鈦摻雜鋇鐵氧體的制備及吸波性能研究.pdf

1、電磁波在軍事探測(cè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和由其產(chǎn)生的電磁干擾、電磁污染等問題使吸波材料成為各國(guó)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。探索出高強(qiáng)度、寬頻吸收的電磁波吸收材料，在軍事和民用領(lǐng)域都具有重要意義。M型鋇鐵氧體具有較大的磁晶各向異性場(chǎng)、高的飽和磁化強(qiáng)度、大的矯頑力、高的電阻率和優(yōu)秀的化學(xué)穩(wěn)定性，是高頻微波應(yīng)用領(lǐng)域最有潛力的一類材料。
　　頻率為26.5～40GHz范圍的電磁波因同時(shí)具有厘米波的全天候特點(diǎn)和毫米波的高成像分辨率特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于軍事雷達(dá)探測(cè)

2、。在高頻波段，鐵氧體主要通過自然共振來強(qiáng)烈的吸收衰減電磁波。鋇鐵氧體具有高于40GHz的自然共振頻率，可通過離子摻雜實(shí)現(xiàn)其共振頻率降低，有望在26.5～40GHz頻率范圍得到高效的吸收效能。用高價(jià)陽(yáng)離子對(duì)鋇鐵氧體中Fe3+進(jìn)行取代時(shí)，為了維持電荷平衡，部分Fe3+轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2+。相鄰Fe3+與Fe2+之間存在超交換耦合作用，其耦合磁矩進(jìn)動(dòng)頻率高于Fe3+磁矩的進(jìn)動(dòng)頻率，形成了雙共振機(jī)構(gòu)，進(jìn)而產(chǎn)生雙損耗吸收峰。利用雙吸收峰的疊加作用，可以

3、達(dá)到寬頻吸收電磁波的目的。
　　本文通過檸檬酸鹽溶膠凝膠法在不同的熱處理溫度下制備了鈦摻雜的鋇鐵氧體吸波材料BaFe12-xTixO19(BFTO)。研究熱處理溫度和鈦含量對(duì)其晶相形成和電磁性能的影響，并進(jìn)一步研究其寬頻吸波特性。具體研究結(jié)論如下:
　　鈦摻雜后，BFTO粉體中容易引入α-Fe2O3雜相，在鋇鐵氧體中留下鐵空位，抑制Fe3+轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2+，故需要升高燒結(jié)溫度，以消除α-Fe2O3相。在1100℃、1200℃和

4、1300℃燒結(jié)都可得到單相的BFTO。雨太多的鈦含量則會(huì)形成Ba6Fe45Ti17O106，不利于Ti的高效摻雜。因此，需要充分考慮燒結(jié)溫度和鈦含量的綜合影響。鈦離子主要通過摻入鋇鐵氧體中2b晶格位置來降低BFTO粉體的各向異性場(chǎng)。BFTO在26.5～40GHz的磁損耗主要來自其自然共振。鈦摻雜可以通過降低各向異性場(chǎng)來降低材料的共振頻率。同時(shí)，鈦的摻入促進(jìn)Fe3+向Fe2+轉(zhuǎn)變，在BFTO樣品中形成Fe3+和Fe2+之間超交換耦合共振機(jī)

5、構(gòu)。Fe3+和Fe2+之間超交換耦合貢獻(xiàn)了不同于Fe3+的朗德因子，在材料中形成了雙共振磁損耗機(jī)構(gòu)，雙共振損耗峰的疊加可得到較寬的磁損耗峰。BFTO粉體的反射損耗吸收峰由自然共振引起，它的雙吸收峰來自于雙共振機(jī)構(gòu)。雙吸收峰的疊加使得BFTO展現(xiàn)出較大的吸收頻寬。1100℃熱處理3h樣品，x=0.6時(shí)具有最大的頻寬11.77GHz。1200℃熱處理3h樣品，x=0.7的樣品獲得了最大的頻寬11.73GHz。
　　本文通過延長(zhǎng)保溫時(shí)間

6、和提高熱處理溫度有效地在BFTO樣品中引入了氧空位，促進(jìn)更多Fe3+向Fe2+轉(zhuǎn)變，增強(qiáng)Fe3+和Fe2+之間超交換耦合共振作用。進(jìn)一步增加了BFTO粉體的吸波頻寬。1200℃保溫7.5h的x=0.6的樣品頻寬達(dá)到11.82GHz。1300℃熱處理3h的x=0.8的樣品頻寬達(dá)到12.23GHz。
　　最后考慮BFTO的小型化應(yīng)用，制備了BFTO陶瓷材料。發(fā)現(xiàn)鈦摻雜能夠降低鋇鐵氧體的燒結(jié)溫度，實(shí)現(xiàn)BFTO軟磁性的同時(shí)保留較高的剩余磁