中國粉體網(wǎng)訊 隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)與國防工業(yè)的快速發(fā)展，電磁波干擾（EMI）與探測威脅日益突出，高性能吸波材料的需求持續(xù)增長。傳統(tǒng)吸波材料（如鐵氧體、羰基鐵粉等）雖具備一定電磁波吸收能力，但普遍存在密度大、高溫穩(wěn)定性差、環(huán)境適應(yīng)性弱等問題，難以滿足航空航天、精密電子器件等極端工況下的應(yīng)用需求。
高熵合金（HEAs）因多主元協(xié)同效應(yīng)帶來的高熵穩(wěn)定、晶格畸變及遲滯擴(kuò)散特性，在力學(xué)、耐蝕及功能材料領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢；而磁性高熵合金通過引入鐵、鈷、鎳等磁性元素，可進(jìn)一步通過磁損耗機(jī)制增強(qiáng)電磁波吸收能力，成為新一代吸波材料的潛在候選。
研究背景與挑戰(zhàn)
磁性高熵合金的吸波潛力與局限
高熵合金由五種或以上等量或近等量金屬元素組成，其獨(dú)特的“高熵效應(yīng)”“晶格畸變效應(yīng)”及“遲滯擴(kuò)散效應(yīng)”可有效抑制金屬間化合物的優(yōu)先析出，形成簡單固溶體結(jié)構(gòu)，從而兼顧高強(qiáng)度與良好塑性。當(dāng)引入Fe、Co、Ni等磁性元素（如典型成分FeCoNiCrMn）時，材料可通過磁疇運(yùn)動產(chǎn)生磁損耗，同時多主元異質(zhì)界面可引發(fā)界面極化與偶極子極化，貢獻(xiàn)介電損耗，理論上具備多機(jī)制協(xié)同吸波的潛力。
但實際應(yīng)用中，磁性高熵合金的吸波性能仍面臨挑戰(zhàn)：一方面，純磁性高熵合金的電阻率通常較低（<100 μΩ·cm），導(dǎo)致電磁波在材料內(nèi)部反射強(qiáng)烈，難以有效進(jìn)入材料內(nèi)部產(chǎn)生損耗（即“阻抗失配”）；另一方面，高溫或腐蝕環(huán)境下，合金中的磁性元素易發(fā)生氧化（如Fe→Fe2O3、Co→CoO），或晶格中的原子擴(kuò)散加速引發(fā)結(jié)構(gòu)松弛，導(dǎo)致磁導(dǎo)率與介電常數(shù)失衡，吸波頻段偏移甚至失效。
傳統(tǒng)碳氮強(qiáng)化技術(shù)的不足
為提升高熵合金的綜合性能，研究者常通過引入非金屬元素（如C、N）進(jìn)行間隙強(qiáng)化——C/N原子半徑小于金屬原子，進(jìn)入晶格間隙后會產(chǎn)生顯著的晶格畸變，增加位錯運(yùn)動阻力，從而提高強(qiáng)度；同時，間隙原子還可通過改變電子結(jié)構(gòu)調(diào)控材料的電磁參數(shù)（如提高電阻率、優(yōu)化磁導(dǎo)率）。傳統(tǒng)碳氮強(qiáng)化技術(shù)主要包括：
化學(xué)氣相滲透（CVI）：利用高溫下氣態(tài)碳氮源（如CH4、NH3）分解并擴(kuò)散至材料表面，但能耗高、設(shè)備復(fù)雜，且有毒氣體（NH3）存在安全隱患；
鹽浴滲透：將工件浸入含碳氮的熔融鹽（如氰鹽）中加熱，但鹽浴成分易殘留，污染環(huán)境且腐蝕性強(qiáng)；
等離子滲透：通過等離子體激發(fā)碳氮源活性，但設(shè)備成本高昂，且工藝穩(wěn)定性依賴等離子參數(shù)控制。
這些技術(shù)均難以兼顧“綠色環(huán)保”“低成本”與“均勻強(qiáng)化”的需求，限制了其在高性能吸波材料制備中的應(yīng)用。
新型碳氮共滲磁性高熵合金粉體的設(shè)計與制備
核心思路：機(jī)械化學(xué)碳氮共滲技術(shù)
姜林文教授研究團(tuán)隊提出以有機(jī)碳氮源為前驅(qū)體，結(jié)合機(jī)械合金化（Mechanical Alloying, MA）技術(shù)，通過機(jī)械力驅(qū)動碳氮原子動態(tài)擴(kuò)散，實現(xiàn)磁性高熵合金晶格中C/N間隙原子的均勻固溶。該技術(shù)的核心優(yōu)勢在于：
