本發(fā)明屬于復(fù)合微波吸收材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)載磁性金屬單質(zhì)莫來石陶瓷復(fù)合吸波材料制備方法。
背景技術(shù)：
煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的工業(yè)固體廢棄物，是在成煤過程中與煤層伴生的一種含有一定量可燃物和大量可利用礦物的低熱值燃料。長期、持續(xù)堆積與排放煤矸石不僅占用了大量土地，污染環(huán)境、水資源、土地資源，而且隨之產(chǎn)生的固體粉塵污染對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。隨著循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，固體廢棄物被稱為“放錯(cuò)了地方的資源”。因此，煤矸石的處理及資源化利用已經(jīng)成為構(gòu)建和諧生態(tài)環(huán)境急需解決的問題。近年來，利用煤矸石制備水泥、耐火材料以及陶瓷等領(lǐng)域的研究取得了一定進(jìn)展。
隨著無線通訊設(shè)備和電子技術(shù)的發(fā)展，不同頻率的電磁輻射充斥著人們的生活空間，破壞了人類良好的生態(tài)環(huán)境，造成了嚴(yán)重的電磁污染。因此，研究和開發(fā)能夠解決電磁輻射污染的吸波材料已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。另外，在國防軍事領(lǐng)域，雷達(dá)波隱身技術(shù)已經(jīng)成為目前軍事戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一，為了實(shí)現(xiàn)雷達(dá)隱身，除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減小雷達(dá)散射截面技術(shù)之外，使用吸波材料也能達(dá)到預(yù)期功效。目前，吸波材料正朝著高性能化的方向發(fā)展，在滿足較大吸收強(qiáng)度的同時(shí)兼?zhèn)漭p質(zhì)、寬頻、穩(wěn)定性好等特性；另一方面是低成本和制備工藝簡單化，可以滿足大型電磁設(shè)備防護(hù)需求。
磁性吸波材料是研究較多也是較成熟的吸波材料之一，主要包括Fe、Co、Ni、Fe3O4、CoFe2O4及FeNi合金等，而密度高、比重大是上述吸波材料的共性問題。如何實(shí)現(xiàn)磁性吸波材料的輕質(zhì)引起了研究人員的廣泛關(guān)注。此外，單一組分的吸波材料難以實(shí)現(xiàn)多頻段、寬頻帶的吸收效果，將不同吸收機(jī)理的吸波材料通過各種方法進(jìn)行有效復(fù)合可以克服磁損耗或介電損耗型吸波材料單一吸收機(jī)制的不足，而且有助于增加吸收頻段、拓寬吸收頻帶?；谏鲜鲈?，磁性吸波材料正向輕質(zhì)化及復(fù)合化的方向發(fā)展。而且相關(guān)研究比較成熟，公開報(bào)道的文獻(xiàn)也有不少，例如：
Sun等以K3[Fe(CN)6]為原料，水熱法制備得到樹枝狀α-Fe2O3，在不同溫度下經(jīng)H2還原得到樹枝狀Fe3O4和Fe吸波材料，考察了不同組成對樣品吸波性能的影響，證明Fe有利于提高介電損耗。(參見文獻(xiàn)：Chem.Mater.,2011,23:1587–1593.)
Qin等采用原子層沉積(ALD)技術(shù)將Fe3O4和Ni納米顆粒均勻包覆在碳納米螺旋及石墨烯載體上增強(qiáng)碳材料的吸波性能。(參見文獻(xiàn)：ACS Nano.,2012,6,11009–11017.Nano Res.,2014,7,704–716.)
Wang等利用PVP和硝酸鐵為原料，通過靜電紡絲技術(shù)制備得到Fe-C復(fù)合納米纖維吸波材料。(參見文獻(xiàn)：Carbon,2014,74,312–318.)
