[发明专利]一种具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料及其制备方法

说明书

一种具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料及其制备方法，属于纳米吸波材料制备领域。该具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料，包括的化学成分及其质量百分比为：N：0.1～12％、Cr：0～9％、Ni：0～10％、Mo：0～5％、Mn：0～2％，余量为Fe及不可避免的杂质；其包括的晶粒，按质量比，微米级晶粒及亚微米级晶粒：纳米级晶粒：非晶＝(90～10)：(9～85)：(1～5)；非晶≤5％。其制备方法为：将原料混合，对铁合金粉末待渗氮材料渗氮，再高能球磨，得到具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料，该材料内部拥有多种不同尺度量级的晶粒，使得电磁波在颗粒内部传输过程中发生散射的次数增大，提高了材料的吸波能力，同时吸波频带宽，吸波匹配厚度薄。

技术领域

本发明属于纳米吸波材料制备领域，具体涉及到一种具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料及其制备方法。

背景技术

由于微波技术在工业生产以及军事领域日益广泛的应用，吸波材料的重要价值也日渐突出。在民用设备中使用吸波材料，可以降低电磁辐射对人们造成的身体伤害；在军用设备中使用吸波材料，可以干扰电磁波的探测，有效提高设备的隐身效果，具有重要的战略意义。目前，吸波材料的研制以厚度薄、质量轻、吸波频带宽、吸波能力强为主要发展方向。经过多年的发展，已有多种吸波材料被研制出来并已投入生产。但是，传统的金属基吸波材料由于质量较重、耐腐蚀性能差等缺点已不能满足使用需求。同时，吸波材料的工业化生产面临工艺复杂，生产成本高，生产周期长，废品率高等问题。

氮化铁材料已被证实具有优良的磁性能和耐腐蚀性能。对传统氮化铁材料进行改性及优化可以制备出具有良好应用前景的氮化铁吸波材料。且氮化铁材料制备具有技术成熟，工艺简单，生产成本低，生产周期短的优点。目前的常见的氮化铁吸波材料主要是先由化学方法制备微米级前驱体铁粉颗粒，再通过气体渗氮的方式制备而来。这种氮化铁吸波材料粉末具有复杂的颗粒表面结构，颗粒整体的比表面积较大，且颗粒尺寸均匀的优点，但其内部晶粒尺寸通常为微米级晶粒，晶粒分布均匀，颗粒内部总晶界面积低。虽然电磁波由颗粒表面进入内部时可以减少反射的发生，但电磁波在其颗粒内部传输过程中发生散射的频率相对较低，致使其吸波性能较差，吸波频带窄，吸波匹配厚度较厚。

发明内容

针对现有氮化铁吸波材料在性能及应用方面的不足，本发明提出了一种具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料及其制备方法。此种多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料内部拥有多种不同尺度量级的晶粒，包括微米级及亚微米级晶粒、纳米级晶粒和非晶，三种尺度的晶粒在颗粒内部混乱排列，同时形成大量缺陷，使颗粒内部具有极高的晶界面积，使得电磁波在颗粒内部传输过程中发生散射的次数增大，提高了材料的吸波能力，同时吸波频带宽，吸波匹配厚度薄。该制备方法具有技术成熟，工艺简单，生产成本低，生产周期短的优点。

一种具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料，包括的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：N：0.1～12％、Cr：0～9％、Ni：0～10％、Mo：0～5％、Mn：0～2％，余量为Fe及不可避免的杂质；

所述的具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料宏观颗粒尺寸为100nm～20μm；所述的具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料的宏观颗粒内部包括微米级晶粒及亚微米级晶粒、纳米级晶粒和非晶，其中，微米级晶粒及亚微米级晶粒的尺寸范围为≥100nm，纳米级晶粒的尺寸范围为2～10nm；按质量比，微米级晶粒及亚微米级晶粒：纳米级晶粒：非晶＝(90～10)：(9～85)：(1～5)；其中，非晶的质量百分比≤5％。

所述的具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料包括多种含有合金元素的氮化物；所述的含有合金元素的氮化物为含合金元素的α-Fe(N)相、含合金元素的γ'-Fe₄N相和含合金元素的ε-Fe_2-3N相中的一种或几种；其中，具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料中，含有的含合金元素的α-Fe(N)相的质量百分比＜30％。

所述的具有多尺度晶粒的纳米氮化铁吸波材料的宏观外貌为不规则类球状或不规则类片状。