專利名稱：FeCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維與制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波吸收材料領(lǐng)域，特別涉及一種!^Co合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維與制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
碳纖維導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，密度低，強(qiáng)度和模量高，無(wú)蠕變，耐疲勞，耐腐蝕性，可作為優(yōu)良的的結(jié)構(gòu)吸波材料。從理論上講，良好的微波吸收性能要求材料具有高的電損耗和磁損耗，但碳纖維本身不具有磁性，因此通過(guò)表面鍍覆，在其表面獲得一層磁性鍍層，是使碳纖維材料具備磁損耗性能的一種有效的途徑。相對(duì)于濺射法、 離子鍍膜法、金屬粉末噴涂、金屬涂敷和化學(xué)鍍等表面金屬化方法，電鍍法設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，可連續(xù)生產(chǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。碳纖維表面電鍍Ni、Fe、Cu等單一金屬已有報(bào)道，鍍 M碳纖維已經(jīng)在電磁屏蔽領(lǐng)域獲得應(yīng)用，但是有關(guān)碳纖維表面電鍍磁性合金鍍層以及雙鍍層的研究較少。FeCo合金作為軟磁材料具有一系列優(yōu)異的磁性能，如高飽和磁化強(qiáng)度、高起始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率、磁滯伸縮小、居里溫度高等。文獻(xiàn)報(bào)道i^eCo合金粉體具有良好的微波吸收性能。同時(shí)，表面具有納米結(jié)構(gòu)的CuO被證明具有鐵磁性，表現(xiàn)出優(yōu)異的微波吸收性能。雙鍍層的多界面結(jié)構(gòu)有利于增大材料的微波吸收，因此通過(guò)電鍍法和熱處氧化在碳纖維表面制備出!^Co合金/CuO雙鍍層具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供i^eCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維與制備方法和應(yīng)用。它是通過(guò)電鍍法和熱氧化法在碳纖維表面沉積出均勻的i^eCo合金、CuO雙鍍層的制備方法。 本發(fā)明在常用電鍍裝置上進(jìn)行i^eCo合金和Cu的電鍍，然后在空氣氣氛中進(jìn)行加熱氧化，設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，省時(shí)，適合進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明提供的i^eCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維是在連續(xù)碳纖維表面具有電沉積 FeCo合金和CuO鍍層，具體制備方法是連續(xù)碳纖維作為陰極鐵金屬為陽(yáng)極，在鐵和鈷二價(jià)鹽的溶液中電鍍出i^eCo合金層，然后再分別以純銅為陽(yáng)極和鍍覆!^Co合金后的碳纖維為陰極，在銅鹽的溶液中電鍍出Cu鍍層，加熱氧化使Cu鍍層轉(zhuǎn)變?yōu)镃uO鍍層。所述的連續(xù)碳纖維是聚丙烯腈基連續(xù)碳纖維、浙青或膠粘基連續(xù)碳纖維。所述的 FeCo合金/CuO雙鍍層中!^eCo合金鍍層和CuO鍍層厚度均為0. 5-1. Oym0本發(fā)明提供的一種i^eCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維的制備方法包括如下步驟1)將連續(xù)碳纖維在馬弗爐中450 500°C下保溫氧化15 20min，然后在體積分?jǐn)?shù)為50%的硝酸溶液中浸泡1 池。2)電鍍合金以純金屬鐵板為陽(yáng)極，碳纖維作為陰極。合金鍍液成分為鐵和鈷兩種二價(jià)硫酸鹽濃度均為90 100g/L，硼酸濃度為30 40g/L，十六烷基硫酸鈉濃度為 0. lg/L，pH值用稀硫酸溶液調(diào)節(jié)至3 4。通入直流電流，電流0. 5A，在30 40°C下電磁攪拌，電鍍時(shí)間5min，產(chǎn)物清洗，風(fēng)干。
