搅拌磨工艺参数对制备片状铁的结构及微波电磁性能的影响

摘要

作为一种磁损耗型吸波剂，羰基铁粉因具有高饱和磁化强度、高温度稳定性和价格低廉等优点成为微波吸收剂领域的主要研究对象之一。相对于球形的原料羰基铁粉，片状化结构的羰基铁粉因其大的形状各向异性而具有更高的磁导率，从而具有更好的微波吸收性能。为了制备具有片状结构的羰基铁粉，本文主要采用搅拌磨法制备片状羰基铁粉，并研究了搅拌磨工艺参数对制备片状铁的结构及微波电磁性能的影响。
　　 本文首先研究了介质磨球对搅拌磨制备片状羰基铁粉的结构及微波电磁性能的影响。研究表明：在搅拌磨过程中，使用不同的介质磨球所获得的颗粒结构形貌不一样。采用直径为1.5 mm的ZrO2磨球所制备的样品为不规则的颗粒，表面粗糙，并未实现片状化；采用直径为6 mm的钢球所制备的样品破碎严重，形状极不规则，未能产生片状结构。采用直径为6 mm的ZrO2磨球所制备样品具有片状结构。电磁参数分析表明：相对于球形羰基铁，具有片状结构的羰基铁的磁导率和介电常数都有较大提高。
　　 然后，本文研究了不同球料比和不同料液比对搅拌磨制备片状羰基铁粉微加工进程的影响，进一步研究了液体介质对搅拌磨制备片状羰基铁粉的结构及微波电磁性能的影响。研究表明：球料比越大，片状化微加工进程越快；料液比越大，片状化微加工进程越慢。不同的液体介质对搅拌磨制备片状结构羰基铁粉具有调控作用。相对于无水乙醇，采用聚乙二醇400作为液体介质搅拌磨制备片状羰基铁粉的进程要慢得多，这是因聚乙二醇400的粘度较大，可以阻碍磨球的运动，使磨球对羰基铁颗粒的微加工作用减弱，因此片状化进程减慢。采用弱极性的环己烷作为液体介质进行搅拌磨时片状化进程较快，在搅拌磨相同时间时，所获得的颗粒相比采用无水乙醇作为液体介质获得的颗粒具有更好的片状结构，表面较光滑且小碎颗粒少。电磁参数分析表明：采用环己烷作为液体介质搅拌磨24 h所获样品相比使用无水乙醇作为液体介质搅拌磨24 h时所获样品具有基本相同的磁导率但更低的介电常数。用其组成的环氧树脂基复合材料在体积分数为8％，厚度为2mm时，反射率小于-15 dB的带宽为4.8 GHz，最低反射损耗为-33 dB。
　　 最后，通过调节搅拌磨工艺探索制备具有超薄厚度的片状羰基铁粉。首先利用直径为6 mm的ZrO2磨球为介质磨球将原料羰基铁粉搅拌磨24 h，然后再将得到样品进行球磨1 h快速破碎，最后将破碎后的样品使用直径为1.5 mm的ZrO2磨球作为介质磨球搅拌磨24 h，制备出厚度为约0.2μm的片状羰基铁。