幾種介電-鐵磁復(fù)合粉體的制備工藝及電磁性能研究.pdf

1、本文以獲得性能良好的電磁波吸收材料為目的，通過在Al18B4O33晶須和SiC晶須表面化學(xué)鍍亞微米 Co或 CoFe合金鍍層制備了 Al18B4O33w/Co、Al18B4O33w/CoFe、SiCw/Co三種介電/鐵磁復(fù)合粉體，并通過熱處理對其進(jìn)行了成分結(jié)構(gòu)調(diào)控。通過XRF、SEM、XRD、EDS對復(fù)合粉體的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表證；通過VSM、PPMS、微歐計(jì)、VNA等方法對復(fù)合粉體的電磁性能進(jìn)行了測試，并基于測試結(jié)果由傳輸線定理

2、評價(jià)了含復(fù)合粉體涂層的電磁波吸收性能。通過研究獲得了各成分結(jié)構(gòu)因素對電磁性能的影響規(guī)律并初步分析了影響機(jī)理。為了準(zhǔn)確可靠地計(jì)算材料的磁導(dǎo)率，本文還建立了MRC-BEMT方法。
　　化學(xué)鍍工藝研究表明，鍍液的 pH值和溫度不僅影響化學(xué)鍍的工藝效率和反應(yīng)速度，還顯著影響鍍層的成分并進(jìn)而影響其晶體結(jié)構(gòu)。隨著鍍液中Fe2+相對含量的增加，化學(xué)鍍CoFe工藝的效率下降；CoFe合金的成分受鍍液中Co2+、Fe2+相對含量的控制，所有成分的C

3、oFe合金鍍層均為非晶態(tài)。各成分鍍層的微觀結(jié)構(gòu)相似，均呈現(xiàn)“顆粒堆積”的特征；鍍層生長行為和形貌、結(jié)構(gòu)還受到基體晶須表面潤濕性及預(yù)處理工藝的影響。
　　氫熱處理使化學(xué)鍍層變得致密光滑，還原生成的金屬原子的擴(kuò)散是鍍層形貌和結(jié)構(gòu)演變的主要途徑，而表面能的下降則是形貌演變的驅(qū)動(dòng)力。厚度較薄、結(jié)合強(qiáng)度低的鍍層在氫熱處理過程中容易破壞并轉(zhuǎn)變?yōu)楣铝㈩w粒。在Ar中熱處理時(shí)，鍍Co層形貌變化不明顯。鍍Co層及鍍CoFe層的晶化較為迅速，當(dāng)熱處理溫

4、度較高或時(shí)間較長時(shí)，鍍層中會(huì)發(fā)生相變。
　　Co的引入使陶瓷晶須/鈷復(fù)合粉體具有很好的電磁性能，經(jīng)適當(dāng)熱處理之后介電/鐵磁復(fù)合粉體的電磁性能進(jìn)一步提高。分析認(rèn)為，熱處理過程中復(fù)合粉體介電常數(shù)的提高和介電弛豫的出現(xiàn)主要源于鍍層電阻率的下降，而鍍層飽和磁化強(qiáng)度的升高和鍍層中交換耦合作用的增強(qiáng)則是磁導(dǎo)率提高的主要原因。鍍層電阻率高于5×10-3?·cm量級時(shí)，渦流對磁導(dǎo)率的影響不明顯，電阻率低于5×10-2?·cm時(shí)復(fù)合粉體中發(fā)生介電弛

5、豫。鍍層的晶體結(jié)構(gòu)對其磁導(dǎo)率的頻譜特性有一定影響。
　　Al18B4O33w/CoFe復(fù)合粉體在400℃氫熱處理時(shí)，電磁性能變化不大；在更高溫度熱處理時(shí)其磁導(dǎo)率明顯提高，但是電阻率下降緩慢、介電常數(shù)變化不大。SiCw晶須獨(dú)特的形狀和電性能引發(fā)了奇異的電磁共振行為，其具體原因尚不清楚。
　　Al18B4O33w/Co復(fù)合粉體的電磁波吸收性能隨 Co含量的增加和熱處理時(shí)間的延長先升高后降低，Co含量過高或鍍層電阻率過低時(shí)復(fù)合粉體

6、的吸波效率較低。以適當(dāng)熱處理的 Al18B4O33w/Co復(fù)合粉體為吸收介質(zhì)制備的涂層具有優(yōu)異的電磁波吸收性能，本文中典型涂層的最大損耗為78 dB，大于10 dB的有效吸收帶寬大于3.5 GHz，匹配厚度約為2 mm。SiCw/Co復(fù)合粉體的吸波性能與Al18B4O33w/Co相近，Al18B4O33w/CoFe復(fù)合粉體的吸波性能較差。
　　本文建立的MRC-BEMT方法有效消除了Bruggeman方程在低填充率復(fù)合材料中應(yīng)用時(shí)