利用磁珠制备铁氧体吸波材料的研究

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随着无线电技术的进步,电磁波给人们的生活带来极大便捷的同时也带来了严重威胁人类生存环境的电磁污染问题,相应的电磁防护材料成为了人们研究的热点,吸波材料也因此得到快速发展,其中,铁氧体吸波材料因具有吸收效率高、制备成本低的特性而成为研究与应用最为广泛的一种。本文探索利用从工业废料粉煤灰中磁选得到的廉价的磁珠制备出一种具有良好吸波效能的铁氧体材料,以用于民用电磁辐射防护,为需要特殊防护的建筑物提供一种经济实惠的新型工程材料。此外,本课题主要原料——磁珠来源于固体废弃物粉煤灰,磁珠的重复利用必将使得粉煤灰大面积堆积的问题得到一定程度的缓解。所以本课题的研究对于保护环境和节约资源具有双重意义。根据铁氧体和吸波材料的基础理论,确定了Ni-Zn铁氧体为研究对象。试验以磁珠为主要原料制备合成了纯相Ni-Zn铁氧体材料,优化确定了制备工艺和基础配方,并进一步研究了添加CuO和TiO2对材料的宏观性能、微观形貌以及电磁性能的影响。首先,利用NiO、ZnO和磁珠制备了几种成分不同的Ni-Zn铁氧体,同时与分析纯Fe2O3替代磁珠作为主原料的试样进行对比。经检测知:所有试样的物相均为单一物相Ni-Zn铁氧体;以磁珠和纯Fe2O3为原料的试样的电磁参数值相近;不同成分配比的几个试样中,成分为Ni0.3Zn0.7Fe2O4的试样具有最大的复磁导率虚部。为改善材料的致密度和电磁性能,在以Ni0.3Zn0.7Fe2O4为基的配方中添加了助熔剂CuO。由烧结后的密度测试结果和SEM照片可见,试样的密度和致密度显著增大,显微结构也更加均匀致密。致密度的增幅为40%左右,其中添加x(CuO)=5%的试样最为致密。此外,由于密度的增加,材料的电导率亦有所增大,从而有效增大了复磁导率虚部和复介电常数虚部,磁损耗因子和介电损耗因子随之增大,因此掺杂CuO也增强了材料对电磁波的损耗能力。为改善材料对电磁波的损耗能力,进行了TiO2的掺杂试验。添加TiO2使得材料的复介电常数虚部值增大了4倍左右,从而有效提高了材料的介电损耗能力,但TiO2对材料的其他性能无明显改善。从微观形貌上看,添加0.3wt% TiO2的试样的晶粒较其它添加量的试样更加均匀。为了探索本试验所制备的Ni-Zn铁氧体作为工程材料的潜在应用性,对材料的吸波效能进行了仿真模拟测试。结果显示,本文所研究的以磁珠为原料制备的Ni-Zn铁氧体吸波材料对频率在750MHz1GHz范围内的入射电磁波具有较好的吸收损耗效果。
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