FeSiAl片状微粉的制备、结构及性能研究

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在微波低频段,金属微粉的吸波能力优于铁氧体。棒状、片状、纤维状等形状各向异性的磁性微粉优于球形状微粉。具有大长径比的扁平状微粉,且厚度小于GHz时的趋肤深度,有利于微波吸收。将此微粉和聚合物混炼,制作成类似于交替叠层柱状结构的抗EMI材料,有极大的研究和使用价值。FeSiAl合金微粉便是使用这种工艺的金属合金微粉。本论文通过配制合金,熔炼试棒,快淬薄带,球磨微粉的工艺,得到扁平状微粉。主要研究了微粉的形貌;合金中的Si、Al含量对微粉的结构、电磁参数、吸波性能的影响;同时采用固体与分子经验电子理论对合金的电子结构进行计算,并分析了合金粉的吸波性能。在形貌特征和晶体结构方面,分析了球磨时间对微粉形貌的影响,以及纳米晶结构的形成。球磨70h前,内应力随球磨时间的延长而增大,但90h后降低,退火后更低。快淬薄带中有D03超点阵有序相。球磨后D03超点阵相消失但出现新的少量的Al原子。有序度随Si含量增大和退火处理温度的升高而增大。微粉在300℃以上无明显的吸放热峰出现。D03超点阵结构可通过合金快淬得到,球磨和退火后都消失。首次运用固体与分子经验电子理论,详细计算了FeSiAl系列合金中的理论键距(?)(n)、(111)和(100)方向上的键共价电子对数nα(α=A、B)、两种键距偏差ΔD/(?)(nA)%和玻尔磁子数。计算结果表明:微粉球磨引起晶格常数的变化,从而导致(111)方向上的键共价电子对数改变,最终导致微粉的磁特性的改变。Si含量增大,(111)和(100)的键共价电子对数都增大,Fe的杂化台阶也增大,合金的玻尔磁子数减小。微观固态反应导致Fe原子的原子状态改变。计算结果能对合金粉的电磁特性进行解释。在电磁参数方面,发现微粉球磨70h以前,饱和磁化强度随球磨时间的延长而增大,70h达到最大,但球磨时间延长到90h反而减小。在微波低端,Si含量对电磁参数的影响与Al的含量有关。复数磁导率在70h球磨后有较大的值。热处理后的介电常数减小很大。球磨时间越长,介电常数越大。在吸波方面,计算了微粉的反射率和衰减系数,并进行了优化,探讨了合金的吸波机理。球磨时间延长后,反射率向频率低端移动,但峰值减小。Si含量增大,峰值向高端移动。Al含量增大,向低端移动。微粉300℃退火处理后吸收频带变宽但峰值降低。材料厚度增加,峰值移向低端但吸收频带变窄。退火处理后的复数介电常数的模值减小,但其损耗角正切反而增加,介电损耗增加,磁损耗减小。合金粉为磁性损耗。随Si含量的增加,微粉的损耗趋于电损耗为主。本论文得到的主要结论如下:成分为Fe74Si15Al11合金在70h球磨,在3.5GHz时磁导率虚部可4.2。反射率优化后在厚度为2.6mm时有小于-10dB的吸收峰值。Al含量增大到14at%,可使吸收频段移至4~8GHz,并且吸收峰小于-10dB的带宽可达2GHz左右。以磁损耗为主,衰减系数在4GHz时可达到10.25ω/C。300℃退火处理可使吸收频带展宽。球磨引起晶格常数的变化,从而导致(111)方向上的键共价电子对数改变,最终导致微粉的磁特性的改变。
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