一种钕铁硼永磁吸波材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种钕铁硼永磁吸波材料及其制备方法，将配料放在中频感应炉内熔炼；将熔炼好的溶液进行速凝浇注，得到速凝甩带片；却后取出；进行室温～1000℃的热处理，再进行破碎，将破碎的粉末过筛，再进行饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁性能参数检测，测试粉末的电磁参数及反射率R；得到吸波材料，该材料在2～18GHz微波波段内有较好的微波吸收特性，且具有多个吸收峰，该方法兼顾了钕铁硼的永磁性能与吸波性能，为钕铁硼的发展开辟了新的方向，该方法具备制备工艺简单、工业化生产技术成熟、便于实现工业化、便于迅速投产。
【专利说明】
一种钕铁硼永磁吸波材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于稀土材料领域，具体涉及一种钕铁硼永磁吸波材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 吸波材料是各国重点开发研究的重要材料之一，它在很多方面都有必不可少的作 用。在军事、民用各方面有广泛的应用。空间人为电磁能量每年增长7%~14%，大量电子设 备释放出来的电磁波充斥空间，电子产品在给人们带来方便的同时，对人身和环境也产生 着无形的伤害，而且电磁干扰，往往易导致设备控制失常，信息误传，飞机导航失误从而给 人类社会造成严重损失，与此同时还可能诱发人体各种恶性疾病及机能障碍。
[0003] 就目前而言，国内外主要以微、超微磁性金属及其合金粉末、导电高聚物和铁氧体 等作为常用的微波吸收材料。
[0004]铁氧体的有效频带窄，在1-18GHZ频段下有较低的饱和磁化强度和较小的微波磁 导率，并且微波吸收能力差，匹配厚度较厚(厘米级）。
[0005] 磁性金属微粉磁吸收剂由于微波磁导率较高和制备方法较多等原因，受到研究者 的广泛关注。
[0006] 钕铁硼材料作为第三代永磁材料，具有高饱和磁化强度，优异的磁性能。研究钕铁 硼永磁材料吸收电磁波具有可行性。科技大发展越来越受到材料的单一性的制约，因而探 索钕铁硼的电磁吸波特性可以使得一种材料具备两种性能。拓宽钕铁硼永磁材料的应用领 域，为一些有特殊要求的生产厂商提供需求。另一方面，多性能材料可降低生产成本，优化 产品性能，为生产带来经济效益。
[0007] 钕铁硼产业化生产技术已经很成熟，且工艺简单，因而研究一种钕铁硼永磁吸波 材料具有十分重要的价值。
【发明内容】
[0008] 针对上述内容中微波吸收材料的不足与钕铁硼吸波材料的优势，本发明提供一种 钕铁硼永磁吸波材料及其制备方法，该材料在2~18GHz微波波段内有较好的微波吸收特 性，且具有多个吸收峰。该方法兼顾了钕铁硼的永磁性能与吸波性能，为钕铁硼的发展开辟 了新的方向。该方法具备制备工艺简单、工业化生产技术成熟、便于实现工业化、便于迅速 投产。
[0009] 实现本发明目的的技术方案是：
[0010] -种钕铁硼永磁吸波材料，其用料及用量的原子百分比为：PrNd:26.2~30%、 ZrFe:0.35~0.6%、NbFe:0.2~0.6%、BFe:5~5.5%、HoFe:4.5~5.5%、GdFe:2.1~ 2.6%、Co :0.2~0.7%、Al:0.5~0.65、Cu:0.11~0.21%、Fe:58.9~60.87。
[0011] 上述钕铁硼永磁吸波材料的制备方法，包含如下步骤：
[0012] 1)配料：以纯度彡99.90%的卩冰(1、2汁6、恥卩6、8卩6、!1〇卩6、6(^6、(：〇、厶1、〇1小6为原 料，按PrNd:26.2~30%、ZrFe:0.35 ~0.6%、NbFe:0.2~0.6%、BFe:5~5.5%、HoFe:4.5~ 5.5%、GdFe:2.1~2.6%、Co:0.2~0.7%、Al:0.5~0.65、Cu :0.11~0.21%、Fe:58.9~ 60.87原子百分比的化学计量式配料；