3)電鍍Cu以純銅片為陽(yáng)極，鍍覆FeCo合金后的碳纖維為陰極。銅鍍液成分為 硫酸銅50g/L，硫酸150g/L，十六烷基硫酸鈉濃度為0. lg/L。電流0. 5A，25°C下電磁攪拌， 電鍍時(shí)間3min，產(chǎn)物清洗，風(fēng)干。4)雙鍍層碳纖維在馬弗爐中加熱至400°C，保溫4h，隨爐冷卻。本發(fā)明提供的FeCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維的應(yīng)用，該材料用于微波吸收材料領(lǐng)域。本發(fā)明在傳統(tǒng)碳纖維單層電鍍改性手段的基礎(chǔ)上，首次提出了 FeCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維，通過(guò)兩次電鍍和熱氧化在碳纖維表面獲得均勻致密的FeCo合金和CuO鍍層。電鍍法加熱氧化法得到的合金、氧化物雙鍍層結(jié)構(gòu)能夠有效改善碳纖維的電磁參數(shù)，優(yōu)化阻抗匹配，減弱合金表面對(duì)電磁波的反射，并且表面柱狀CuO和多鍍層界面結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中均有利于增大對(duì)微波的吸收。此外，對(duì)連續(xù)碳纖維進(jìn)行電鍍加熱氧化，相比其他碳類材料的電磁改性手段，具有工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢(shì)。


圖1為鍍覆Fe-Co合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維的掃描電鏡(SEM)照片。圖2為雙鍍層磁性碳纖維的X射線衍射(XRD)圖。圖3為雙鍍層磁性碳纖維常溫下的磁滯回線。圖4為雙鍍層磁性碳纖維 /石蠟復(fù)合材料(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%)的電磁參數(shù)與理論微波反射損耗。
實(shí)施例碳纖維的前處理首先將連續(xù)碳纖維(聚丙烯腈基連續(xù)碳纖維，大連興科碳纖維有限公司，編號(hào)DLXK2003，每束包含12000根碳纖維單絲，單絲直徑約7 μ m)在馬弗爐中 500°C下保溫15min，然后在40ml體積分?jǐn)?shù)為50%的硝酸溶液中浸泡Ih氧化處理。FeCo合金鍍液的組成為硫酸亞鐵和二價(jià)硫酸鈷濃度均為90g/L，硼酸濃度為 30g/L，十六烷基硫酸鈉濃度為0. lg/L, pH值用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的稀硫酸溶液調(diào)節(jié)至3 4。電鍍FeCo合金以純度為99. 99%的高純鐵板為陽(yáng)極，氧化處理之后的碳纖維作為陰極， 電流0. 5A，35°C下電磁攪拌，電鍍時(shí)間5min。產(chǎn)物用去離子水、酒精依次進(jìn)行清洗，風(fēng)干。Cu鍍液的組成為硫酸銅50g/L，硫酸150g/L，十六烷基硫酸鈉濃度為0. lg/L。電鍍Cu以純度為99. 9999%的純銅片為陽(yáng)極，鍍覆FeCo合金后的碳纖維為陰極，電流0. 5A， 25°C下電磁攪拌，電鍍時(shí)間3min，產(chǎn)物用去離子水、酒精依次進(jìn)行清洗，風(fēng)干。將上一步得到的雙鍍層碳纖維在馬弗爐中加熱至400°C，升溫速度10°C /min，保溫4h，隨爐冷卻，得到FeCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維，F(xiàn)eCo合金鍍層和CuO鍍層厚度均為 0. 5-1. O μ m。所得產(chǎn)物進(jìn)行SEM、XRD、磁性能和電磁參數(shù)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果圖1為SEM形貌照片，a, b分別為FeCo合金碳纖維和FeCo合金/Cu碳纖維，c, d和e為FeCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維，可以看出鍍層均勻致密，熱氧化后得到的CuO表面有直徑約為IOOnm的柱狀CuO生成。圖2中XRD結(jié)果顯示，雙鍍層成分主要為FeCo合金和CuO。圖3常溫下磁滯回線表明FeCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維具有典型的鐵磁性。圖4中a和b分別為雙鍍層磁性碳纖維/石蠟復(fù)合材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，c 為理論微波反射損耗曲線，可以看出該材料在整個(gè)2-lSGHz頻段都具有小于-IOdB的微波損耗，在9. 6GHz處具有最大損耗值，為-47. 56dB，厚度僅為1. 6mm?？梢钥闯鲈撾p鍍層磁性碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的微波吸收性能。
