一种高价态Ta掺杂W型钡铁氧体吸波材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种高价态Ta掺杂W型钡铁氧体吸波材料的制备方法，属于新型无机材料技术领域，本发明方法包括以下步骤：(1)配料；(2)第一次球磨；(3)第一次烘干；(4)预烧；(5)掺杂；(6)第二次球磨；(7)第二次烘干；(8)造粒成型；(9)排胶；(10)烧结。本发明通过五价Ta离子掺杂，有效的提升了W型六角钡铁氧体中二价铁离子含量，获得了吸波性能优良的吸波材料。同时本发明专利制备方法简单，工艺条件易控制，成本低，适合大批量生产。

权利要求

1.一种高价态Ta掺杂W型钡铁氧体吸波材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)配料

以Fe2O3、Ta2O5、ZnO、BaCO3为原料，按照分子式Ba(1‑x)TaxZn2Fe16O27计算出每种原料的质量百分比，进行称料并混合均匀，得到原料，其中，x取0.15；

(2)第一次球磨

根据材料的分子式的化学计量比称量并配料后，将原料倒入球磨罐中，加入无水乙醇作为球磨介质并加入适量的锆球；将球磨罐放入行星式球磨机固定好后，以225r/min的转速球磨至少12小时；

(3)第一次烘干

将得到的浆料烘干后，研磨，得粉料；

(4)预烧

将烘干后的粉末在8Mpa的压力下压成片以增大接触面积和结合力，然后放入马弗炉中以800℃的温度预烧3小时，以便在不同的组分之间形成初步的反应；

(5)粉碎

将预烧好的大片放入研钵进行充分研磨，直到肉眼看不到颗粒；

(6)第二次球磨

将粉碎后的材料分别倒入球磨罐中，加入无水乙醇作为球磨介质并加入适量的锆球；

将球磨罐放入行星式球磨机固定好后，以225r/min的转速球磨至少12小时，得到浆料；

(7)第二次烘干

将得到的浆料烘干后，研磨，得到粉料；

(8)造粒成型

将质量浓度为8％的聚乙烯醇溶液作为粘合剂掺入得到的粉料中，掺入的粘合剂的质量为粉料质量的5～10％，在研钵中混合均匀；将混合后的粉料置于模具中压制成生坯；将生坯在研钵中磨碎成粉料，通过80目和140目的筛子过筛，取80目和140目筛子中间层的粉料，得到了颗粒大小适合的过筛粉料；将过筛粉料置于模具中，压制成生坯；

(9)排胶

粘合剂的存在会使样品在煅烧温度比较高时开裂；为避免烧结过程中样品开裂，将成型后的样品放到一个坩埚中，然后放入马弗炉中在650℃环境下保温3小时，将样品中的粘合剂完全除去；

(10)烧结

将排胶后的生坯置于马弗炉中，升温速度为5℃/min，升温至1350℃，保温3h后，降温到

800℃再以自然降温至室温，即得Ta掺杂W型六角钡铁氧体吸波材料。

2.根据权利要求1所述的高价态Ta掺杂W型钡铁氧体吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，吸波材料过筛粉料在8～12MPa的压力下压制成生坯。

3.根据权利要求1所述的高价态Ta掺杂W型钡铁氧体吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤(9)中，煅烧温度为650℃，煅烧时间为3h。

说明书

一种高价态Ta掺杂W型钡铁氧体吸波材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于新型无机材料技术领域，具体涉及一种高价态Ta掺杂W型 钡铁氧体吸波材料的制备方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着电磁技术的快速发展,电磁波辐射也越来越多。应用最为 广泛的方法是采用电磁屏蔽来解决电磁波辐射问题，但是电磁屏蔽材料对电磁 波有较强的反射作用，很有可能会造成电磁波辐射的二次干扰和污染。而通过 吸波材料把入射的电磁波吸收并在内部衰减，转化为热能等其他能量耗散掉就 基本上不会造成二次干扰和污染，同时，吸波材料的制备更加简单方便，适合 大规模生产。而在众多吸波材料中铁氧体具有相对较高的电阻，可以避免金属 导体在高频下的趋肤效应，使电磁波能有效进入其内部。同时，铁氧体也具有 优良的频率特性，磁导率高，介电常数小，适合用作匹配层，在拓宽低频段频 带方面具有良好的应用前景。

[0003] 铁氧体作为吸波材料也存在一些缺陷，如吸波性能随温度变化大、吸波 带宽较窄等问题，这些都限制其在实际中的应用，所以需要通过掺入高价金属 离子提升二价铁离子含量来增大介电和磁损耗，同时控制颗粒形貌及粒子大小、 改善制备工艺等措施来改善铁氧体的吸波性能。

[0004] 故针对目前现有技术中存在的上述缺陷，是有必要进行研究，以提供一 种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

[0005] 本发明是为了解决现有铁氧体吸波材料存在的问题，在W型六角钡铁氧 体中掺5+
Ta 离子来改善铁氧体电磁和吸波性能。

[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种高价态Ta掺杂W型钡铁氧体吸 波材料的制备方法，其步骤如下：

