铁氧体吸波材料所广泛应用制备方法为溶胶凝胶法和自蔓延燃烧法。溶胶凝胶法:此方法是利用化学能活跃的原料配制成溶液转为液相,经过化学反应以及离子络合等之后对其进行脱水形成有一定黏度的透明凝胶,根据要得出的产物不同再对凝胶进行不同的处理(工艺流程见图1-1)。这种方法在实际的应用中不仅可以体现了较好的化学均匀性,而且制备出的材料的纯度相对于其他的方法要更高,反应的时间不长,而且其在热处理时对温度的要求也不是很高,材料的细腻程度也比较高,得出的沉淀物会有比较高的分散性,不会产生团聚。但是它也是有一些缺点的,材料在烘干之后会比较容易出现硬结,而且由于凝胶中有着非常多的小孔,在干燥的时候就会从小孔中放出很多的气体以及有机物等,因而产生了产物收缩现象。铁氧体纤维大多采用这种方法制备。张等[17]以硝酸锌、硝酸铁为原料通过溶胶凝胶法制备出了锌铁氧体。其中,以60℃/h加热速率缓慢升温至650℃,再保温lh煅烧得到了结晶度良好的尖晶石型锌铁氧体ZnFe2O4,其平均粒径大约为
23nm,发现快速的升温反而不利于形成尖晶石相。并研究出在5~12GHz的频率范围内,微波反射损耗于10dB,具有优良的吸波性能。
图1-1:溶胶凝胶法
Fig.1-1Sol-gelmethod
自蔓延燃烧法:此方法是利用了化学反应自身放热来合成材料的一种方法,又被称作为燃烧合成法。该方法的优点[5]在于利用反应物内部的化学能来合成材料,因而能量耗损比较低,且工艺过程简单、反应速度很快、生产效率很高,是很有前途的工业化生产方法。缺点是由于反应过程中高的温度梯度产物易于获得亚稳物相,使得了生成材料纯度不高。黄志新[3]等通过溶胶凝胶高温自蔓延固相反应法制备了纯相的型钡铁氧体。通过DXN-TGD和XRD和测试方法确定了的最终合成温度;结果表明:该方法在800°C可以合成型钡铁氧体;在1000°C煅烧6小时,得到了粒径为100-400nm的纯相型钡铁氧体。
1.1.4纤维吸波材料
纤维吸波材料可以主要分为多晶铁纤维、碳纤维、碳化硅纤维等。纤维材料密度小,结构为各向异性或各向同性。经研究表明:纤维状吸波材料的吸波特性明显地优于球状吸波材料。
多晶铁纤维材料于20世纪80年代开始被人们研究,可作为一种新型的轻质磁性微波吸收剂,主要应用在军事武器隐身技术上。这类纤维材料主要包括了Fe、Ni、Co及其合金纤维。此外,由于多晶铁纤维具有复合损耗能力,此类吸收剂可在较宽的频带内有着良好的吸波能力。美国3M公司研制出了一种亚微米级的此类材料,纤维平均直径为0.26μm,吸波涂层厚度为1.0mm。以它为吸波剂所制得的材料吸波性能优异,可吸收行波。
碳纤维是以有机纤维等原料加热处理所形成的一种纤维状的碳材料,一般其碳含量超过90%。随碳化温度的变高,碳纤维的结构会发生改变,从乱层结构向着三维石墨结构转变,导致层间距变小,电导率也逐渐增大,这样就容易形成了电磁波的强反射体。而经过低温处理得到的碳纤维,其结构疏松,可以作为电磁波的吸收体,也可以作为电损耗材料。因此,只有经过适当特定的处理得到的碳纤维才能作为良好的吸波材料。
碳化硅纤维是国外发展最快的耐高温陶瓷纤维吸波材料之一。这类纤维的耐高温性能很好,可在1200℃的条件下长时间的工作,且与基体材料极易相容,其膨胀率、热导率与基体的界面线也非常接近,属于宽带隙半导体。研究表明:当碳化硅纤维的电阻率为10-2~103Ω·m时,其吸波性能最好[14]。制备此类纤维的常用方法主要有:化学气象沉淀法、活性碳纤维转化法、先驱体转化法等;调整碳化硅纤维电阻率的常用方法主要有:掺杂法、高温处理法、表面改性法等。例:张华[15]通过掺杂纳米碳化硅吸收剂制备出SiC/Si3N4复合吸波材料。