[0013] 2)将步骤1)中的配料在中频感应炉内熔炼；
[0014] 3)将步骤2)中熔炼好的溶液进行速凝浇注，得到速凝甩带片；
[0015] 4)将步骤3)中的速凝甩带片冷却后取出；
[0016] 5)步骤4)冷却后的速凝甩带片进行室温~1000°C的热处理；
[0017] 6)将步骤5)热处理后的速凝甩带片进行破碎；
[0018] 7)将步骤6)中的粉末过筛；
[0019] 8)检测步骤7)中得到的粉末的饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁性能参数；
[0020] 9)检测步骤7)粉末的电磁参数及反射率R;
[0021] 通过上述步骤得到具有吸收频带宽，较好的微波吸收特性，具有多个吸收峰的钕 铁硼永磁吸波材料，且钕铁硼永磁吸波材料的性能得到改善。
[0022]步骤2)中，将步骤1)中的配料，放置在标准的中频感应炉的坩埚内在氩气保护下 熔炼，为了保证能够得到均勾性好的合金，感应炉真空度达到l(T3Pa、熔炼功率达到400KW、 熔炼温度达到1500°C，熔炼过程包括初步熔炼与二级精炼。为了减少稀土的挥发，将Fe等金 属放置在稀土周围。
[0023] 步骤3)中，将步骤2)中得到的溶液在氩气气氛下进行浇注;所述浇注过程需要控 制浇注速度均匀，中频感应炉中的铜棍的转速35米/秒，铜棍通循环水冷却，使得溶液快速 凝固，控制好甩带片的组织。
[0024] 步骤4)中，将步骤3)中得到的速凝甩带片，冷却至略高于室温后取出。
[0025] 步骤5)中，将步骤4)中取出的速凝甩带片，分别进行2-5小时200°C、400°C、600°C、 800°C、1000°C的真空热处理。
[0026] 步骤6)中，将步骤5)热处理后的甩带片分别取出进行破碎处理，破碎在氢爆炉内 进行，要求经过负压检漏、正压检漏、活化、吸氢、脱氢、冷却后取料，其中要求活化温度控制 在200-400°C之间，活化真空度控制在1.0*10_%，活化时间0.5小时，脱氢时间控制在2-3小 时，冷却取料时保证氮气阀打开，岗位严禁明火。
[0027]步骤7)中，将破碎后得到的粉末进行过筛处理，所述过筛过程在氮气保护下进行， 为使得取粉干净，可以使用震动器，在过筛时边振动边过筛。
[0028] 步骤8)中，测试粉末的磁性能在综合物性测量系统内测量。
[0029] 步骤9)中，检测由步骤2)~7)得到的钕铁硼微粉的电磁参数和反射率R。所述检测 方法需要将合金微粉与石蜡按照4:1的比例混合，将混合物制成外径为7mm，内径为3mm，厚 度在3.0~4.0mm之间的同轴试样。所述检测采用HP8722ES微波矢量网络分析仪，分别测量 试样在2~18GHz频段的复介电常数及复磁导率，所述单层吸波材料的1.0mm~3.0mm反射率 R采用下式计算模拟。
[0031]式中的k为传播常数(
为波阻抗！
其中zQ为真空的波阻抗，μ〇、ε〇和d分别为真空磁导率、真空介电常数和吸波涂层厚度，^和 ε〃分别是复介电常数的实部和虚部，V和μ〃分别为复磁导率的实部和虚部。
[0032]实验结果:钕铁硼磁性微粉经200~1000°C的热处理后，磁性能得到改善，矫顽力 得到大幅提高，同时具有较好的吸波性能，并且吸收频带宽，具有多吸收峰效应，当1000°c 热处理后钕铁硼合金微粉/石蜡复合物厚度为1.8mm时，对微波的反射率峰值最小达到-39.8dB左右，具有较好的宽频效应，尤其在16~18GHz具有优良的吸波效果，吸收率大于 90%，可以作为一种高性能吸波材料。
[0033]钕铁硼甩带片经1000°C热处理2小时后矫顽力得到显著提高.
