用铁砂研制的铁氧体电波吸收材料

摘要：以铁砂为原料制备一种尖晶石型铁氧体电波吸收材料，在7～12GHz范围，发现有两个吸收峰，吸收量在9～13dB；将铁氧体吸收体和铁砂吸收体组成复合电波吸收材料，亦有两个吸收峰，一峰向低频区偏移，吸收量增至14．5dB，以复合吸收体为基础材料，在其中添加六角铁氧体和稀土元素，可改变吸收峰位置，提高吸收量，最大可达27dB． 

1、前言：

    随着电子技术的发展，特别是开关电源类数字电路的普及应用，我们周围又增加一种光凭人们感官无法直接感觉到的无形的电磁波污染;电子设备辐射、泄露的电磁波不仅对电子设备本身造成严重干扰，而且也威胁着人类的健康和安全。另外，随着经济的发展，城市高层建筑增多，以致影响电磁环境，使电视收看效果和通信质量变差。因此，防止电子设备的干扰，改善电磁环境已成为国内外电子界广泛关注的问题。铁氧体电波吸收材料，不仅在改善电磁环境方面，而且在“隐形技术”等方面得到广泛应用。目前使用最多的还是尖晶石型铁氧体电波吸收材料，由于原材料昂贵，制备工艺较复杂，难以在民品上应用。我们致力于研究一种价格低廉，性能优良，能满足多方面应用，特别是在建筑工程上应用的电波吸收材料。

    在我们过去的研究中，发现我国大别山区的河铁砂经加工处理可以制成一种廉价的性能优良的电波吸收材料。后又经过添加六角和立方晶系铁氧体材料以及稀土元素制成一种复合型电波吸收材料，其吸收特性明显提高。而这种添加的尖晶石型铁氧体就是用铁砂为原料制成的，本文着重介绍这种铁氧体的电波吸收特性，与铁砂吸收体进行比较，再将它们组成一种复合电波吸收材料。测试这种新型电波吸收材料的特性，取得了一些明显的结果。

2、试验方法和内容：

2. 1、铁氧体电波吸收材料的制备：

    用处理过的精铁砂代替Fe203，用工业原料MnCO:和Zn0，按常规陶瓷工艺，配方，混料~预烧、粉碎研磨~压块~烧结、制粉，制成一定粒度的电波吸收材料。制备中考虑以下几点:    (1)为了获得高饱和磁感应强度B,，高居里温度Q。和高的功耗尸，采用过铁配方;    (2)控制预烧和烧结时的温度和气氛，确保形成单相尖晶石铁氧体;    (3)为简化工艺采用淬火冷却方式;    (4)因吸收材料颗粒大小和形状对吸收特性有一定的影响，应选用合适的制粉设备。

    制成的铁氧体电波吸收材料的磁性能如下:F;=400~800，B,=0. 45一0. 48T，H2> 200℃，P=40一50mW /g(f=16kHz，B=0. 15T)，￡=15一20, tg8<=0. 05。2. 2电波吸收材料吸收曲线的测t    将铁氧体吸收材料粉料与聚氨脂粘结剂混合制成一种电波吸收涂料，其浓度为7000,涂复于铝板上，涂层的厚度控制在lmm(先使涂层厚略大于1mm，再研磨成1mm )，在图1所示的测试装置上测其吸收曲线。

图1吸收曲线测量装置图

2. 3、试验内容：

    (1)铁氧体电波吸收体与铁砂电波吸收体吸收特性比较。

    (2)将铁砂与铁氧体吸收体按一定的比例制成复合电波吸收材料，研究这种复合电波吸收材料的吸收特性。

    (3)以上述复合电波吸收材料为基础材料，在其中添加稀土元素和六角铁氧体，研究添加剂对复合型电波吸收材料的影响。

3、试验结果与讨论：

    (1）铁砂与用铁砂制成的尖晶石型铁氧体电波吸收材料的电波吸收曲线比较，吸收曲线如图2所示。曲线1为铁砂吸收体的吸收特性曲线，在7~12GHz范围存在两个吸收峰。第一峰在8. 6GHz，吸收量6. 1dB;第二峰在10. 6GHz，吸收量11. 2dB。两峰间距约2GHz，第二峰吸收量明显大于第一峰，这与我们以往的工作是一致的。

