中國粉體網訊 隨著現代電子信息技術與國防工業的快速發展，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增長。傳統吸波材料（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、高溫穩定性差、環境適應性弱等問題，難以滿足航空航天、精密電子器件等極端工況下的應用需求。
高熵合金（HEAs）因多主元協同效應帶來的高熵穩定、晶格畸變及遲滯擴散特性，在力學、耐蝕及功能材料領域展現出獨特優勢；而磁性高熵合金通過引入鐵、鈷、鎳等磁性元素，可進一步通過磁損耗機制增強電磁波吸收能力，成為新一代吸波材料的潛在候選。
研究背景與挑戰
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，其獨特的“高熵效應”“晶格畸變效應”及“遲滯擴散效應”可有效抑制金屬間化合物的優先析出，形成簡單固溶體結構，從而兼顧高強度與良好塑性。當引入Fe、Co、Ni等磁性元素（如典型成分FeCoNiCrMn）時，材料可通過磁疇運動產生磁損耗，同時多主元異質界面可引發界面極化與偶極子極化，貢獻介電損耗，理論上具備多機制協同吸波的潛力。
但實際應用中，磁性高熵合金的吸波性能仍面臨挑戰：一方面，純磁性高熵合金的電阻率通常較低（<100 μΩ·cm），導致電磁波在材料內部反射強烈，難以有效進入材料內部產生損耗（即“阻抗失配”）；另一方面，高溫或腐蝕環境下，合金中的磁性元素易發生氧化（如Fe→Fe2O3、Co→CoO），或晶格中的原子擴散加速引發結構松弛，導致磁導率與介電常數失衡，吸波頻段偏移甚至失效。
傳統碳氮強化技術的不足
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）進行間隙強化——C/N原子半徑小于金屬原子，進入晶格間隙后會產生顯著的晶格畸變，增加位錯運動阻力，從而提高強度；同時，間隙原子還可通過改變電子結構調控材料的電磁參數（如提高電阻率、優化磁導率）。傳統碳氮強化技術主要包括：
化學氣相滲透（CVI）：利用高溫下氣態碳氮源（如CH4、NH3）分解并擴散至材料表面，但能耗高、設備復雜，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，污染環境且腐蝕性強；
等離子滲透：通過等離子體激發碳氮源活性，但設備成本高昂，且工藝穩定性依賴等離子參數控制。
這些技術均難以兼顧“綠色環保”“低成本”與“均勻強化”的需求，限制了其在高性能吸波材料制備中的應用。
新型碳氮共滲磁性高熵合金粉體的設計與制備
核心思路：機械化學碳氮共滲技術
姜林文教授研究團隊提出以有機碳氮源為前驅體，結合機械合金化（Mechanical Alloying, MA）技術，通過機械力驅動碳氮原子動態擴散，實現磁性高熵合金晶格中C/N間隙原子的均勻固溶。該技術的核心優勢在于：
1. 低溫低壓：無需高溫（常規球磨溫度<200℃）或高壓環境，能耗僅為傳統CVI技術的1/3；
2. 綠色環保：有機碳氮源（如檸檬酸、尿素）無毒無害，替代了傳統有毒氣體；
3. 均勻強化：機械力作用下，粉體顆粒表面產生大量缺陷（位錯、空位），為碳氮原子提供快速擴散通道，確保C/N原子在晶格中均勻分布；
4. 多機制協同：C/N間隙原子通過晶格畸變增強磁晶各向異性（矯頑力從15 Oe提升至196.7 Oe），同時降低介電常數，優化阻抗匹配，實現磁損耗與介電損耗的協同增強。
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），其具備優異的軟磁性能與多主元協同效應；有機碳氮源選用檸檬酸（提供C源）與尿素（提供N源），二者按質量比3:1混合（確保C/N原子比例可控）。
2. 機械化學處理：將高熵合金粉體（平均粒徑~50 μm）與有機碳氮源按質量比10:1加入行星式球磨機，球料比10:1（磨球材質為不銹鋼，直徑3-10 mm），在氬氣保護下以300 rpm轉速球磨20小時。球磨過程中，磨球的碰撞與摩擦不僅將原料細化至納米級（平均粒徑~100 nm），還通過機械力促使檸檬酸與尿素分解生成活性C、N原子，并擴散至高熵合金晶格間隙。
3. 后處理：球磨產物經真空干燥（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“機械化學碳氮共滲”技術，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。通過有機碳氮源與機械力的協同作用，在FeCoNiCrMn高熵合金中構建了均勻分布的C/N間隙固溶原子，同步實現了材料磁性能強化、介電性能調控及微觀結構穩定化，最終獲得了在寬頻范圍（6.5-14.8 GHz）、多環境（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，中國粉體網將在浙江·寧波舉辦“2025高端釹鐵硼永磁材料制備與應用技術大會”。屆時，我們邀請到寧波大學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境磁性材料的設計和制備。
個人簡介：
姜林文，副教授，碩士生導師，畢業于中國科學院金屬研究所材料物理與化學專業；2016年3月以優秀博士引進至寧波大學，2017被評為碩士研究生導師，2019年-2020年俄羅斯國立技術大學訪問學者。主持包括國家青年基金在內的各類科研教研項目10余項。發表SCI論文100余篇，多次受邀參與國際頂級SCI期刊的論文評審，并先后擔任SCI刊物《Metals》和《Frontiers in Materials》客座編輯，主要致力于磁性材料的機械合金化技術研究與應用。
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
廣東省科學院新材料研究所：機械化學法制備FeCoNiCu HEAs及其EMA性能
吳金波，等：高熵電磁波吸收材料研究進展
（中國粉體網編輯整理/留白）
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