[0034]钕铁硼粉体在经600°C热处理2小时后，当其合金微粉/石蜡复合物厚度为1.8mm 时，对Ku波段微波的吸收峰值最小可达到-40.0 dB左右。钕铁硼粉体在经800 °C热处理2小时 后，出现两个吸收峰，当其合金微粉/石蜡复合物厚度为1.8mm时，其吸收峰值为-25dB，第二 个吸收峰在16-18GHZ低于-10dB有很好的频宽效果与吸波性能。
[0035]有益效果：
[0036]这种钕铁硼永磁吸波材料在2~18GHz微波波段内有较好的微波吸收特性，且具有 多个吸收峰，这种制备方法兼顾了钕铁硼的永磁性能与吸波性能，为钕铁硼的发展开辟了 新的方向，该方法具备制备工艺简单、工业化生产技术成熟、便于实现工业化、便于迅速投 产。
【附图说明】
[0037]图1是本发明的制备工艺流程图；
[0038] 图 2为（PrNd)28.〇Gdi.2Nb().2Dy().5H〇().iFe67.4Al().5Cu().5C〇().6Bi.()甩带片不同热处理温度 下的磁性能图；
[0039] 图 3为（？冰(1)28.()6(11.2他().2〇7().511〇().正667.4厶1().5(^1().5〇0().6131.()甩带片破碎过筛后吸波 测试结果图；
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图和实施例对本
【发明内容】
作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。 [0041 ] 实施例：
[0042] 制备（卩^(1)28.。6(11.2他。.2〇7。.511〇。.1卩667.4厶1。.5〇11。.5〇0。.6131.。，制备方法包括如下步 骤：
[0043] 1)配料：以纯度彡99.90%的卩冰(1、2汁6、恥卩6、8卩6、!1〇卩6、6(^6、(：〇、厶1、〇1小6为原 料，按PrNd:26.2~30%、ZrFe:0.35 ~0.6%、NbFe:0.2~0.6%、BFe:5~5.5%、HoFe:4.5~ 5.5%、GdFe:2.1~2.6%、Co :0.2~0.7%、Al:0.5~0.65、Cu:0.11~0.21%、Fe:58.9~ 60.87原子百分比的化学计量式配料；
[0044] 2)将步骤1)中的配料在中频感应炉内熔炼；
[0045] 3)将步骤2)中熔炼好的溶液进行速凝浇注，得到速凝甩带片；
[0046] 4)将步骤3)中的速凝甩带片冷却后取出；
[0047] 5)步骤4)冷却后的速凝甩带片进行室温~1000°C的热处理；
[0048] 6)将步骤5)热处理后的速凝甩带片进行破碎；
[0049] 7)将步骤6)中的粉末过筛；
[0050] 8)检测步骤7)中得到的粉末的饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁性能参数；
[0051 ] 9)检测步骤7)粉末的电磁参数及反射率R;
[0052]通过上述步骤得到具有吸收频带宽，较好的微波吸收特性，具有多个吸收峰的钕 铁硼永磁吸波材料，且钕铁硼永磁吸波材料的性能得到改善。
[0053]步骤2)中，将步骤1)中的配料，放置在标准的中频感应炉的坩埚内在氩气保护下 熔炼，为了保证能够得到均勾性好的合金，感应炉真空度达到l(T3Pa、熔炼功率达到400KW、 熔炼温度达到1500°C，熔炼过程包括初步熔炼与二级精炼。为了减少稀土的挥发，将Fe等金 属放置在稀土周围。
[0054]步骤3)中，将步骤2)中得到的溶液在氩气气氛下进行浇注;所述浇注过程需要控 制浇注速度均匀，中频感应炉中的铜棍的转速35米/秒，铜棍通循环水冷却，使得溶液快速 凝固，控制好甩带片的组织。
[0055] 步骤4)中，将步骤3)中得到的速凝甩带片，冷却至略高于室温后取出。
[0056] 步骤5)中，将步骤4)中取出的速凝甩带片，分别进行2-5小时200°C、400°C、600°C、 800°C、1000°C的真空热处理。
