一种片状羰基铁粉及其短流程制备方法与应用

技术领域

本发明属于羰基铁粉的技术领域，具体涉及一种片状羰基铁粉及其短流程制备方法与应用。

背景技术

羰基铁粉由于具有饱和磁化强度高、磁导率高以及优异的温度稳定性等优点，成为了吸波性能优异、应用范围广泛的吸波材料之一。但羰基铁粉仍存在介电常数较高、厚度大、微波频段内吸收性能较差等缺点，因此需通过各种工艺进一步优化电磁性能。其中大径厚比片状羰基铁粉具有更低频率的吸收峰和更高的吸收强度，片状羰基铁粉凭借其高的形状各向异性突破了Snoek限制，提高了磁导率，因此成为微波吸收领域重要的研究对象。

传统的机械球磨因其工艺简单、出粉率高等特点成为了目前片状羰基铁粉的主要制备技术。由于原始羰基铁粉是由各向异性的微晶α-Fe聚集形成的厚度约为

公开号为CN 113683124A的专利申请文件公开了一种片状羰基铁粉及其制备方法。该方法是将球形羰基铁粉与不同配比的球磨助剂在氩气气氛下湿磨，球磨时间为12～24h,球磨后利用筛网过滤出含料粉浆并置入冷冻干燥机，冻结5h，干燥20h后获得片状羰基铁粉。该方法的确可以制备出片状羰基铁粉，但是该方法采用了传统的湿磨法，导致粉末污染严重，操作繁琐，制备时间较长，生产效率低。

公开号为CN 106946295A的专利申请文件公开了一种等离子体辅助球磨制备片状羰基铁粉的方法。该方法采用“片状成型+二次修整”的方式，不仅实现了羰基铁粉由不定形向片状的高效转变，而且还可实现片状结构的多层次和尺寸的有效可控。该方法球磨时间较长，碎粉率很高，同时还采用行星球磨的二次细化和修正。该方法所制备出了的片状粉末，片径比低，粉末表面活性高，在空气中容易燃烧，且严重阻碍其吸波性能提供，因此该专利对其作为电磁波吸收剂未对其吸波性能进行说明。

公开号为CN 102815754A的专利申请文件公开了一种高磁导率片状羰基铁粉的制备方法。该方法是将羰基铁粉、钢球、无水乙醇、硬脂酸钙、丙酮等介质放入球磨机中进行先后两次球磨，球磨时间为6～8h，然后再经洗涤、干燥、筛分得到片状羰基铁粉。该方法采用的是行星球磨，球磨时间较长，而且加入了多种有机介质，后续还要经过多次洗涤、干燥才能得到羰基铁粉，工艺繁琐、容易引起粉末污染，不易于工业化生产。

从上述方法可以看出在制备片状羰基铁粉时主要采用传统的湿磨法，并且湿磨主要采用的是行星球磨，球磨时间长，其完整的制备工艺流程包括配置助磨剂、球磨、固液分离、洗涤、冻结、干燥等6个步骤，生产效率低，工业生产成本高，且所制备粉末不纯洁，难以保证羰基铁粉的性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种片状羰基铁粉及其短流程制备方法与应用，本发明采用干磨的方法，其完整的制备工艺流程包括退火、球磨等2个步骤，该工艺流程简单高效，大大缩短制备时间，并且可制备得到大径厚比的片状羰基铁粉，易于实现大批量工业化生产。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种片状羰基铁粉的短流程制备方法，包括以下步骤：