[0007] (1)配料

[0008] 以Fe2O3、Ta2O5、ZnO、BaCO3为原料，按照分子式Ba(1‑x)TaxZn2Fe16O27计算出每 种原料的质量百分比，进行称料并混合均匀，得到原料；

[0009] (2)第一次球磨

[0010] 根据材料的分子式的化学计量比称量并配料后，将原料倒入球磨罐中，加 入无水乙醇作为球磨介质(约45mL)并加入适量的锆球。将球磨罐放入行星式 球磨机固定好后，以225r/min的转速球磨12小时；

[0011] (3)第一次烘干

[0012] 将得到的浆料烘干后，研磨，得粉料；

[0013] (4)预烧

[0014] 将烘干后的粉末在8Mpa的压力下压成片以增大接触面积和结合力，然后 放入马弗炉中以800℃的温度预烧3小时，以便在不同的组分之间形成初步的反 应。

[0015] (5)粉碎

[0016] 将预烧好的大片放入研钵进行充分研磨，直到肉眼看不到颗粒。

[0017] (6)第二次球磨

[0018] 将粉碎后的材料分别倒入球磨罐中，加入无水乙醇作为球磨介质(约45mL) 并加入适量的锆球。将球磨罐放入行星式球磨机固定好后，以225r/min的转速 球磨12小时，得到浆料；

[0019] (7)第二次烘干

[0020] 将得到的浆料烘干后，研磨，得到粉料；

[0021] (8)造粒成型

[0022] 将质量浓度为8％的聚乙烯醇溶液作为粘合剂掺入得到的粉料中，掺入的粘 合剂的质量为粉料质量的5～10％，在研钵中混合均匀；将混合后的粉料置于模具 中压制成生坯；将生坯在研钵中磨碎成粉料，通过80目和140目的筛子过筛， 取80目和140目筛子中间层的粉料，得到了颗粒大小适合的过筛粉料；将过筛 粉料置于模具中，压制成生坯；

[0023] (9)排胶

[0024] 粘合剂的存在会使样品在煅烧温度比较高时开裂。为避免烧结过程中样品 开裂，将成型后的样品放到一个坩埚中，然后放入马弗炉中在650℃环境下保温 3小时，将样品中的粘合剂完全除去；

[0025] (10)烧结

[0026] 将排胶后的生坯置于马弗炉中，升温至1350℃，保温3h后，降温到800℃ 再以自然降温至室温，即得Ta掺杂W型六角钡铁氧体吸波材料。

[0027] 作为优选，步骤(1)中，Ta掺杂浓度为x＝0.15。

[0028] 作为优选，步骤(2)中，球磨时间至少为12h。

[0029] 作为优选，步骤(6)中，球磨时间至少为12h。

[0030] 作为优选，步骤(8)中，所得过筛粉料在8～12MPa的压力下压制成生 坯。

[0031] 作为优选，步骤(9)中，煅烧温度为650℃，煅烧时间为3h。

[0032] 作为优选，步骤(10)中，烧结温度为1350℃，烧结时间为3h。

[0033] 因此，本发明具有如下有益效果：本发明提供了一种高价态Ta掺杂W 型钡铁氧体5+
吸波材料及其制备方法，在W型六角钡铁氧体吸波材料中掺入Ta 离子改善铁氧体的温度稳定性和化学稳定性并且增加铁氧体材料的吸波带宽； 同时，本发明采用传统的固相法制得具有优良吸波性能的吸波材料，操作简单 方便。

附图说明

[0034] 图1是实施例1和实施例2制得的W型六角钡铁氧体吸波材料在扫描电 子显微镜(SEM)下拍摄的微观结构图。

[0035] 图2是实施例1和实施例2制得的W型六角钡铁氧体吸波材料的X射线 衍射仪对样品进行物相分析图(XRD)。

[0036] 图3是实施例1和实施例2制得的W型六角钡铁氧体吸波材料的磁滞回 线图。

[0037] 图4是实施例1和实施例2制得的W型六角钡铁氧体吸波材料的反射损 耗图。

[0038] 图5是实施例1和实施例2制得的W型六角钡铁氧体吸波材料的XPS数 据图。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

[0040] 实施例1

[0041] (1)配料

[0042] 以Fe2O3、ZnO、BaCO3为原料，按照分子式BaZn2Fe16O27计算出每种原料的质 量百分比，进行称料并混合均匀，得到原料；

[0043] (2)第一次球磨

[0044] 根据材料的分子式的化学计量比称量并配料后，将原料分别倒入四个有标记 的球磨罐中，加入无水乙醇作为球磨介质(约45mL)并加入适量的锆球。将球 磨罐放入行星式球磨机固定好后，以225r/min的转速球磨12小时，得到浆料；

[0045] (3)第一次烘干

[0046] 将得到的浆料烘干后，研磨，得粉料；

[0047] (4)预烧

[0048] 将烘干后的粉末在8Mpa的压力下压成片以增大接触面积和结合力，然后 放入马弗炉中以800℃的温度预烧3小时，以便在不同的组分之间形成初步的反 应。

[0049] (5)粉碎

[0050] 将预烧好的大片放入研钵进行充分研磨，直到肉眼看不到颗粒。

[0051] (6)第二次球磨

[0052] 将粉碎后的材料分别倒入四个有标记的球磨罐中，加入无水乙醇作为球磨介 质(约45mL)并加入适量的锆球。将球磨罐放入行星式球磨机固定好后，以225r/min的转速球磨12小时，得到浆料；