[0057]步骤6)中，将步骤5)热处理后的甩带片分别取出进行破碎处理，破碎在氢爆炉内 进行，要求经过负压检漏、正压检漏、活化、吸氢、脱氢、冷却后取料，其中要求活化温度控制 在200-400°C之间，活化真空度控制在1.0*10_%，活化时间0.5小时，脱氢时间控制在2-3小 时，冷却取料时保证氮气阀打开，岗位严禁明火。
[0058]步骤7)中，将破碎后得到的粉末进行过筛处理，所述过筛过程在氮气保护下进行， 为使得取粉干净，可以使用震动器，在过筛时边振动边过筛。
[0059] 步骤8)中，测试粉末的磁性能在综合物性测量系统内测量。
[0060] 步骤9)中，检测由步骤2)~7)得到的钕铁硼微粉的电磁参数和反射率R。所述检测 方法需要将合金微粉与石蜡按照4:1的比例混合，将混合物制成外径为7mm，内径为3mm，厚 度在3.0~4.0mm之间的同轴试样。所述检测采用HP8722ES微波矢量网络分析仪，分别测量 试样在2~18GHz频段的复介电常数及复磁导率，所述单层吸波材料的1.0mm~3.0mm反射率 R采用下式计算模拟。
[0062] 式中的k为传播常数（
>，ζ为波阻抗（
其中zQ为真空的波阻抗，μ〇、ε〇和d分别为真空磁导率、真空介电常数和吸波涂层厚度，^和 ε〃分别是复介电常数的实部和虚部，V和μ〃分别为复磁导率的实部和虚部。
[0063] 如图1所示：
[0064] S101 配样，
[0065] S102中频感应电弧熔炼，
[0066] S103冷却至略高于室温，符合要求跳转S105，
[0067] S104不符合进行，200-1000°C热处理2-5小时，
[0068] S105 破碎，
[0069] S106 过筛，
[0070] S107检测大小，不符合跳转S105，
[0071] S108符合，进行磁性能测试，
[0072] S109 制样，
[0073] S110电磁参数测试，
[0074] S111计算反射率，
[0075] S112制备完成。
[0076]实验结果：
[0077] 如图2所示：
[0078]粉末的饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁性能参数，经过不同温度热处理后其磁性 能有所改善，对研究钕铁硼的制备工艺有重要的意义。
[0079] 如图3所示：
[0080] (?冰(1)28.()6(11.2他().2〇7().511〇().1卩667.4厶1().5(^1().5〇0().6131.()合金微粉/石錯复合物在2~ 18GHz微波波段内厚度分别为1.0mm、l .5mml ·8πιπι、2·5πιπι、3·0ηιηι时的反射率。从图中可得:在 1.0~3.0mm厚时，在2~18GHz微波波段内，反射率峰值均达到-5dB，且<-5dB的频宽较宽，具 有较好的宽频效果。当厚度为3.0mm时，此合金微粉/石蜡复合物在C波段(4~8GHz)具有很 好的微波吸收效果；在5.5GHz频率处反射率最小峰值达-20dB，当厚度为1.0mm时在16-18GHz的高频段具有较好的吸波效果，从而可说明在高频段可获得厚度薄的吸波材料。
【主权项】
1. 一种钕铁硼永磁吸波材料，其特征在于，由以下组分按原子百分比组成，总的百分比 为100%，PrNd:26.2~30%、ZrFe:0.35~0.6%、NbFe :0.2~0.6%、BFe:5~5.5%、HoFe: 4.5~5.5%、GdFe:2.1~2.6%、Co :0.2~0.7%、Al:0.5~0.65%、Cu:0.11~0.21%、Fe: 58.9 ~60·87%〇2. -种钕铁硼永磁吸波材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤： 1) 配料：以纯度彡 99.90% 的 PrNd、ZrFe、NbFe、BFe、HoFe、GdFe、Co、Al、Cu、Fe 