Zhao等利用溶劑熱法合成Ni微球作為內(nèi)核，然后分別采取溶劑熱法和法制備得到具有核殼結(jié)構(gòu)的Ni@TiO2及Ni@SiO2復(fù)合吸波材料，發(fā)現(xiàn)介電損耗和磁損耗的協(xié)同效應(yīng)有助于提高其吸波性能。(參見文獻(xiàn)：Phys.Chem.Chem.Phys.,2015,17,2531–2539)
現(xiàn)有用于制備復(fù)合微波吸收材料的方法中，大多對生產(chǎn)設(shè)備要求很高，工藝過程復(fù)雜，而且普遍存在產(chǎn)量低、成本高的問題，只適用于實(shí)驗(yàn)室研究，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明目的是提供一種負(fù)載磁性金屬單質(zhì)莫來石陶瓷復(fù)合吸波材料制備方法，可有效地克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，其特征在于實(shí)施步驟如下：
第一步，取煤矸石和鋁礬土作原料，分別對其進(jìn)行破碎和球磨成粉狀，再分別采用1000目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，并在100～110℃條件下恒溫干燥5～6h；
第二步，將煤矸石粉與鋁礬土粉按質(zhì)量比1～27：9混合濕磨后再進(jìn)行烘干和篩分，制成混合原料粉；
第三步，按質(zhì)量比1：6～9稱取去離子水和混合原料粉，置于愛力許強(qiáng)力混合機(jī)內(nèi)加工成陶瓷生料球，再將陶瓷生料球在30～50℃條件下烘干，經(jīng)過20/70目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，最后將經(jīng)過烘干和篩分的生料球于1200～1400℃恒溫下燒結(jié)2～3h，制成粒徑為0.2～0.8mm、表觀密度為2.5～3.1cm3/g的陶瓷基體；
第四步，將鐵鹽或鈷鹽或鎳鹽溶解于去離子水中，制成含有金屬離子Fe3+或Co2+或Ni2+的前驅(qū)體溶液，鐵鹽或鈷鹽或鎳鹽的質(zhì)量與去離子水的體積比例為2～6kg：10～30ml；
第五步，稱取1g陶瓷基體置于10～20ml、濃度為30～60wt％的硝酸水溶液中，在40～60℃水浴條件下攪拌浸漬10～15h；
第六步，將上述陶瓷基體用去離子水清洗，再在100～110℃干燥10～15h后置于前驅(qū)體溶液中攪拌浸漬18～24h，陶瓷基體的質(zhì)量與前驅(qū)體溶液的體積比例為1g：10ml；
第七步，將陶瓷基體濾出，用去離子水反復(fù)清洗后置于烘箱中在50～70℃條件下干燥10～15h，再在氫氣與氮?dú)饣旌蠚庵薪?jīng)300～500℃恒溫?zé)Y(jié)2～3h后隨爐冷卻至室溫，獲得負(fù)載磁性金屬單質(zhì)莫來石陶瓷復(fù)合吸波材料。
本發(fā)明的有益效果在于：
1.本發(fā)明所使用的主要原料為煤矸石、鋁礬土、硝酸、鐵鹽、鈷鹽和鎳鹽，成本低廉，適合于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
2.本發(fā)明所制備的莫來石陶瓷具有良好的介電性能，作為吸波材料與自由空間的阻抗匹配材料可以有效地減少電磁波在界面上的反射，提高復(fù)合吸波材料對電磁波的吸收率。同時(shí)，陶瓷復(fù)合材料內(nèi)部的SiO2成分是良好的透波介質(zhì)，均勻分散于復(fù)合物內(nèi)部，有助于增強(qiáng)對電磁波的吸收。
3.本發(fā)明方法制備工藝簡單，操作方便，對生產(chǎn)設(shè)備要求不高。
具體實(shí)施方式：
實(shí)施例1：
1.取煤矸石和鋁礬土作原料，分別對其進(jìn)行粉磨粉磨、篩分和干燥處理。采用1000目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，并在100℃爐內(nèi)干燥6h；
