铁氧体吸波剂的吸收机理及特点

日期：2018-10-29 11:37

铁氧体是发展最早、应用最广的吸波材料。由于铁氧体在高频下有较高的导率,且电阻率也较大,电磁波易于进入并快速衰减,因而被广泛地应用在雷达吸波材料领域中。铁氧体吸波涂料因为价格低廉,吸波性能好,即使在低频、厚度薄的情况下仍有良好的吸波性能,在米波至厘米波范围内,可使反射能量衰减17~20dB。作为吸波材料应用最为广泛的是尖晶石型铁氧体,尖晶石型铁氧体的介电常数ε和磁导率'比较低,用纯铁氧体难以满足高性能的雷达波吸收材料的要求,但是把铁氧体粉末分散在非磁性体中而制成的复合铁氧体,则可以通过铁氧体粉末的粒径、铁氧体粉末与非磁性体的混合比以及铁氧体组成来控制其电磁参数。铁氧体具有畴壁共振损耗、磁矩自然共振损耗和粒子共振损耗等特性,其作用机理可概括为对电磁波的磁损耗和介电损耗。铁氧体复合材料具有较好的频率特性,其相对磁导率较大,相对介电常数较小,适合制作匹配层,在低频带拓宽方面具有良好的应用前景。其主要缺点是密度大、温度稳定性差、频带窄。纳米金属粉吸波复合材料具有微波磁导率较高、温度稳定性好的优点。从分析金属的电子能级跃迁、原子相对振动的光学波、原子的转动能级和原子磁能级可以看出,具有铁磁性的金属超细微粒与电磁波有强烈的相互作用,具备大量吸收电磁波的条件(隔磁片)。多晶铁纤维具有独特的形状,各向异性,可在很宽的频带内实现高吸收频率,除此而外它的最大特点是面密度低,吸收与入射角无关。铁氧体的吸波性能与其化学组成、成型工艺、颗粒形状大小、使用频率等0密切相关。一般来说,烧结温度较高,呈盘片状且粒径适中的铁氧体吸波性能较好。但对大多数铁氧体来说,由其电磁性能所决定的特征峰落在0.253GHz内。

一、铁氧体的微波吸收机理

在交变磁场作用下,磁性介质的损耗机制主要有以下几种。

（1）涡流损耗当通过导体的磁通量随时间发生变化时,导体内部会形成涡流,产生涡流损少耗,从而使得电磁能转化为热能形式被损耗掉。

（2）磁滞损耗磁滞是指当铁磁材料的磁性状态发生变化时,磁化强度滞后于磁场强度,它的磁通密度B与磁场强度H之间呈现磁滞回线关系。经一次循环,每单位体积铁芯中的磁滞损耗等于磁滞回线的面积。产生磁滞损耗的内在机理为畴壁的不可逆移动。

（3）磁共振磁体中的磁偶极子以固有频率振动,当外加磁场与该固有频率相同时,将引起磁共振,致使材料强烈吸收电磁波。

（4）剩磁效应由于磁通密度B的变化要比外加磁场滞后一个相位角,因此当外加磁场变为零时,磁体中磁通密度B却不为零,从而产生剩磁。若要使磁通密度B变为零,须外加反向磁场,这个消除剩磁的过程将消耗磁场的能量

二、.铁氧体材料的种类及特点

铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物,价格便宜、化学稳定性好,是发展最早、研究最多、较为成熟的吸波材料。早在20世纪40年代初期,铁氧体就已经作为微波吸收材料使用。按晶体结构的不同,铁氧体主要分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型3大类,如表2-1所示,它们均可用作吸波材料。磁铅石型铁氧体属于六角晶系,共有6种相似结构的六角晶系铁氧体,分别为M、W、X、Y、Z和U型,如表2-2所示。研究表明,磁铅石型铁氧体材料的吸波性能最好。这是因为它具有吸收剂的最佳形状—片状结构;此外,它具有较高的磁性各向异性等效场,故有较高的自然共振频率。

表2-1铁氧体材料的类型

结构	晶系	实例	主要应用
尖晶石型石榴石型磁铅石型钙钛石型钛铁石型氯化石型金红石型	立方立方六角立方三角立方四角	NiFe2O2 Yi3Fe3O12 BaFe12O19 LaFeo3 MnNiO3 EuO CrO2	软磁、巨磁、旋磁与压磁材料旋磁、磁声、磁泡与磁光材料旋磁、永磁与超高频软磁材料磁泡材料目前尚无实用价值强磁半导体与磁光材料磁记录介质

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