PDF《Electromagnetic Properties》

用XL-30 型XCray 衍射仪对样品的结果进行了 XRD 物相分析(辐射源为 Cu Kα1,扫描速度

2 0 /s) . 将所制得的多孔粉末与密度为0.

87 g/ cm3 的固 体石蜡按质量比1∶1,在石蜡融化状态下混合均匀,于 专用模具中压制成厚度为2 mm,内径为3 mm、外径为7 mm的同轴试样,用HP28722ES型网络分析仪测量样品在 2~18 GHz范围内的介电常数和磁导率,利用所得到的 结果进行吸波性能拟合.固体石蜡的复介电常数虚部 ε″和复磁导率虚部μ″都为0,在复合材料中固体石 蜡仅起到基体和粘结剂作用. 这样,可以认为复合材 料的电损耗和磁损耗均归因于多孔Fe-Ni合金粉的作 用.

3 结果与讨论 3.1 金相分析 采用图

1 的制备流程获得的 Fe-N-Ni-P 复合粉和 Fe-Ni 合金粉末的显微形貌见图 2. 纯铁粉在 600℃渗氮 5h 后, 经过化学镀镍磷复合 处理后, 从图 2a 中可以明显的看到一层镀层, 镀层与 铁氮粉末有明显的分界线;

复合粉末在氩气的保护下, 在800℃下烧结 30min 后, 从图 3b 可以看到粉末颗粒 的内部和表层出现很多微孔,镀层与铁氮粉末的分界 不再明显,镍、铁出现一定的化合. 3.2 XRD 分析 采用 X-ray 衍射的方法对 Fe-N 粉末、Fe-N-Ni-P 复合粉和焙烧后的 Fe-Ni 合金粉末的相组成进行了测 试,测试获得的 XRD 图见图 3. 从图

3 可以看出,铁氮粉的主要成分是 Fe3N;

经图2复合粉末金相组织(a Fe-N-Ni-P;

b Fe-N-Ni-P-800-NH3;

) Fig.2 Composite powder microstructure (a Fe-N-Ni-P;

b Fe-N-Ni-P-800-NH3;

) 化学镀后,出现馒头峰说明镍磷镀层是非晶结构,铁 氮粉成分没有发生改变;

复合粉末在 800℃氩气保护 下烘烧 30min 处理后,非晶镍磷转变成晶体,粉末的 主要成分变为 Ni3P、 铁镍合金 FeNi3 和少量的镍单质. 3.3 电磁常数的测试结果 介电常数和磁导率是表征吸收剂电磁特性的本征 参数, 在交变磁场的作用下, 二者分别用复数形式表 示为 εr =ε′- jε″(ε′和ε″分别为复介电常数的实部和虚 部) 及μr =μ′- jμ″(μ′和μ″分别为复磁导率的实部和 虚部) . 图4给出了 2~18 GHz 频率范围内, Fe-Ni 复合 粉末的复磁导率实部 μ′和虚部 μ″与电磁波频率的关 系曲线. 由图

4 可见,在测试的整个频段范围内, 样品的磁导率的实部 μ′和虚部 μ″变化趋势相似, Fe-Ni 复合粉末的复磁导率实部 μ′在13.01GHz 时出 现最大值为 9.06, 虚部 μ″在12.77GHz 出现最大值为 3.32. 材料复数磁导率的实部与它在交变磁场中的储 能密度有关,而虚部与它在单位时间内损耗的能量 有关,所以较大的磁导率实部与虚部有益于对入射 波的吸收. 图3复合粉末的 XRD 图(a Fe-N;

b Fe-N-Ni-P;

c Fe-N-Ni-P-800-NH3;

) Fig.3 XRD diagram of cComposite powder (a Fe-N;

b Fe-N-Ni-P;

c Fe-N-Ni-P-800-NH3;

) 图5给出了2~18 GHz频率范围内, Fe-Ni复合粉末 的复介电常数实部ε′和虚部ε″与电磁波频率的关系曲 线.由图5可见,介电常数在整个频段范围内,ε′在7.3GHz处出现极值为10.6,ε″则在7.2 GHz处出现一个 谐振峰,最高值为12.0;

由于介电常数的实部ε′代表材料 储存电荷或能量的能力,而虚部ε″代表对能量的损耗, 图4 Fe-Ni复合粉末的的复磁导率与电磁波频率的关系曲线 Fig.4 Complex permeability and electromagnetic wave frequency curve of Fe-Ni composite powder 图5 Fe-Ni复合粉末的的复介电常数与 电磁波频率的关系曲线 Fig.5 Complex permittivity and the electromagnetic wave frequency curve of Fe-Ni composite powder 所以较高的ε″值对提高其对入射波的损耗是有益 的,说明该复合材料电损耗能力较强.根据下式计算 得到复合粉末的介电损耗: tanδε=ε″/ε′. 由图6可以看 出,复合材料的介电损耗随着频率的变化亦出现较大 的变化, 在6.5 GHz和11.0 GHz处分别出现显著的吸收 峰,其值分别57.7和34.8. 图6 Fe-Ni复合粉末的的介电损耗与电磁波频率的关系曲线 Fig.6 Dielectric loss and electromagnetic frequency curve of Fe-Ni composite powder 根据直线传播理论,单层吸波材料的反射率R 可 以由式(1)给出[8] : R1 =20 lg( Zin - Z0 ) / ( Zin + Z0 ) (1) 其中 Zin = Z0 (μr /εr )