2.將煤矸石粉與鋁礬土按質(zhì)量比1：9混合、濕磨后，再進(jìn)行烘干和篩分，制成混合原料粉；
3.稱取180g去離子水和1.5kg混合原料粉置于愛力許強(qiáng)力混合機(jī)內(nèi)加工成陶瓷生料球，再將陶瓷生料球放在40℃烘箱內(nèi)烘干，經(jīng)過20/70目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分后放入1300℃恒溫爐內(nèi)燒結(jié)3h，制成粒徑為0.2～0.8mm、表觀密度為2.5～3.1cm3/g的陶瓷基體；
4.稱取2g鐵鹽溶解于10ml去離子水中，制成含有金屬Fe3+離子的前驅(qū)體溶液；
5.稱取1g粒徑為0.2～0.5mm的陶瓷基體置于20ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％的硝酸中，在60℃水浴條件下攪拌浸漬10h；
6.將上述陶瓷基體用去離子水清洗，在100℃條件下干燥15h后置于10ml前驅(qū)體溶液中攪拌浸漬18h；
7.將陶瓷基體濾出，用去離子水后反復(fù)清洗后置于烘箱中在60℃條件下干燥12h，再在氫氣與氮?dú)饣旌蠚怏w中400℃恒溫條件下燒結(jié)2.5h后隨爐冷卻至室溫，獲得負(fù)載金屬單質(zhì)Fe的陶瓷復(fù)合吸波材料，成分中含有SiO2。
實(shí)施例2：
1.取煤矸石和鋁礬土作原料，分別對其進(jìn)行粉磨粉磨、篩分和干燥處理。采用1000目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，并在110℃爐內(nèi)干燥5h；
2.將煤矸石粉與鋁礬土按質(zhì)量比2：9混合、濕磨后，再進(jìn)行烘干和篩分，制成混合原料粉；
3.稱取130g去離子水和1kg混合原料粉置于愛力許強(qiáng)力混合機(jī)內(nèi)加工成陶瓷生料球，再將陶瓷生料球放在40℃烘箱內(nèi)烘干，經(jīng)過20/70目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分后放入1250℃恒溫爐內(nèi)燒結(jié)3h，制成粒徑為0.2～0.8mm、表觀密度為2.5～3.1cm3/g的陶瓷基體；
4.稱取2g鈷鹽溶解于20ml去離子水中，制成含有金屬Co2+離子的前驅(qū)體溶液；
5.稱取1g粒徑為0.2～0.5mm的陶瓷基體置于20ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的硝酸中，在40℃水浴條件下攪拌浸漬10h；
6.將上述陶瓷基體用去離子水清洗，在100℃條件下干燥15h后置于10ml前驅(qū)體溶液中攪拌浸漬20h；
7.將陶瓷基體濾出，用去離子水后反復(fù)清洗后置于烘箱中在70℃條件下干燥10h，再在氫氣與氮?dú)饣旌蠚怏w中350℃恒溫條件下燒結(jié)3h后隨爐冷卻至室溫，獲得負(fù)載金屬單質(zhì)Co的陶瓷復(fù)合吸波材料，成分中含有SiO2。
實(shí)施例3：
1.取煤矸石和鋁礬土作原料，分別對其進(jìn)行粉磨粉磨、篩分和干燥處理。采用1000目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，并在100℃爐內(nèi)干燥6h；
2.將煤矸石粉與鋁礬土按質(zhì)量比1：3混合、濕磨后，再進(jìn)行烘干和篩分，制成混合原料粉；
3.稱取180g去離子和1.5kg混合原料粉水置于愛力許強(qiáng)力混合機(jī)內(nèi)加工成陶瓷生料球，再將陶瓷生料球放在30℃烘箱內(nèi)烘干，經(jīng)過20/70目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分后放入1200℃恒溫爐內(nèi)燒結(jié)3h，制成粒徑為0.2～0.8mm、表觀密度為2.5～3.1cm3/g的陶瓷基體；
4.稱取2g鎳鹽溶解于25ml去離子水中，制成含有金屬Ni2+離子的前驅(qū)體溶液；