(1)将羰基铁粉置于惰性气氛下进行退火处理；

(2)将退火后的羰基铁粉放入球磨罐，并向羰基铁粉中加入控制剂；

(3)向球磨罐中通入氩气，采用氩气辉光放电辅助球磨，在干式条件下制备片状羰基铁粉。

优选的，步骤(1)所述退火处理是升温至300～600℃热处理1～3h，后缓慢降至室温后出料。

优选的，步骤(1)所述退火处理是升温至400～500℃热处理。

优选的，步骤(1)所述惰性气氛为高纯氩气或氮气气氛，为了隔绝氧气，防止退火过程中羰基铁粉被氧化。

优选的，步骤(2)所述控制剂为无水乙醇、液态石蜡、硅烷偶联剂和硬脂酸钙中的一种或多种的组合。

优选的，步骤(2)所述控制剂的添加量为羰基铁粉的2wt％～15wt％，进一步优选为3wt％～11wt％。

进一步优选的，所述控制剂为液态石蜡，添加量为羰基铁粉的5wt％。

优选的，步骤(3)在球磨之前，对球磨罐进行抽真空和通入高纯氩气以排除所述球磨罐内的空气，并且在球磨罐中产生氩等离子体。

优选的，步骤(3)所述羰基铁粉在球磨罐中进行干式球磨，球料比为50:1～100:1，球磨时间为0.5～3h,磨球振幅峰峰值为10～13mm，磨球振动重力加速度为10～12g。

进一步优选的，球磨时间为0.5～1.5h。

优选的，步骤(3)所述氩气辉光放电辅助球磨的参数为，氩气气压为3×10

由以上任一项所述的短流程制备方法制备的一种片状羰基铁粉。

以上所述的一种片状羰基铁粉在制备吸波材料中的应用。

本发明提供的一种片状羰基铁吸收剂及其短流程制备方法，通过“前期热处理+辉光放电辅助球磨”，可以有效解决羰基铁粉塑性变形困难、机械微加工困难、碎粉率高等问题，可高效制备大径厚比羰基铁粉，表现出优异的吸波性能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明通过前期热处理和辉光放电辅助球磨过程中的“电-热”场耦合辅助机械扁平化，既可以使羰基铁的纳米晶的晶粒尺寸适当长大，消除内应力和缺陷等不均匀成分，又利于羰基铁粉末颗粒的塑性形变，可避免受球磨机械力作用后出现的内应力集中，减缓颗粒破碎进程，提升片状化粉末的径厚比。

(2)本发明在制备大径厚比片状羰基铁粉时采用辉光放电辅助球磨进行干式球磨，一方面由于粉末被等离子加热的同时也被磨球撞击，羰基铁的变形在一定温度下进行，有利于其扁平化；另外一方面，电脉冲能够促进羰基铁内部的微观结构重构，通过抑制机械变形中位错的平面滑移，增强交叉滑移，显著提升羰基铁的延展性。上述两种效益共同作用，显著提高了羰基铁的扁平化进程。

(3)相比于传统工艺的湿磨法包括配置助磨剂、球磨、固液分离、洗涤、冻结、干燥等6个步骤；而本发明采用了干磨，大大简化了操作步骤，易于向工业化推广。

(4)本发明可在其它球磨工艺不变的前提下，可以简单通过改变球磨时间实现对大径厚的片状羰基铁粉尺寸的可控。

附图说明

图1为实施例1制备的羰基铁粉的SEM图。

图2为实施例2制备的羰基铁粉的SEM图。

图3为实施例3制备的羰基铁粉的SEM图。

图4为实施例4制备的羰基铁粉的SEM图。

图5为实施例5制备的羰基铁粉的SEM图。

图6为实施例6制备的羰基铁粉的SEM图。

图7为实施例7制备的羰基铁粉的SEM图。

图8为实施例8制备的羰基铁粉的SEM图。

图9为实施例9制备的羰基铁粉的SEM图。

图10为实施例10制备的羰基铁粉的SEM图。

图11为实施例11制备的羰基铁粉的SEM图。

图12为实施例12制备的羰基铁粉的SEM图。

图13为对比例1制备的羰基铁粉的SEM图。

图14为对比例2制备的羰基铁粉的SEM图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明作进一步详细说明，所描述的实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明中各项电磁参数ε′、μ′、频点、吸收峰的测试方法为：取所需待测样品(羰基铁粉末)和固体石蜡按一定质量比混合，后放入模具中制成外径为7mm，内径为3mm,厚度为2-4mm的空心圆柱形同轴试样，其后将同轴试样装载进矢量网络分析仪中进行测试。

测试标准：国家电子行业军用标准SJ 20512-1995

实施例1

将平均粒度为5～10μm的羰基铁粉置于真空炉中，并在氩气保护下缓慢升温至300℃保温3h，然后加入球磨罐中，向球磨罐中充入0.05MPa氩气，对其进行辉光放电辅助球磨。其中电极棒以聚四氟乙烯为介质阻挡层，且厚度为5mm，球料比为100：1，无水乙醇的添加量为3wt％，磨球振幅峰峰值12mm，磨球振动重力加速度10g，球磨时间为2h，氩气离化后的电子密度为10