1. 低溫低壓：無需高溫（常規(guī)球磨溫度<200℃）或高壓環(huán)境，能耗僅為傳統(tǒng)CVI技術(shù)的1/3；
2. 綠色環(huán)保：有機(jī)碳氮源（如檸檬酸、尿素）無毒無害，替代了傳統(tǒng)有毒氣體；
3. 均勻強(qiáng)化：機(jī)械力作用下，粉體顆粒表面產(chǎn)生大量缺陷（位錯、空位），為碳氮原子提供快速擴(kuò)散通道，確保C/N原子在晶格中均勻分布；
4. 多機(jī)制協(xié)同：C/N間隙原子通過晶格畸變增強(qiáng)磁晶各向異性（矯頑力從15 Oe提升至196.7 Oe），同時降低介電常數(shù)，優(yōu)化阻抗匹配，實現(xiàn)磁損耗與介電損耗的協(xié)同增強(qiáng)。
具體制備流程
1. 原料選擇：以典型磁性高熵合金FeCoNiCrMn為基體（原子比1:1:1:1:1），其具備優(yōu)異的軟磁性能與多主元協(xié)同效應(yīng)；有機(jī)碳氮源選用檸檬酸（提供C源）與尿素（提供N源），二者按質(zhì)量比3:1混合（確保C/N原子比例可控）。
2. 機(jī)械化學(xué)處理：將高熵合金粉體（平均粒徑~50 μm）與有機(jī)碳氮源按質(zhì)量比10:1加入行星式球磨機(jī)，球料比10:1（磨球材質(zhì)為不銹鋼，直徑3-10 mm），在氬氣保護(hù)下以300 rpm轉(zhuǎn)速球磨20小時。球磨過程中，磨球的碰撞與摩擦不僅將原料細(xì)化至納米級（平均粒徑~100 nm），還通過機(jī)械力促使檸檬酸與尿素分解生成活性C、N原子，并擴(kuò)散至高熵合金晶格間隙。
3. 后處理：球磨產(chǎn)物經(jīng)真空干燥（60℃, 12 h）去除殘留溶劑，得到碳氮共滲磁性高熵合金粉體（記為C-N-HEA）。
本研究提出的“機(jī)械化學(xué)碳氮共滲”技術(shù)，為磁性高熵合金的功能化改性提供了綠色、高效的解決方案。通過有機(jī)碳氮源與機(jī)械力的協(xié)同作用，在FeCoNiCrMn高熵合金中構(gòu)建了均勻分布的C/N間隙固溶原子，同步實現(xiàn)了材料磁性能強(qiáng)化、介電性能調(diào)控及微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化，最終獲得了在寬頻范圍（6.5-14.8 GHz）、多環(huán)境（高溫、腐蝕）下均保持高效吸波性能的新型粉體材料。
2025年12月3日，中國粉體網(wǎng)將在浙江·寧波舉辦“2025高端釹鐵硼永磁材料制備與應(yīng)用技術(shù)大會”。屆時，我們邀請到寧波大學(xué)姜林文副教授出席本次大會并作題為《新型碳氮共滲磁性高熵合金粉體技術(shù)及其吸波性能研究》的報告，姜林文副教授將為您介紹耐極端環(huán)境磁性材料的設(shè)計和制備。
個人簡介：
姜林文，副教授，碩士生導(dǎo)師，畢業(yè)于中國科學(xué)院金屬研究所材料物理與化學(xué)專業(yè)；2016年3月以優(yōu)秀博士引進(jìn)至寧波大學(xué)，2017被評為碩士研究生導(dǎo)師，2019年-2020年俄羅斯國立技術(shù)大學(xué)訪問學(xué)者。主持包括國家青年基金在內(nèi)的各類科研教研項目10余項。發(fā)表SCI論文100余篇，多次受邀參與國際頂級SCI期刊的論文評審，并先后擔(dān)任SCI刊物《Metals》和《Frontiers in Materials》客座編輯，主要致力于磁性材料的機(jī)械合金化技術(shù)研究與應(yīng)用。
參考來源：
姜林文，等：碳氮共滲高熵合金的電磁波吸收性能研究
廣東省科學(xué)院新材料研究所：機(jī)械化學(xué)法制備FeCoNiCu HEAs及其EMA性能
吳金波，等：高熵電磁波吸收材料研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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