[0053] (7)第二次烘干

[0054] 将得到的浆料烘干后，研磨，得到粉料；

[0055] (8)造粒成型

[0056] 将质量浓度为8％的聚乙烯醇溶液作为粘合剂掺入得到的粉料中，掺入的粘合 剂的质量为粉料质量的5～10％，在研钵中混合均匀；将混合后的粉料置于模具中 压制成生坯；将生坯在研钵中磨碎成粉料，通过80目和140目的筛子过筛，取 80目和140目筛子中间层的粉料，得到了颗粒大小适合的过筛粉料；将过筛粉 料置于模具中，压制成生坯；

[0057] (9)排胶

[0058] 将生胚置于马弗炉中煅烧排除PVA；

[0059] (10)烧结

[0060] 将排胶后的生坯置于马弗炉中，升温至1350℃，保温3h后，降温到800℃ 再以自然降温至室温，即得Ta掺杂W型六角钡铁氧体吸波材料。

[0061] 实施例1制得的BaZn2Fe16O27铁氧体的W型六角钡铁氧体的SEM图如图1 左图所示，所得铁氧体粉体主要由六角型片状组成，而这种片状的结构是有利 于晶粒的有序取向的，同时作为吸波材料，片状结构是吸收剂的最佳形状。该 材料的XRD图如图2左图所示，基本上与W型对应。由图3和图4的左图可得 到材料的饱和磁化强度为60.050emu/g,在16.16GHz时反射损耗最大为 1.95dB，可见磁性能和吸波性能不好。

[0062] 实施例2

[0063] (1)配料

[0064] 以Fe2O3、Ta2O5、ZnO、BaCO3为原料，按照分子式Ba0.85Ta0.15Zn2Fe16O27计算出 每种原料的质量百分比，进行称料并混合均匀，得到原料；

[0065] (2)第一次球磨

[0066] 根据材料的分子式的化学计量比称量并配料后，将原料分别倒入球磨罐中， 加入无水乙醇作为球磨介质(约45mL)并加入适量的锆球。将球磨罐放入行星 式球磨机固定好后，以225r/min的转速球磨12小时，得到浆料；

[0067] (3)第一次烘干

[0068] 将得到的浆料烘干后，研磨，得粉料；

[0069] (4)预烧

[0070] 将烘干后的粉末在8MPa的压力下压成片以增大接触面积和结合力，然后放 入马弗炉中以800℃的温度预烧3小时，以便在不同的组分之间形成初步的反应。

[0071] (5)粉碎

[0072] 将预烧好的大片放入研钵进行充分研磨，直到肉眼看不到颗粒。

[0073] (6)第二次球磨

[0074] 将粉碎后的材料倒入球磨罐中，加入无水乙醇作为球磨介质(约45mL)并 加入适量的锆球。将球磨罐放入行星式球磨机固定好后，以225r/min的转速球 磨12小时，得到浆料；

[0075] (7)第二次烘干

[0076] 将得到的浆料烘干后，研磨，得到粉料；

[0077] (8)造粒成型

[0078] 将质量浓度为8％的聚乙烯醇溶液作为粘合剂掺入得到的粉料中，掺入的粘 合剂的质量为粉料质量的5～10％，在研钵中混合均匀；将混合后的粉料置于模具 中压制成生坯；将生坯在研钵中磨碎成粉料，通过80目和140目的筛子过筛， 取80目和140目筛子中间层的粉料，得到了颗粒大小适合的过筛粉料；将过筛 粉料置于模具中，压制成生坯；

[0079] (9)排胶

[0080] 将生胚置于马弗炉中煅烧排除PVA；

[0081] (10)烧结

[0082] 将排胶后的生坯置于马弗炉中，升温至1350℃，保温3h后，降温到800℃ 再以自然降温至室温，即得Ta掺杂W型六角钡铁氧体吸波材料。

[0083] 实施例2制得的Ba0.85Ta0.15Zn2Fe16O27铁氧体的SEM图如图1右图所示，所 得铁氧体粉体依然主要由六角型片状组成。该材料的XRD图如图2右图所示， 基本上与W型对应。由图3图4的右图可得到材料的饱和磁化强度为90.945 emu/g,在厚度为3.06mm时，频率为
5+
16.425GHz处反射损耗最大为21.8916dB。 可见加入Ta 材料的磁性能和吸波性能明显提高。

[0084] 图5是实施例1和实施例2制得的W型六角钡铁氧体吸波材料的XPS数 据图，由图可2+ 5+ 2+
看出不掺杂时Fe 的含量约为50％，掺入Ta 后Fe 的含量大致提 升为65％。

[0085] 可见掺杂浓度为0.15时，得到的材料磁性能和吸波性能都更优。

[0086] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何 熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰， 因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。