轻稀土RE-Ni-Fe体系相图及相关合金微波吸收机理研究

In recent years, along with the wide use of electronic products in S-band (2-4GHz), finding the absorbing material with a high absorption rate in the band has become an urgent need. However, due to the restricting of material structure, composition, and preparation conditions, the microwave absorbing properties of the developed material in S-band is still not satisfactory. To solve this problem, the project will investigate the phase diagrams of light rare earth RE (RE = Ce,Pr,Nd,Sm)-Ni-Fe system, determine the correlation coefficient and the single-phase solid solution. Then on the base of the studied phase diagram, we will analyze the influence of elements addition such as RE, Mn, Co, Si, Al, etc. on crystal structure, lattice parameters, atomic placeholder, phase relationship and magnetic structure of the Ni-Fe-based alloys by means of XRD, SEM, NPD, AFM techniques, study the mechanism between these factors and the absorbing properties to find out new excellent absorbing materials in S-band. Further we will explore the phase structure, grain size, particle morphology, microwave absorption performance of the alloy powders changing with the preparation conditions such as the milling time, the heat treatment temperature and time, magnetic heat treatment, etc. to find out the relationship between the microwave absorption properties and the preparation conditions, and obtain the optimum preparation conditions of integrated microwave absorbing performance.

近年来，随着S(2-4GHz)波段各类电子产品的广泛使用，使在该频段具有高吸收率的吸波材料已成为迫切需要。但是，由于受到材料结构、成分、制备工艺条件等制约，目前研制出的材料在S波段的吸波性能仍不理想。为了解决这个问题，项目将通过测定轻稀土RE(RE=Ce,Pr,Nd,Sm)-Ni-Fe等体系相图，确定相关系和各单相固溶度；以测定相图为依据，采用XRD、SEM、AFM等手段研究Ni-Fe基合金的晶体结构、晶胞参数、原子占位、相关系、磁结构等因素随RE、Mn、Co、Si、Al等元素添加而变化的规律，研究这些因素与吸波性能之间的关系及作用机理，找出在S波段具有优异吸波性能的先进吸波材料；探索合金微粉的相结构、晶粒尺寸、颗粒形貌、微波吸收性能等随球磨时间、热处理温度和时间、磁场热处理等制备工艺条件变化规律，寻找微波吸收性能与制备工艺条件之间的关系，获得制备综合微波吸收性能优异的最佳工艺条件。

采用XRD、SEM、VSM、矢量网络分析仪等手段相结合研究了RE(La, Ce, Pr, Sm)-Ni-Fe体系的相关系及相关化合物的吸波性能；研究稀土、Fe、Ti、Sn、Co等元素的添加对RE-Ni-Fe体系合金结构及微波吸收性能的影响；研究了球磨工艺和热处理工艺等制备条件对合金的微结构和吸波性能的影响，开发出了一系列在S波段（2-4GHz）具有高吸收率的吸波材料。1.首次完成了Pr-Fe-Ni、Sm-Fe-Ni、Ce-Fe-Ni和Nd-Co-Fe等三元体系的相关系测定，并确定部分单相的固溶度；且首次完成了Nd2Fe14B-Pr2Fe14B相图的测定。2.系统研究了La、Ce、Pr、Nd、Ho、Dy、Er等稀土添加对(RE=La、Pr、Nd、Ho)的RE-Fe、RE-Ni、Fe-Ni、Co-Fe等合金微结构和微波吸收性能的影响。结果表明稀土的适量添加可以细化合金纳米晶粒，有利于材料的加工和破碎，降低了球磨时间，从而有效降低材料的生产成本。在RE-Fe-Ni体系吸波性能研究中发现RE2Fe17和RENi5合金在吸波峰2-4GHz频段范围，具有较好的低频吸波性能，对于同一类型的单相结构，轻稀土具有较为优越的低频吸波性能，总体而言，轻稀土对RE-Fe的替代使合金的吸波峰向低频方向移动，重稀土对RE-Fe合金的替代则使合金的吸波峰向高频方向移动。3.研究了Fe、Ti、Si、Co等元素添加对RE-Ni-Fe体系合金结构及微波吸收性能的影响。研究发现：（1）适量Fe的添加可以使Pr-Ni和Nd-Co体系合金的吸波峰频率向低频方向移动，合金微粉的吸收峰频率为4GHz，Fe的添加有利于提高材料的低频吸波性能。（2）Ni的添加使Nd2Co17-xNix体系合金吸收峰频率从高频区域向低频区域移动，有效吸波带宽也得到明显改善。（3）Si、Ce的添加使RE-Fe基合金的峰频率向低频方向移动，并能有效降低最小反射率峰值和展宽有效吸波带宽。（4）Ce、Ni的添加使得Mn-Al基合金有多个反射损耗峰，合金具有良好的宽频吸波效应。（5）Ti、C的添加有利于合金粉体的扁平化，吸波峰向高频方向移动，但提高了合金的吸波性能。4.研究了球磨时间、回火温度和热处理对Ni基和MnAl基合金结构和吸波性能的影响。随着球磨时间的增加，PrNd-Fe和MnAl基合金均且向低频方向移动，但是吸波频宽有所变窄。