NiMn基合金制备及微波吸收性能的研究

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铁磁吸波材料是微波吸收材料中非常重要的一种,铁磁Ni-Mn-X(X=Ga,In)Heusler合金是一种新型的多功能材料,其铁磁性特征使得这类材料具有成为铁磁吸波材料的潜能。然而,以往的研究多集中在合金的力学、热学、磁学等方面,而未见对其电磁波吸收性能的报道。本课题,采用差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及振动样品磁强计(VSM)等表征手段系统地研究了合金化学成分变化对其马氏体相变、晶体结构、微观组织、磁性能的影响规律。并结合矢量网络分析仪(VNA)测定了合金的电磁参数,建立了 Ni-Mn-X(X=Ga,In)合金化学成分、颗粒形貌及粒径大小与其复磁导率μr=μ’+iμ",复介电常数εr=ε’+iε及其微波吸波性能的关系。主要结论如下:(1)可以通过设计化学成分调控多晶Ni50+xMn25-xGa25(x=0,1,2,3)合金的复介电常数(εr)、复磁导率(μr)、反射损耗(RL)和吸收频宽(Δf,RL≤-10 dB)。所有试样均表现出宽的有效吸收频宽和多共振行为,这有利于提高合金的微波吸波性能。特别地,Ni2MnGa合金表现出最优异的微波吸收特性:Δf=11.7 GHz;在频率f=13.3 GHz和涂层厚度d=2.57 mm 时的RLmin=-49.1 dB。(2)多晶Ni50-xMn36+xIn14(x=0,1,2)合金的εr、μr、RL和Δf也可通过化学成分变化来调控。不同试样分别在~13.2、~12.2和~10.4 GHz(x=0,1,2)处展现出高的介电共振与磁共振(共振-反共振现象),这种增强的介电衰减与减弱的磁衰减的互补行为在微米级不规整铁磁吸波材料中还未见报道。这种反常的电磁共振现象与试样的磁导率-介电常数转换有关,这在很大程度上能有效地改善试样的微波吸收性能。此外,Ni50Mn36In14合金表现出最佳微波吸收特性:Δf=12.5 GHz;在频率f=~9.0 GHz和涂层厚度d=2.99 mm处,RLmin=-51.8 dB。(3)随球磨时间增加,Ni2MnGa合金颗粒由不规整多边体逐渐变为类球体,且颗粒尺寸由~3 1.04 μm减小到~6.94 μm。球磨4、12、16 h后合金的εr和μr分别在~13.1、~13.3和~11.9 GHz处表现出增强的介电衰减与减弱的磁衰减互补行为。这是由于颗粒尺寸的减小和形貌的规整,使得Ni2MnGa颗粒间距减小,诱发近场电磁相互作用,进而导致微波在传播过程中发生磁导率向介电常数的转换。这能有效改善试样的微波吸收性能。(4)铁磁Ni-Mn-X(X=Ga,In)合金具有成为潜在高频、宽频微波吸收候选材料的潜能。
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