權(quán)利要求
1.一種i^eCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維，其特征在于它是連續(xù)碳纖維表面具有電沉積i^eCo合金和CuO鍍層，具體制備方法是以連續(xù)碳纖維作為陰極鐵金屬為陽(yáng)極，在鐵和鈷二價(jià)鹽的溶液中電鍍出i^eCo合金層，然后再分別以純銅為陽(yáng)極和鍍覆!^Co合金后的碳纖維為陰極，在銅鹽的溶液中電鍍出Cu鍍層，加熱氧化使Cu鍍層轉(zhuǎn)變?yōu)镃uO鍍層。
2.按照權(quán)利要求1所述的i^eCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維，其特征在于所述的!^Co 合金/CuO雙鍍層中i^eCo合金鍍層和CuO鍍層厚度均為0. 5-1. O μ m。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的i^eCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維，其特征在于所述的連續(xù)碳纖維是聚丙烯腈基連續(xù)碳纖維、浙青或膠粘基連續(xù)碳纖維。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的i^eCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維，其特征在于表層的 CuO具有直徑約為IOOnm的柱狀結(jié)構(gòu)。
5.一種權(quán)利要求1所述的!^Co合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)將連續(xù)碳纖維在馬弗爐中450 500°C下保溫15 20min，然后在體積分?jǐn)?shù)為50% 的硝酸溶液中浸泡1 池；2)以純度為99.99%的金屬板為陽(yáng)極，連續(xù)碳纖維作為陰極，通入直流電流，電流 0. 5A，在30 40°C下攪拌，電鍍時(shí)間5min，電鍍完成的碳纖維用去離子水和酒精分別沖洗， 風(fēng)干；電鍍液為硫酸亞鐵和二價(jià)硫酸鈷濃度均為90 100g/L，硼酸濃度為30 40g/L， 十六烷基硫酸鈉濃度為0. lg/L，pH值用稀硫酸溶液調(diào)節(jié)至3 4 ；3)以純度為99.9999%的金屬Cu板為陽(yáng)極，電鍍i^eCo合金碳纖維作為陰極，通入直流電流，電流0. 5A，在25°C下攪拌，電鍍時(shí)間3min，電鍍完成后用去離子水和酒精分別沖洗， 風(fēng)干；Cu鍍液為硫酸銅45 55g/L，硫酸150g/L，十六烷基硫酸鈉濃度為0. lg/L ；4)電鍍銅后碳纖維在馬弗爐中加熱至380 420°C，升溫速度10°C/min,保溫3 5h， 隨爐冷卻。
6.權(quán)利要求1所述的!^Co合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維在微波吸收材料上的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種FeCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維與制備方法和應(yīng)用。采用傳統(tǒng)電鍍手段在經(jīng)過(guò)前處理后的連續(xù)碳纖維表面先后電鍍FeCo合金和Cu鍍層，經(jīng)過(guò)熱氧化形成CuO鍍層，并且表面生成直徑約為100nm的柱狀CuO。通過(guò)合金、氧化物雙鍍層來(lái)改善碳纖維的電磁參數(shù)，改性后的磁性碳纖維具有寬頻、高強(qiáng)度的微波吸收性能，在2-18GHz頻率段均具有小于-10dB的微波損耗，在頻率為9.6GHz時(shí)，厚度僅為1.6mm的復(fù)合材料表現(xiàn)出最大微波吸收值，為-47.56dB。本發(fā)明提供的磁性碳纖維具有均勻、致密的磁性雙鍍層，制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，微波吸收性能優(yōu)異，可作為新型的低密度微波吸收材料。
文檔編號(hào)D06M11/83GK102154816SQ20111002268
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者萬(wàn)怡灶, 王雷 申請(qǐng)人:天津市飛榮達(dá)科技有限公司