Fe-Si-Al合金的制備及其微波電磁性能研究.pdf

1、微波電子儀器和設(shè)備在民用和軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用帶來(lái)了嚴(yán)重的電磁輻射和電磁干擾等問(wèn)題，在設(shè)備中應(yīng)用微波吸收材料是解決這一問(wèn)題的有效方法。目前廣泛應(yīng)用的電子設(shè)備的工作頻率在微波的低頻波段(3GHz附近)，現(xiàn)有的鐵氧體等吸波材料在該頻率范圍內(nèi)吸波性能不高，吸收體厚度偏大，不能解決設(shè)備的電磁輻射和干擾問(wèn)題。Fe-Si-Al合金由于具有高的磁導(dǎo)率，有望成為優(yōu)異的微波吸收劑。本論文從解決上述實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，對(duì)Fe-Si-Al合金制備工藝及其吸波性能進(jìn)行

2、了研究。
　　 根據(jù)微波吸收材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，研究了球磨Fe粉吸波材料的電磁參數(shù)與微波吸收性能之間的關(guān)系，分析了電磁參數(shù)的調(diào)節(jié)對(duì)吸波性能影響的規(guī)律，為開(kāi)展微波低頻段吸收劑和微波吸收材料的研究奠定了理論基礎(chǔ)。研究表明：適當(dāng)提高介電常數(shù)實(shí)部ε’、磁導(dǎo)率的實(shí)部μ’和虛部μ”可以使最大吸收峰向低頻移動(dòng)，介電常數(shù)虛部ε”的調(diào)節(jié)對(duì)反射率的影響不大，適當(dāng)提高μ’可以降低材料的反射率，但過(guò)度的提高又會(huì)造成反射率的增大。以Fe粉吸波材料為基礎(chǔ)制

3、備微波低頻段吸波材料，可以采取提高ε’、μ’和μ”實(shí)現(xiàn)最小反射率向低頻移動(dòng)同時(shí)提高吸波效果。
　　 采用機(jī)械合金化制備技術(shù)制備Fe-Si-Al合金粉末，借助XRD和SEM分析手段研究了填充系數(shù)、球料比和球磨機(jī)轉(zhuǎn)速等工藝因素對(duì)Fe、Si、Al混合粉末的機(jī)械合金化過(guò)程中的相組成及其合金化產(chǎn)物微觀形貌的影響。研究表明：填充系數(shù)、球料比和球磨機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)合金化過(guò)程有很大影響，必須選擇合適的參數(shù)才能實(shí)現(xiàn)完全合金化。從合金化速度、產(chǎn)物的純度和提

4、高產(chǎn)量等幾方面綜合考慮，確定最佳的工藝參數(shù)為：填充系數(shù)為0.5、球料比為20:1、球磨機(jī)的公轉(zhuǎn)速度為225r/min。機(jī)械化合金過(guò)程中，Si和Al的衍射峰的消失是因?yàn)镾i、Al原子不斷固溶到Fe晶格中，最終形成了α-Fe(Si，Al)固溶體。通過(guò)SEM分析表明：Fe、Si、Al混合粉末的機(jī)械合金化過(guò)程中，隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，粉末發(fā)生明顯的反復(fù)變形、斷裂和焊合，球磨產(chǎn)物的顆粒粒徑呈現(xiàn)先增加后減小的變化過(guò)程，球磨時(shí)間為80h時(shí)制備得到了粒徑

5、為30～40μm左右的Fe-Si-Al合金粉末。
　　 根據(jù)最佳機(jī)械合金化工藝參數(shù)制備了不同組成的Fe-Si-Al合金，利用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)制備得到的Fe-Si-Al合金的靜磁性能進(jìn)行了研究；以三元乙丙橡膠為基體，F(xiàn)e-Si-Al合金為吸收劑制備了微波吸收材料，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)其在2～18GHz頻率范圍內(nèi)的電磁參數(shù)和微波吸收性能進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著Al、Si含量增加，合金粉末的比飽和磁化強(qiáng)度逐漸下降，矯頑力不斷增加。吸

6、波材料的介電常數(shù)(ε’和ε”)隨著Al含量的增加而增加，隨著Si含量的增加而減小：磁導(dǎo)率(μ’和μ”)隨著Si、Al含量的增加呈現(xiàn)先增大，后減小的變化過(guò)程。Fe-Si-Al合金吸波材料在Al的含量為5.4％、Si含量為9.6％時(shí)，磁導(dǎo)率達(dá)到最大值。隨著球磨時(shí)間的增加，F(xiàn)e-Si-Al合金的比飽和磁化強(qiáng)度逐漸降低、矯頑力不斷增加，相對(duì)介電常數(shù)(ε’和ε”)隨著球磨時(shí)間的增加不斷降低；磁導(dǎo)率(μ’和μ”)隨球磨時(shí)間的增加而增加。Fe-Si-

7、Al合金吸波材料的厚度對(duì)其吸波性能有很大影響，隨著厚度的增加，最大吸收峰向低頻移動(dòng)，材料的反射率先減小后增大，相比于球磨Fe粉吸波材料，制備得到的3mm厚Fe-Si-Al合金吸波材料在3GHz附近具有優(yōu)異的吸波性能，其最大吸收峰在3.16GHz，最小反射率為-46.16dB，在3GHz處的反射率達(dá)到-24.68dB，有望應(yīng)用于微波低頻段(3GHz附近)的電子儀器和設(shè)備中。
　　 對(duì)入射電磁波和吸波材料相互作用過(guò)程的分析表明：微波