稀土替代鍶鐵氧體及其復(fù)合材料的制備和吸波性能研究.pdf

1、現(xiàn)代微電子技術(shù)的飛速發(fā)展給人們的生活帶來(lái)便利,但是電磁波輻射對(duì)環(huán)境的影響日益增大,因此,具有吸收電磁波功能的材料成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。理想的吸波涂層材料應(yīng)該具有強(qiáng)吸收、寬頻段、厚度薄、質(zhì)量輕的特點(diǎn)。但迄今為止,還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何一種材料能夠完全滿足這些要求。因此,對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行適當(dāng)改性和設(shè)計(jì)就成為了研究的重點(diǎn)。六角晶鍶鐵氧體由于具有高的各向異性場(chǎng)、高飽和磁化強(qiáng)度、高磁損耗、強(qiáng)耐酸堿性以及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于微波吸收材料中,但是單一的

2、鍶鐵氧體仍具有吸收不夠強(qiáng)、吸收頻段比較窄的缺點(diǎn)。本論文旨在研制一種制備工藝簡(jiǎn)單、吸收頻帶更寬和吸收能力更強(qiáng)的新型鍶鐵氧體基復(fù)合材料,并研究相關(guān)的制備科學(xué)問(wèn)題和吸波機(jī)理,為吸波材料的生產(chǎn)和應(yīng)用提供技術(shù)和理論支撐。
　　 論文首先用稀土離子替代的方法,顯著改善了鍶鐵氧體的吸波性能,特別是提高了吸收強(qiáng)度。本文采用了溶膠-凝膠技術(shù)和自蔓延燃燒法相結(jié)合的方法制備鑭、鈰、釹三種離子替代的鍶鐵氧體。研究結(jié)果表明,稀土離子在鍶鐵氧體中的替代量取

3、決于其離子化合價(jià)與離子半徑。正四價(jià)的鈰離子幾乎不能進(jìn)入鍶鐵氧體晶格,而輕稀土元素鑭和釹的正三價(jià)離子替代量分別為0.15和0.1。與氧離子半徑差別較小的鑭離子替代量較高。離子替代使鍶鐵氧體的晶粒尺寸變小,顆粒團(tuán)聚程度減弱；在飽和磁化強(qiáng)度不太降低的情況下,使矯頑力增加；吸波性能大大提高,特別是對(duì)鑭離子,當(dāng)替代量為0.15時(shí),匹配厚度從2.6mm減小到2.3mm,反射損耗從-24dB降低到-37.7dB,10dB帶寬從2.7GHz(6.4-9

4、.1GHz)拓展到4GHz(6-10GHz)。穆斯堡爾譜研究結(jié)果表明:雖然稀土離子替代的是鍶鐵氧體中鍶位,但是對(duì)鐵離子的超精細(xì)場(chǎng),周圍的電子云密度、以及電子軌道都有影響,當(dāng)三價(jià)的鑭離子替代鍶鐵氧體中的二價(jià)鍶離子以后,為了化合價(jià)的平衡,在4f1和2a位,有少部分的鐵離子從三價(jià)變?yōu)槎r(jià)。替代鍶鐵氧體吸波性能提高的因?yàn)槭?晶粒尺寸減小增加了界面損耗；矯頑力增大使磁滯損耗增加；離子替代引起的鐵離子化合價(jià)的改變使介電損耗增加。
　　 為了

5、進(jìn)一步拓展鍶鐵氧體的吸收帶寬,采用了兩步包覆法和一步復(fù)合法制備鋅鐵氧體與鍶鐵氧體復(fù)合粉末。結(jié)果表明,一步復(fù)合法可以有效擴(kuò)展其帶寬,兩步法制備的復(fù)合粉末有少量的α-Fe2O3生成。當(dāng)鋅鐵氧體的質(zhì)量含量為15％時(shí),兩種復(fù)合方法都可以提高吸波性能,但當(dāng)質(zhì)量比增加到30％,吸波性能下降,這是因?yàn)殇\鐵氧體在所研究的頻率范圍內(nèi)本身不具有吸波性能,過(guò)多的鋅鐵氧體使整體復(fù)合材料的性能下降。一步法制備的復(fù)合材料性能更加優(yōu)越,在2.3mm的匹配厚度下,最低

6、反射損耗達(dá)到-35dB,10dB帶寬超過(guò)4GHz,這是由于此種方法制備的復(fù)合材料顆粒比較小,成分更加均勻,相互作用界面更多,并且沒(méi)有α-Fe2O3存在。與純鍶鐵氧體以及替代鍶鐵氧體不同的是,復(fù)合粉末除了存在一個(gè)隨厚度變化的反射損耗峰；另外,在16GHz左右,還存在一位置不隨樣品厚度發(fā)生改變的反射損耗峰,這是由于兩種鐵氧體相互作用引起的。
　　 最后,為了研制出一種吸波性能優(yōu)越并且可以在實(shí)際中應(yīng)用的吸波材料,在前面研究的基礎(chǔ)上,選

7、擇性能最好的替代鐵氧體以及比較好的復(fù)合方式,制備鑭替代鍶鐵氧體與鋅鐵氧體的復(fù)合粉末。并且用以上制備的復(fù)合粉末為吸波劑,選擇實(shí)際應(yīng)用比較多的環(huán)氧樹(shù)脂作為基體,制備吸波劑與基體質(zhì)量比分別為1、1.25、1.5的復(fù)合材料。研究結(jié)果表明,當(dāng)吸波介質(zhì)與基體質(zhì)量比為1.25時(shí),所得復(fù)合材料的吸波性能最好,相對(duì)純鍶鐵氧體有很大提高,匹配厚度從2.6mm減小到2.2mm,最小反射頻率從-24dB降低到-41dB,下降了70％,10dB帶寬從2.7GHz

8、拓寬到5.7GHz,拓寬了一倍以上,展示出該材料的應(yīng)用前景。特別是當(dāng)樣品厚度為1.5mm時(shí),也得到了比較好的吸波性能,這在實(shí)際應(yīng)用中有非常重要意義,滿足了吸波涂層材料要求的吸收強(qiáng),頻帶寬,厚度薄,質(zhì)量輕的特點(diǎn)。
　　 通過(guò)對(duì)鑭替代鍶鐵氧體與鋅鐵氧體復(fù)合粉末的晶體結(jié)構(gòu)、磁性能和穆斯堡爾譜進(jìn)行研究,結(jié)果表明,鑭替代鍶鐵氧體與鋅鐵氧體復(fù)合材料兼具了替代和復(fù)合兩種優(yōu)勢(shì)。由于兩種鐵氧體的復(fù)合,使正尖晶石型的鋅鐵氧體向復(fù)合尖晶石類型轉(zhuǎn)變,并