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FeCuNbSiB平面各向异性颗粒复合物的高频磁性和微波吸收性能研究

作　者: 杨伟峰
导　师: 李发伸
学　校: 兰州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: FeCuNbSiB 复合物取向磁导率反射率高频微波吸收
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着微波技术的快速发展,高频电子设备和GHz频段的无线通信得到了广泛应用,同时产生的电磁干扰(EMI)越来越严重,这就促使高频磁性材料和微波吸收材料的需求越来越大。FeCuNbSiB是一种具有高饱和磁化强度、低矫顽力、高起始磁导率等优异软磁性能的材料,但是目前它在高频范围的研究和应用还不是很广泛。本工作主要利用球磨的方法制备了FeCuNbSiB平面各向异性颗粒,并且分别从理论上和实验上对其高频磁性和微波吸收特性做了计算分析和优化处理,最后得到了具有良好高频磁性和微波吸收性能的材料。研究内容和结果如下：1、本论文实验工作中主要采用摆振球磨机来粉碎FeCuNbSiB薄带,使其成为微米级的片状颗粒。首先对非晶薄带做了不同温度(450℃、540℃)下的退火处理,然后在同样的球磨条件下球磨,通过测试性能得到结晶度对球磨后颗粒性能的影响规律。在540℃下对FeCuNbSiB非晶薄带做退火处理,可以使其良好的结晶,球磨后的颗粒在微米量级,符合实验要求。对于退火后的薄带,首先破碎成小碎片,然后用摆振球磨机球磨不同的时间(2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12h),制备成不同大小的片状颗粒。2小时球磨后的粉体具有较高的饱和磁化强度和较低的磁导率,在高频下也有较高的磁导率。随着球磨时间的延长,粉体的饱和磁化强度降低,而矫顽力升高,这是由于球磨过程引入的杂质和应力所致。通过穆斯堡尔谱的分析,球磨2 h粉末的取向样品的取向角为64.6°,因此取向度达到90.2%,说明颗粒具有平面各向异性。2、为了进一步提升平面各向异性颗粒的高频磁性和微波吸收性能,我们用以下方法对颗粒做了性能优化：(1)、退火处理为了进一步拓展样品性能,对球磨后的粉末再次退火,以消除球磨过程中引入到颗粒中的应力影响。对球磨2 h的粉末分别在300℃、400℃、500℃、600℃、700℃下退火,每次均为半个小时。对于300-500℃的退火温度,可以进一步提高颗粒的性能,使复合物具有更高的磁导率。这是因为退火后的样品结晶更好,消减或消除了球磨中引入应力的影响。而在600℃、700℃下退火后,样品中有FeB相析出,反而降低了样品的性能。(2)、旋转磁场取向经过旋转磁场取向的颗粒／石蜡复合物(35 vol %),其磁导率相对于取向前大约有1.2-1.3倍的提高,而共振频率基本不变。通过建立的理论模型计算磁谱,并与磁谱的实验结果比较,当选取He=100 Oe、a=0.4时两者基本一致。不论是粉体还是复合物,(ui-1)fr的值都超出snoek极限,这是由于双各向异性的作用,也验证了双各向异性对改善样品高频性能的有效性。旋转磁场取向后,颗粒／石蜡复合物的磁导率提高,而介电常数也有一定程度的降低,这样使得阻抗匹配有所改善,吸波性能有所提高。然而,样品的介电常数依然较高,所以阻抗匹配不是很理想。(3)、氧化包覆为了降低样品的介电常数,我们使用双氧水对片状颗粒做表面氧化。把样品置于双氧水和无水乙醇的混合溶液中,在强超声粉碎机中超声一定时间,取样后在室温下干燥。通过改变双氧水的用量、超声功率和超声时间,比较不同条件下氧化样品复合物的反射损耗,得到具有最佳微波吸收的氧化条件。在此条件下的氧化包覆颗粒／石蜡复合物,相对于原粉复合物,其磁导率基本一致,而介电常数大大减小,这样就能够实现更好的阻抗匹配,较大程度地提高了微波吸收性能。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章引言  12-17
  1.1 高频磁性材料和微波吸收材料  12-15
    1.1.1 研究背景  12-13
    1.1.2 研究现状和发展前景  13-15
  1.2 平面各向异性颗粒  15-16
    1.2.1 研究意义  15
    1.2.2 研究内容  15-16
  参考文献  16-17
第二章理论基础  17-31
  2.1 动态磁性理论  17-21
    2.1.1 复数磁导率和复数介电常数  17-18
    2.1.2 磁损耗机理  18-21
    2.1.3 Snoek极限  21
  2.2 双各向异性模型  21-23
  2.3 微波吸收性能  23-26
    2.3.1 传输线理论  23-25
    2.3.2 阻抗匹配  25-26
    2.3.3 吸波机理  26
  2.4 复合物性能表征  26-30
    2.4.1 有效介质理论  27
    2.4.2 张量磁导率模型及计算  27-30
  参考文献  30-31
第三章实验方法  31-41
  3.1 样品的制备方法  31-33
    3.1.1 球磨法制备平面各向异性颗粒  31-32
    3.1.2 平面各向异性颗粒的性能优化  32
    3.1.3 颗粒/石蜡复合物的制备  32-33
  3.2 样品的性能表征  33-40
    3.2.1 结构表征——X射线衍射仪(XRD)  33-34
    3.2.2 形貌分析——扫描电子显微镜(SEM)  34-36
    3.2.3 静态磁性——振动样品磁强计(VSM)  36
    3.2.4 动态磁性——矢量网络分析仪(VNA)  36-38
    3.2.5 平面各向异性——穆斯堡尔谱仪  38-40
  参考文献  40-41
第四章 FeCuNbSiB平面各向异性颗粒复合物的高频磁性  41-57
  4.1 FeCuNbSiB平面各向异性颗粒的基本性能  41-48
    4.1.1 薄带热处理温度的影响  41-43
    4.1.2 球磨时间的影响  43-48
  4.2 FeCuNbSiB平面各向异性颗粒复合物的性能优化  48-55
    4.2.1 微粉的退火处理  48-50
    4.2.2 复合物的旋转磁场取向  50-52
    4.2.3 磁导率计算和模拟  52-55
  4.3 小结  55
  参考文献  55-57
第五章 FeCuNbSiB平面各向异性颗粒复合物的微波吸收特性  57-73
  5.1 FeCuNbSiB颗粒/石蜡复合物的微波吸收性能  57-58
  5.2 磁性和介电性对样品微波吸收性能影响的模拟计算  58-64
  5.3 FeCuNbSiB颗粒/石蜡复合物微波吸收性能的优化  64-71
    5.3.1 复合物的旋转磁场取向  64-65
    5.3.2 微粉的氧化包覆  65-69
    5.3.3 优化前后的微波吸收性能比较  69-71
  5.4 小结  71-72
  参考文献  72-73
第六章结论及展望  73-75
  6.1 结论  73-74
  6.2 展望  74-75
附录  75-76
致谢  76

FeCuNbSiB平面各向异性颗粒复合物的高频磁性和微波吸收性能研究

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