本發(fā)明涉及一種電磁波吸收材料，特別涉及利用原子(Si,R等)替代方法對材料特性加以精確調(diào)制以后，專門適用于在高于1G赫茲頻段的高頻、寬頻帶環(huán)境要求下工作的電磁波材料，其中R為稀土元素Y、Ce、Nd、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Lu。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代社會人們對電磁波的應(yīng)用領(lǐng)域、使用頻段的不斷擴展和提高，以對電磁波的輻射防護和能量吸收為目的，開發(fā)新型、高效的電磁波吸收材料(簡稱吸波材料)，成為研究人員日益緊迫的挑戰(zhàn)。從民用方面的電磁污染治理、電磁輻射防護；到軍事應(yīng)用方面，針對雷達信號的隱身技術(shù)；以及在科研領(lǐng)域，為精密測試、保密研發(fā)開展的電磁屏蔽與防護，都迫切需要的相關(guān)工程材料、結(jié)構(gòu)材料、儀器配件等本身或其表面層材質(zhì)，具有電磁波吸收特性。從而保證人員和儀器不被干擾和損害，或是在軍事對抗中通過電子“隱身”占領(lǐng)先機。

目前廣泛使用的磁性吸波材料是鐵氧體材料。“Broadband and thin microwave absorber of nickel-zinc ferrite/carbonyl iron”(Journal of Alloys and Compounds 487(2009)708-711)公開了鐵氧體和金屬顆粒的吸波復(fù)合材料；“Dependence ofMicrowave Absorbing Property on Ferrite Volume Fraction in MnZn Ferrite-RubberComposites”(D.Y.Kim，Y.C.Chung，T.W.Kang，and H.C.Kim IEEETRANSACTIONS ONMAGNETICS，VOL 32，NO 2，MARCH 1996)公開了鐵氧體的電磁波吸波材料。然而，鐵氧體材料的飽和磁化強度較低，受到Snoek極限限制，難以獲得更高共振頻率與磁導(dǎo)率。

稀土—過渡族金屬間化合物中的長期被作為缺乏研究前途的基面磁晶各向異性材料在高頻電磁波吸收領(lǐng)域近期成為研究熱點?？萍颊撐腫1-3]報導(dǎo)了Nd(Fe_1-xCo_x)₁₀V₂、Sm₂Fe₁₄B、Ce₂Fe₁₇N_x吸波材料([1]X.Liu,Q.Liang,F.S.Li,J.Phys.D:43,165004(2010).[2]R.Han,H.B.Yi,J.Q.Wei,L.Qiao,Appl.Phys.A 108,665(2012).[3]L.Z.Li,J.Z.Wei,Y.H.Xia,R.Wu,C.Yun,Y.B.Yang,W.Y.Yang,H.L.Du,J.Z.Han,S.Q.Liu,Y.C.Yang,C.S.Wang,J.B.Yang,Appl.Phys.Lett.105,022902(2014).)。中國發(fā)明專利201010230672.3公開了平面型2:17稀土-過渡族金屬間化合物電磁波吸收材料，材料的易磁化方向與C軸垂直。中國發(fā)明專利201010230671.9公開了由稀土元素和鐵氮構(gòu)成的2∶17相的材料，材料通式為R₂Fe₁₇N₃。這些工作的吸波材料相對于鐵氧體材料來說都有了顯著的性能改善。

但現(xiàn)有的稀土—過渡族金屬間化合物吸波材料與相應(yīng)技術(shù)在以下一個或幾個方面仍存在不足之處：1.最佳工作頻率偏低，尤其是在4GHz以上的頻段，難以達到有效吸收強度；2.工作頻段范圍窄，尤其是能夠達到有效吸收率(<-10dB)的帶寬范圍偏??；3.制作工藝復(fù)雜，尤其是需要做氮化處理的材料；4.穩(wěn)定性較差，經(jīng)過氮化處理的材料，在經(jīng)歷高溫后會分解，從而失去應(yīng)有的吸波性能。這些情況使得現(xiàn)有的稀土—過渡族金屬間化合物吸波材料在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域仍面臨較大困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明的目的在于提供一種電磁波吸收材料及其制備方法。該材料可以在較薄匹配厚度對1GHz以上高頻電磁波具有顯著較強的吸收能力；并且利用本發(fā)明提供的材料組分和制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)精確調(diào)制最佳工作頻率的特性。