5.稱取1g粒徑為0.2～0.5mm的陶瓷基體置于20ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％的硝酸中，在60℃水浴條件下攪拌浸漬10h；
6.將上述陶瓷基體用去離子水清洗，在100℃條件下干燥15h后置于10ml前驅(qū)體溶液中攪拌浸漬20h；
7.將陶瓷基體濾出，用去離子水后反復(fù)清洗后置于烘箱中在60℃條件下干燥12h，再在氫氣與氮?dú)饣旌蠚怏w中350℃恒溫條件下燒結(jié)3h后隨爐冷卻至室溫，獲得負(fù)載金屬單質(zhì)Ni的陶瓷復(fù)合吸波材料，成分中含有SiO2。
實(shí)施例4：
1.取煤矸石和鋁礬土作原料，分別對其進(jìn)行粉磨粉磨、篩分和干燥處理。采用1000目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，并在110℃爐內(nèi)干燥5h；
2.將煤矸石粉與鋁礬土按質(zhì)量比2：3混合、濕磨后，再進(jìn)行烘干和篩分，制成混合原料粉；
3.稱取140g去離子水和1kg混合原料粉和置于愛力許強(qiáng)力混合機(jī)內(nèi)加工成陶瓷生料球，再將陶瓷生料球放在40℃烘箱內(nèi)烘干，經(jīng)過20/70目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分后放入1200℃恒溫爐內(nèi)燒結(jié)2h，制成粒徑為0.2～0.8mm、表觀密度為2.5～3.1cm3/g的陶瓷基體；
4.稱取3g鐵鹽溶解于15ml去離子水中，制成含有金屬Fe3+離子的前驅(qū)體溶液；
5.稱取1g粒徑為0.4～0.7mm的陶瓷基體置于20ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的硝酸中，在60℃水浴條件下攪拌浸漬15h；
6.將上述陶瓷基體用去離子水清洗，在100℃條件下干燥15h后置于10ml前驅(qū)體溶液中攪拌浸漬24h；
7.將陶瓷基體濾出，用去離子水后反復(fù)清洗后置于烘箱中在60℃條件下干燥12h，再在氫氣與氮?dú)饣旌蠚怏w中500℃恒溫條件下燒結(jié)2h后隨爐冷卻至室溫，獲得負(fù)載金屬單質(zhì)Fe的陶瓷復(fù)合吸波材料，成分中含有SiO2。
實(shí)施例5：
1.取煤矸石和鋁礬土作原料，分別對其進(jìn)行粉磨粉磨、篩分和干燥處理。采用1000目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，并在100℃爐內(nèi)干燥6h；
2.將煤矸石粉與鋁礬土按質(zhì)量比1：1混合、濕磨后，再進(jìn)行烘干和篩分，制成混合原料粉；
3.稱取200g去離子水和1.5kg混合原料粉置于愛力許強(qiáng)力混合機(jī)內(nèi)加工成陶瓷生料球，再將陶瓷生料球放在40℃烘箱內(nèi)烘干，經(jīng)過20/70目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分后放入1200℃恒溫爐內(nèi)燒結(jié)2h，制成粒徑為0.2～0.8mm、表觀密度為2.5～3.1cm3/g的陶瓷基體；
4.稱取3g鎳鹽溶解于15ml去離子水中，制成含有金屬Ni2+離子的前驅(qū)體溶液；
5.稱取1g粒徑為0.3～0.6mm的陶瓷基體置于20ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的硝酸中，在60℃水浴條件下攪拌浸漬15h；
6.將上述陶瓷基體用去離子水清洗，在100℃條件下干燥15h后置于10ml前驅(qū)體溶液中攪拌浸漬24h；
7.將陶瓷基體濾出，用去離子水后反復(fù)清洗后置于烘箱中在50℃條件下干燥15h，再在氫氣與氮?dú)饣旌蠚怏w中400℃恒溫條件下燒結(jié)2h后隨爐冷卻至室溫，獲得負(fù)載金屬單質(zhì)Ni的陶瓷復(fù)合吸波材料，成分中含有SiO2。