M和W型锶铁氧体的微波吸收性能研究

摘要

六角铁氧体具有较强的磁晶各向异性、较高的饱和磁化强度和优良的电磁特性已成为微波吸收材料领域研究中的热点之一。相比钡铁氧体，关于锶铁氧体微波吸收的研究较少，另外该材料也存在吸收带宽窄和密度大的问题，需要对材料进行改性以提高微波吸收特性。文章以M和W型锶铁氧体的电磁特性为重点，研究了工艺参数和离子掺杂对其电磁特性和吸收性能的影响。
　　(1)讨论了吸波材料的物理机制，通过等效电路原理解释了复磁导率、复介电常数、损耗因子等的物理实质，阐述了在设计吸波材料时需综合考虑的波阻抗匹配特性和衰减特性两个基本条件，重点阐述了吸波材料电磁损耗的微观机制。
　　(2)优化工艺条件，采用固相法和XRD、SEM、EDS等表征手段及网络矢量分析仪研究了不同烧结温度对铁氧体微结构、形貌、电磁特性、吸收性能的影响。结果表明温度对吸收性能有较大的影响，为了获得更好的微波吸收性能需要提供一定的煅烧温度，M和W型锶铁氧体分别在1200℃和1250℃下煅烧能具有更好的特性。
　　(3)系统的研究了稀土元素镧掺杂M型锶铁氧体、钴元素掺杂W型锶铁氧体体系的电磁特性和吸收特性。制备了Sr1-xLaxFe12O19和SrZn2-xCoxFe16O27粉体，用用各种表征手段XRD、SEM、EDS等分别对样品的晶体结构、微观形貌和成分进行分析，用网络矢量分析仪对样品的电磁参数进行测量，根据测量数据得到损耗因子和微波反射率。理论上分析了它们的损耗机制。
　　(4)对于Sr1-xLaxFe12O19，当掺杂量x≤0.1时，La3+完全进入了锶铁氧体，样品为单一的M相，但是当x≥0.2时有少量杂质α-Fe2O3，这主要是由于晶格畸变加剧。各个掺杂量的样品都具有六角片状特征，颗粒的大小分布均匀，相比未掺杂的样品，掺杂镧元素样品的颗粒变大，随着掺杂量的增加颗粒大小的变化微小。当x=0.2时，样品的吸收性能达到最优，Sr0.8La0.2Fe12O19在匹配厚度d=2.5mm时，小于-8dB的带宽为4.508GHz。对于SrZn2-xCoxFe16O27，不同浓度的钴离子完全进入了锶铁氧体SrZn2Fe16O27。各个掺杂量的样品都具有六角片状特征，随着掺杂量的增加粒径先增大在后减小。钴元素掺杂可以明显地调节W锶铁氧体的电磁特性和微波吸收性能。当x=0.9时，样品的吸收性能达到最优，在匹配厚度d=2.2mm时，小于-8dB的带宽为7.448GHz，小于-10dB的带宽为6.132GHz。
　　(5)M型和W型锶铁氧体的磁损耗因子大于介电损耗因子因而对吸收性能产生较大的贡献。W型锶铁氧体的的吸收性能优于M型锶铁氧体。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 吸波材料及其分类

1．1．1 吸波材料及研究意义

1．1．2 吸波材料分类

1．1．3 吸波材料的发展趋势

1．2 铁氧体吸波材料

1．2．1 M型六角铁氧体

1．2．2 W型六角铁氧体

1．4 实验工艺方法

1．5 本课题的研究内容

第二章 吸波损耗机理及实验表征方法

2．1 电磁特性

2．1．1 复介电常数、介电损耗因子

2．1．2 复磁导率、磁损耗因子

2．1．3 复介电常数的RC等效电路分析

2．1．4 复磁导率的的RL等效电路分析

2．1．5 吸波材料反射率

2．2 吸波材料的吸波原理

2．3 电磁损耗的微观机制

2．3．1 电损耗机制

2．3．2 磁损耗机制

2．4 表征手段

2．4．1 X射线衍射分析仪(X-ray diffraction，XRD)

2．4．2 扫描电子显微镜(Scanning electron microscope，SEM)

2．4．3 能谱分析(Energy dispersive spectroscopy，EDS)

2．4．4 电磁参数和反射率的测试

第三章 M型锶铁氧体的制备与离子取代研究

3．1 M型锶铁氧体样品的制备

3．1．1 实验药品和实验仪器

3．1．2 工艺流程

3．2 制备SrFe12O19工艺条件优化

3．2．1 工艺参数对微结构和形貌的影响

3．2．2 工艺参数对电磁特性的影响

3．2．3 吸波性能

3．3 镧含量对M型锶铁氧体特性的影响

3．3．1 样品表征

3．3．2 Sr1-xLaxFe12O19的微波电磁频谱

3．3．3 镧掺杂量对Sr1-xLaxFe12O19微波吸收性能的影响

3．3．4 厚度对微波吸收性能的影响

3．3．5 Sr1-xLaxFe12O19微波损耗机理分析

3．4 本章小结

第四章 SrZn2-W铁氧体的制备与离子取代研究

4．1 W型锶铁氧体的制备

4．1．1 实验药品和实验仪器

4．1．2 工艺流程

4．2 工艺条件优化

4．2．1 工艺参数对微结构和形貌的影响

4．2．2 工艺参数对电磁特性的影响

4．2．3 吸波性能

4．3 钴含量对W型锶铁氧体特性的影响

4．3．1 样品表征

4．3．2 SrZn2-xCoxFe16O27的微波电磁频谱

4．3．3 钴掺杂量对SrZn2-xCoxFe16O27微波吸收性能的影响

4．3．4 厚度对微波吸收性能的影响

4．3．5 SrZn2-xCoxFe16O27微波损耗机理分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献