具體地，本發(fā)明通過適當(dāng)?shù)妮p重稀土元素配比與適當(dāng)?shù)腇e、Si元素配比制成合金，可以實現(xiàn)材料易磁化方向在基面內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動，調(diào)制軸向各向異性與基面內(nèi)各向異性、飽和磁化強度、居里溫度以及材料的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，從而滿足實際吸波工作環(huán)境需要的技術(shù)指標。

本發(fā)明的電磁波吸收材料的通式為R_2-x(Fe,Si)_17+2x(x≥0)，通式中R為稀土元素Y、Ce、Nd、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu中的任一種或多種的任意組合，括號中Fe元素與Si元素成互相替代關(guān)系。根據(jù)需要，Si與Fe的原子比例一般在0:1至1:2之間。所述電磁波吸收材料是將稀土元素R與Fe、Si元素混合熔煉制成R_2-x(Fe,Si)_17+2x型合金坯，經(jīng)退火處理后研磨制成電磁波吸收磁粉，最后將磁粉與絕緣材料按一定比例充分混合(混合質(zhì)量比一般在1:1至6:1之間)，制成電磁波吸波材料。

具體地，本發(fā)明的電磁波吸收材料制備過程為：

1、將2-x重量份的稀土元素R(上述任一種或多種稀土的任意組合)原料和17+2x重量份的Fe、Si原料混合熔煉成鑄錠；

2、在保護氣氛下，將鑄錠進行退火處理；

3、將退火處理后的合金破碎、研磨至亞微米級別(即顆粒至少在某一個維度上的尺寸小于1微米)，即得到可以作為吸收劑的材料。

優(yōu)選地，步驟2)在Ar氣環(huán)境下進行退火熱處理，退火處理的溫度控制在900～1100℃，時間為2～5天。

優(yōu)選地，為了獲得飽和磁化強度較高的吸波劑，稀土元素應(yīng)以輕稀土為主。

優(yōu)選地，變化Fe與Si元素配比可以調(diào)制軸向與基面各向異性場，從而獲得可調(diào)制的最優(yōu)電磁波吸收頻率。

優(yōu)選地，為了降低吸收劑電導(dǎo)率以增強電磁匹配、獲得較寬頻帶并提高吸波劑在高頻區(qū)域的吸波強度，可適當(dāng)增加Si含量。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的電磁波吸收材料可以在較薄匹配厚度對1GHz以上高頻電磁波具有顯著較強的吸收能力；并且利用本發(fā)明提供的材料組分和制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)精確調(diào)制最佳工作頻率的特性。

附圖說明

圖1為實施例1所制備復(fù)合材料不同厚度的電磁波反射損耗曲線。

圖2為實施例2所制備復(fù)合材料不同厚度的電磁波反射損耗曲線。

圖3為實施例3所制備復(fù)合材料不同厚度的電磁波反射損耗曲線。

圖4為實施例4所制備復(fù)合材料不同厚度的電磁波反射損耗曲線。

圖5為實施例5所制備四種復(fù)合材料的電磁頻譜曲線。

圖6為實施例5所制備四種復(fù)合材料厚度為1.00毫米時的電磁波反射損耗曲線。

圖7為實施例1-5所制備8種合金磁粉XRD圖譜。

具體實施方式

下面通過實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

實施例1：

按Nd_1.90Fe_15.29Si_1.91元素配比，制備具有完全平面各向異性的合金，1000℃熱處理2天，破碎為粒徑為50-100微米的粗粉。將得到的粉末進一步在汽油和助磨劑(油酸3％Vol)溶液中球磨12小時。球磨出料后瀝去液體，烘干磁粉，磁粉與石蠟質(zhì)量比1:1均勻混合，粘結(jié)壓模成內(nèi)徑為3.04毫米，外徑為7.00毫米的圓柱環(huán)，圓柱環(huán)厚度為3.00毫米。在安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上測量電磁性質(zhì)。根據(jù)所測電磁參數(shù)，經(jīng)計算可得到不同厚度(1.0mm，1.4mm，2.0mm，2.9mm，6mm)復(fù)合材料對應(yīng)的電磁波反射損耗曲線，如圖1所示。

實施例2：

按Sm_0.57Gd_1.33Fe_17.20元素配比，制備具有完全平面各向異性的合金，1080℃熱處理1天，破碎為粒徑為50-100微米的粗粉。將得到的粉末進一步在汽油和助磨劑(油酸3％Vol)溶液中球磨12小時。球磨出料后瀝去液體，烘干磁粉，磁粉與石蠟質(zhì)量比3:1均勻混合，粘結(jié)壓模成內(nèi)徑為3.04毫米，外徑為7.00毫米的圓柱環(huán)，圓柱環(huán)厚度為3.00毫米。在安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上測量電磁性質(zhì)。根據(jù)所測電磁參數(shù)，經(jīng)計算可得到不同厚度復(fù)合材料(1.0mm，1.5mm，2.3mm，5.0mm)對應(yīng)的電磁波反射損耗曲線，如圖2所示。