图2铁砂与用铁砂制备的铁载体电波吸收材料的吸收曲线

    曲线2为由铁砂制成的尖晶石型铁氧体的吸收特性曲线，它也存在两个吸收峰。第一峰频率为7. 9GHz，吸收量9. 5dB;第二峰频率为10. 6GHz，吸收量11. 2dB，两峰间距2. 7GHzo    曲线1与2比较，铁氧体吸收体第二峰频率与铁砂吸收体第二峰频率一致，第一峰频率略向低频偏移，两峰间距拉大，吸收量差减小，吸收曲线变得平缓，吸收带宽增大。  .曲线3为铁砂吸收体与铁氧体吸收体按一定比例组成的复合吸收体的吸收曲线，其吸收性能较上两种单一吸收体有明显提高。具体表现在:吸收量提高，第二峰最大吸收量14. 2dB，第二峰频率未变，第一峰向低频区偏移(低于7. 0GHz)，曲线变得更平缓。

    (2)在铁砂和铁氧体组成的复合材料中，添加一定量其它磁性与结构不同的材料，看其对复合材料吸收特性的影响，所测得的吸收曲线如图3所示。

图3添加材料对铁砂与铁氧体组成的复合材料吸收曲线的影晌

    图中曲线1为铁砂和用铁砂制成的铁氧体组成的复合吸收材料(称为基础材料)，其吸收特性已作介绍，不再重述。    在基础材料中添加一定量的六角晶系铁氧体后，其吸收曲线由图中曲线2所示。从该曲线上可以看出:①六角铁氧体的加入使基础材料吸收量减少(9dB);②吸收曲线上只有一个明显的吸收峰(9. 4GHz)，在高频和低频区是否还存在吸收峰有待进一步测试。

    图3中曲线3表示在基础材料中添加一定量稀土元素后的吸收曲线。与曲线2比较，吸收量提高，存在两个吸收峰，第一峰在7.9GHz，吸收量8. 5dB;第二峰在10. 6GHz，吸收量11. 8dB;与基础材料吸收曲线1比较，吸收量减少，第二峰频率相一致，第一峰向高频区移动。在基础材料中同时添加六角铁氧体和稀土元素，其吸收曲线如图3中曲线4所示，吸收量明显减少，吸收曲线变得很平缓，几乎看不出明显的吸收峰。

    (3)在用铁砂制备的尖晶石型铁氧体吸收材料中添加六角铁氧体和稀土元素，组成复合铁氧体，所测得的吸收曲线如图4所示。

    图中曲线1为由铁砂制备的铁氧体电波吸收材料，其特性上面已作了说明。    在铁氧体吸收体中添加一定量的六角铁氧体后，吸收曲线为曲线4，可见六角铁氧体的加入使吸收量减少，一峰移向低频区，曲线变得更平坦。

    曲线3表示在尖晶石型铁氧体吸波材料中加入一定量稀土元素组成的复合吸收材料的吸收曲线。它与基础吸收材料特性曲线1比较，吸收量大大提高;亦存在两个吸收峰，第一峰位置基本未动(7. 9GHa )，第二峰位置略向低频区偏移。

    曲线2为在铁氧体基础吸收材料中同时加入一定量的六角铁氧体和稀土元素组成的一种复合型电波吸收材料的吸收曲线。由此曲线可以看出:①曲线3与曲线2相比，吸收量降低，说明六角铁氧体加入会降低吸收量，但与曲线1相比，吸收量又大大增加，说明稀土元素加入会大大提高铁氧体的吸收量;②曲线2亦存在两个吸收峰，一峰位置未动，二峰位置则较大的向低频区移动，再次说明了在基础材料中添加不同磁性与电性的材料可以调节基础吸收材料的吸收曲线。

    本文中用铁砂为原料制成尖晶石型铁氧体电波吸收材料，其性能有明显的提高，虽然加工成本有所提高，但价格仍十分低廉，应该说它是一种很有应用价值的吸波材料。

    此项研究仅仅是开始，有许多试验和理论工作有待进一步深化，特别是吸收峰的频率向低频区扩大，还有许多工作待做。但我们认为，这种新型的廉价的吸波材料的开发利用将会产生重大的经济和社会效益。