ： 大球 / 中球 / 小球＝ 1/1.2/2.2 ； 研磨球的直径比为 ： 大球 / 中球 / 小球＝ 1/0.7/0.4 ； 大球直径 / 球磨罐内径＝ 1/5。 3) 将球磨罐放到振动磨上球磨， 球磨机振幅 15mm， 振动频率 50Hz， 机械合金化反 应 60 小时。
4) 球磨 60 小时后将球磨罐冷却， 打开球磨罐后用 100 目分离筛筛分得到金属粉末 电磁波吸收剂。
按照吸收剂的体积分数为 40％制备环氧树脂基吸波材料， 测量其在 1-18GHz 时的 磁导率和磁损耗， 见图 6。 从图 6 可以看出， 随着频率的增大， 所制备吸波材料的磁损耗先增 大后减小， 在 3.1GHz 附近具有最大值 4.75 ； 在 1GHz 处， 所制备吸波材料的磁导率为 4.77， 随着频率的增加， 磁导率逐渐降低。