實施例3：

按Ce_0.95Ho_0.95Fe_14.33Si_2.87元素配比，制備具有完全平面各向異性的合金，900℃熱處理5天，破碎為粒徑為50-100微米的粗粉。將得到的粉末進一步在汽油和助磨劑(油酸3％Vol)溶液中球磨12小時。球磨出料后瀝去液體，烘干磁粉，磁粉與石蠟質(zhì)量比2:1均勻混合，粘結(jié)壓模成內(nèi)徑為3.04毫米，外徑為7.00毫米的圓柱環(huán)，圓柱環(huán)厚度為3.00毫米。在安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上測量電磁性質(zhì)。根據(jù)所測電磁參數(shù)，經(jīng)計算可得到不同厚度(1.0mm，1.3mm，1.8mm，2.5mm，4.0mm，6.0mm)復(fù)合材料對應(yīng)的電磁波反射損耗曲線，如圖3所示。

實施例4：

按Ce_0.95Er_0.95Fe_14.33Si_2.87元素配比，制備具有完全平面各向異性的合金，900℃熱處理5天，破碎為粒徑為50-100微米的粗粉。將得到的粉末進一步在汽油和助磨劑(油酸3％Vol)溶液中球磨12小時。球磨出料后瀝去液體，烘干磁粉，磁粉與石蠟質(zhì)量比2:1均勻混合，粘結(jié)壓模成內(nèi)徑為3.04毫米，外徑為7.00毫米的圓柱環(huán)，圓柱環(huán)厚度為3.00毫米。在安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上測量電磁性質(zhì)。根據(jù)所測電磁參數(shù)，經(jīng)計算可得到不同厚度(1.0mm，1.5mm，2.0mm，2.5mm，3.8mm，7.0mm)復(fù)合材料對應(yīng)的電磁波反射損耗曲線，如圖4所示。

實施例5：

按Sm_1.50Y_0.50Fe_17-ySi_y(y＝0.00,0.50,1.00,1.50)元素配比，制備四種具有完全平面各向異性的合金，1030℃熱處理1.5天，破碎為粒徑為50-100微米的粗粉。將得到的粉末進一步在汽油和助磨劑(油酸3％Vol)溶液中球磨12小時。球磨出料后瀝去液體，烘干磁粉，磁粉與石蠟質(zhì)量比3:1均勻混合，粘結(jié)壓模成內(nèi)徑為3.04毫米，外徑為7.00毫米的圓柱環(huán)，圓柱環(huán)厚度為3.00毫米。在安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上測量電磁性質(zhì)，如圖5所示。根據(jù)所測電磁參數(shù)，經(jīng)計算可得到四種復(fù)合材料厚度為1.00毫米時的電磁波反射損耗曲線，如圖6所示。

根據(jù)圖1-4可以看出，四種合金粉與石蠟混合制得的復(fù)合材料在某一頻率區(qū)間都表現(xiàn)出較好的電磁波吸收性能，電磁波最佳吸收頻率和厚度隨復(fù)合材料種類變化。

根據(jù)圖5可以看出，Sm_1.50Y_0.50Fe_17-ySi_y(y＝0.00,0.50,1.00,1.50)與石蠟制得的四種復(fù)合材料的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)表現(xiàn)出明顯的吸收峰，且吸收峰對應(yīng)的頻率隨Si含量增加而增大；另外，磁導(dǎo)率實數(shù)部分隨Si含量增加變化不大，而介電常數(shù)實數(shù)部分隨Si含量增加明顯下降，這有利于實現(xiàn)較高水平的阻抗匹配。

根據(jù)圖6可以看出，對于厚度均為1.00毫米的四種Sm_1.5Y_0.5Fe_17-ySi_y(y＝0.00,0.50,1.00,1.50)與石蠟制得的復(fù)合材料，最大反射損耗及最大反射損耗對應(yīng)的頻率均隨Si含量增加而增大。

根據(jù)圖7可以看出，8種合金磁粉均成良好的“Th₂Zn₁₇型”或“Th₂Ni₁₇型”結(jié)構(gòu)。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準。