实施例2

本实施例步骤与实施例1基本相同，所不同的是在步骤(1)中，热处理温度为400℃，得到平均粒度小于10μm的片状羰基铁粉。图2为本实施例制备的羰基铁粉的SEM图。

实施例3

本实施例步骤与实施例1基本相同，所不同的是在步骤(1)中，热处理温度为450℃，得到平均粒度小于15μm的片状羰基铁粉。图3为本实施例制备的羰基铁粉的SEM图。

实施例4

本实施例步骤与实施例1基本相同，所不同的是在步骤(1)中，热处理温度为500℃，得到平均粒度小于20μm的片状羰基铁粉。图4为本实施例制备的羰基铁粉的SEM图。

实施例5

本实施例步骤与实施例1基本相同，所不同的是在步骤(1)中，热处理温度为600℃，得到平均粒度小于15μm的片状羰基铁粉。图5为本实施例制备的羰基铁粉的SEM图。

实施例6

本实施例步骤与实施例4基本相同，所不同的是在步骤(2)中，无水乙醇的添加量为8wt％，在步骤(3)中，球磨时间为1h，得到平均粒度小于20μm的片状羰基铁粉。图6为本实施例制备的羰基铁粉的SEM图。

实施例7

本实施例步骤与实施例6基本相同，所不同的是在步骤(2)中，液态石蜡的添加量为5wt％，得到平均粒度小于15μm的片状羰基铁粉。图7为本实施例制备的羰基铁粉的SEM图。

实施例8

本实施例步骤与实施例6基本相同，所不同的是在步骤(2)中，无水乙醇的添加量为6wt％，液态石蜡的添加量为5％，得到平均粒度小于15μm的片状羰基铁粉。图8为本实施例制备的羰基铁粉的SEM图。

实施例9

本实施例步骤与实施例6基本相同，所不同的是在步骤(2)中，无水乙醇的添加量为3wt％，硅烷偶联剂的添加量为2wt％，得到平均粒度小于15μm的片状羰基铁粉。图9为本实施例制备的羰基铁粉的SEM图。

实施例10

本实施例步骤与实施例4基本相同，所不同的是在步骤(1)中，热处理保温时间为1h，在步骤(3)中，球磨时间为0.5h，得到平均粒度小于10μm的片状羰基铁粉，仍存在尚未变形的球形颗粒。图10为本实施例制备的羰基铁粉的SEM图。

实施例11

本实施例步骤与实施例10基本相同，所不同的是在步骤(3)中，球磨时间为1.5h，得到平均粒度小于20μm的片状羰基铁粉。图11为本实施例制备的羰基铁粉的SEM图。

实施例12

本实施例步骤与实施例10基本相同，所不同的是在步骤(1)中，热处理保温时间为2h，得到平均粒度小于15μm的片状羰基铁粉。图12为本实施例制备的羰基铁粉的SEM图。

对比例1

本对比例步骤与实施例1基本相同，所不同的是，所使用的是未经退火处理的羰基铁粉，得到平均粒度小于10μm的片状羰基铁粉。图13为本对比例制备的羰基铁粉的SEM图。

对比例2

本对比例步骤与实施例4基本相同，所不同的是，球磨方式为普通机械球磨，得到平均粒度小于10μm的片状羰基铁粉。图14为本对比例制备的羰基铁粉的SEM图。

表1实施例1至实施例12及对比例1、2

以上实施例数据表明，本发明采用前期热处理和辉光放电辅助球磨相结合的工艺制备出的片状羰基铁粉表现出优异的吸波性能。采用适宜的热处理温度及球磨工艺参数，所制备出的片状羰基铁粉的反射损耗值均明显低于未退火处理及普通球磨的羰基铁粉，吸波性能得到明显改善。本发明的一种片状羰基铁粉的短流程制备方法，可高效制备大径厚比片状羰基铁粉，表现出优异的吸波性能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围之内，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。