为原料，按 PrNd:26.2~30%、ZrFe:0.35~0.6%、NbFe :0.2~0.6%、BFe:5~5.5%、HoFe:4.5~ 5.5%、GdFe:2.1~2.6%、Co :0.2~0.7%、Al:0.5~0.65、Cu:0.11~0.21%、Fe:58.9~ 60.87原子百分比的化学计量式配料； 2) 将步骤1)中的配料在中频感应炉内熔炼； 3) 将步骤2)中熔炼好的溶液进行速凝浇注，得到速凝甩带片； 4) 将步骤3)中的速凝甩带片冷却后取出； 5) 步骤4)冷却后的速凝甩带片进行室温~1000 tC的热处理； 6) 将步骤5)热处理后的速凝甩带片进行破碎； 7) 将步骤6)中的粉末过筛； 8) 检测步骤7)中得到的粉末的饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁性能参数； 9) 检测步骤7)粉末的电磁参数及反射率R; 通过上述步骤得到具有吸收频带宽，较好的微波吸收特性，具有多个吸收峰的钕铁硼 永磁吸波材料，且钕铁硼永磁吸波材料的性能得到改善。3. 根据权利要求2所述的钕铁硼永磁吸波材料制备方法，其特征在于，步骤1)中，以纯 度彡99.90%的卩冰(1、2汁6、恥卩6、8卩6、!1〇卩6、6(^6、(：〇:、厶1、〇1小6:为原料，按？心(1 :26.2~ 30%、ZrFe:0.35~0.6%、NbFe:0.2~0.6%、BFe :5~5.5%、HoFe:4.5~5.5%、GdFe:2.1~ 2.6%、(：〇:0.2~0.7%、厶1 :0.5~0.65、〇1:0.11~0.21%小6:58.9~60.87原子百分比的化 学计量式配料。4. 根据权利要求2所述的钕铁硼永磁吸波材料制备方法，其特征在于，步骤2)中，配料 放置在标准的中频感应炉的坩埚内在氩气保护下熔炼，为了保证能够得到均匀性好的合 金，感应炉真空度达到HT 3Pa、熔炼功率达到400KW、熔炼温度达到1500°C，熔炼过程包括初 步熔炼与二级精炼，为了减少稀土的挥发，将Fe金属放置在稀土周围。5. 步骤3)中，将步骤2)中得到的溶液在氩气气氛下进行浇注;所述浇注过程需要控制 浇注速度均匀，中频感应炉中的铜棍的转速35米/秒，铜棍通循环水冷却，使得溶液快速凝 固，控制好甩带片的组织。6. 步骤5)中，将步骤4)中取出的速凝甩带片，分别进行2-5小时200 °C、400°C、600 °C、 800°C、1000°C的真空热处理。7. 步骤6)中，将步骤5)热处理后的甩带片分别取出进行破碎处理，破碎在氢爆炉内进 行，要求经过负压检漏、正压检漏、活化、吸氢、脱氢、冷却后取料，其中要求活化温度控制在 200-400°C之间，活化真空度控制在1.0*10_lPa，活化时间0.5小时，脱氢时间控制在2-3小 时，冷却取料时保证氮气阀打开，岗位严禁明火。8. 步骤7)中，将破碎后得到的粉末进行过筛处理，所述过筛过程在氮气保护进行，为使 得取粉干净，可以使用震动器，在过筛时边振动边过筛。9. 步骤9)中，检测由步骤2)~7)得到的钕铁硼微粉的电磁参数和反射率R。所述检测方 法需要将合金微粉与石蜡按照4:1的比例混合，将混合物制成外径为7mm，内径为3mm，厚度 在3.0~4.Omm之间的同轴试样。所述检测采用HP8722ES微波矢量网络分析仪，分别测量试 样在2~18GHz频段的复介电常数及复磁导率，所述单层吸波材料的I .Omm~3.Omm反射率R 采用下式计算模拟。10. 权利要求2~9任一项所述的制备方法制得的钕铁硼永磁吸波材料。
【文档编号】C22C30/02GK106024245SQ201610588923
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月25日
【发明人】潘顺康, 乔自强, 曾阳庆, 熊吉磊, 林培豪, 王振中, 成丽春
【申请人】桂林电子科技大学