论文摘要
本文以获得性能良好的电磁波吸收材料为目的,通过在Al18B4O33晶须和SiC晶须表面化学镀亚微米Co或CoFe合金镀层制备了Al18B4O33w/Co、Al18B4O33w/CoFe、SiCw/Co三种介电/铁磁复合粉体,并通过热处理对其进行了成分结构调控。通过XRF、SEM、XRD、EDS对复合粉体的微观组织结构进行了分析表证;通过VSM、PPMS、微欧计、VNA等方法对复合粉体的电磁性能进行了测试,并基于测试结果由传输线定理评价了含复合粉体涂层的电磁波吸收性能。通过研究获得了各成分结构因素对电磁性能的影响规律并初步分析了影响机理。为了准确可靠地计算材料的磁导率,本文还建立了MRC-BEMT方法。化学镀工艺研究表明,镀液的pH值和温度不仅影响化学镀的工艺效率和反应速度,还显著影响镀层的成分并进而影响其晶体结构。随着镀液中Fe2+相对含量的增加,化学镀CoFe工艺的效率下降;CoFe合金的成分受镀液中Co2+、Fe2+相对含量的控制,所有成分的CoFe合金镀层均为非晶态。各成分镀层的微观结构相似,均呈现“颗粒堆积”的特征;镀层生长行为和形貌、结构还受到基体晶须表面润湿性及预处理工艺的影响。氢热处理使化学镀层变得致密光滑,还原生成的金属原子的扩散是镀层形貌和结构演变的主要途径,而表面能的下降则是形貌演变的驱动力。厚度较薄、结合强度低的镀层在氢热处理过程中容易破坏并转变为孤立颗粒。在Ar中热处理时,镀Co层形貌变化不明显。镀Co层及镀CoFe层的晶化较为迅速,当热处理温度较高或时间较长时,镀层中会发生相变。Co的引入使陶瓷晶须/钴复合粉体具有很好的电磁性能,经适当热处理之后介电/铁磁复合粉体的电磁性能进一步提高。分析认为,热处理过程中复合粉体介电常数的提高和介电弛豫的出现主要源于镀层电阻率的下降,而镀层饱和磁化强度的升高和镀层中交换耦合作用的增强则是磁导率提高的主要原因。镀层电阻率高于5×10-3 ?·cm量级时,涡流对磁导率的影响不明显,电阻率低于5×10-2 ?·cm时复合粉体中发生介电弛豫。镀层的晶体结构对其磁导率的频谱特性有一定影响。Al18B4O33w/CoFe复合粉体在400℃氢热处理时,电磁性能变化不大;在更高温度热处理时其磁导率明显提高,但是电阻率下降缓慢、介电常数变化不大。SiCw晶须独特的形状和电性能引发了奇异的电磁共振行为,其具体原因尚不清楚。Al18B4O33w/Co复合粉体的电磁波吸收性能随Co含量的增加和热处理时间的延长先升高后降低,Co含量过高或镀层电阻率过低时复合粉体的吸波效率较低。以适当热处理的Al18B4O33w/Co复合粉体为吸收介质制备的涂层具有优异的电磁波吸收性能,本文中典型涂层的最大损耗为78 dB,大于10 dB的有效吸收带宽大于3.5 GHz,匹配厚度约为2 mm。SiCw/Co复合粉体的吸波性能与Al18B4O33w/Co相近,Al18B4O33w/CoFe复合粉体的吸波性能较差。本文建立的MRC-BEMT方法有效消除了Bruggeman方程在低填充率复合材料中应用时的不稳定性,提高了磁导率计算的一致性和准确性。试验表明,该方法优于已有方法,可以用于材料磁导率的计算,但其对本征磁导率预测的准确性还有待于进一步验证。
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