电磁屏蔽材料的研究

电磁屏蔽材料的研究

曹启兰

常州市长城屏蔽机房设备有限公司曹启兰

摘要：本文系统总结了新型电磁材料中电磁屏蔽材料的基本概念，发展现状和种类，较为详细地介绍了几种电磁材料的相关应用。

关键词：电磁屏蔽材料；分类；发展前景；应用。

（一）屏蔽材料分类屏蔽是利用屏蔽体（特定性能的材料）阻止或衰减电磁骚扰能量的传输，是抑制电磁干扰的重要手段之一[1]。屏蔽有两个目的：限制内部辐射的电磁能量泄漏；防止外来的辐射干扰进入。根据屏蔽的工作原理可将屏蔽分为以下三大类：1.电场屏蔽电场屏蔽主要是为了防止电子原件或设备间的电容耦合，它采用金属屏蔽层包封电子器件或设备，其屏蔽体采用良导体制作并有良好的接地，这样就把电场止于导体表面，并通过地线中和导体表面上的感应电荷，从而防止由静电耦合产生的相互干扰。

2.磁场屏蔽磁场屏蔽是抑制噪声源和敏感设备之间由于磁场耦合所产生的干扰。磁场屏蔽是把磁力线封闭在屏蔽体内，从而阻挡内部磁场向外扩散或外界磁场干扰进入，为屏蔽体内外的磁场提供低磁阻的通路来分流磁场。

屏蔽体是用高导磁率材料，有效防止低频磁场的干扰。其屏蔽效能主要取决于屏蔽材料的磁导系数，材料的磁导率愈高，磁阻愈小，屏蔽效果就愈显著。

3.电磁屏蔽电磁屏蔽主要用于防止在高频下的电磁感应，利用电磁波在导体表面上的反射和在导体中传播的急剧衰减来隔离变电磁场的相互耦合，从而防止高频率电磁场的干扰。利用趋肤效应可以阻止高频电磁波良导体而做成电磁屏蔽装置。电磁屏蔽是抑制干扰、增强设备的可靠性及提高产品质量的有效手段，合理地使用电磁屏蔽，可以抑制外来高频电磁波的干扰，也可避免作为干扰源去影响其他设备。

（二）电磁屏蔽材料的进展1.工业硅钢材料工业硅钢片分为冷轧取向和热轧取向硅钢片两种。硅钢片最初是提高工业纯铁的电磁屏蔽效能同时降低材料的矫顽力和反复磁化损耗中演变出来的。通过硅钢片中硅的含量，明显改善材料的电磁屏蔽效能，但是这时的硅含量不能超过4%，否则材料的脆性增加，其机械加工性能会急剧恶化。此后，人们改进硅钢片的生产工艺，将硅钢片在拉应力的条件下进行冷轧，再结晶、退火，使材料内部形成一种特殊结构：高斯结构。在这种结构中，所有晶粒成同一取向，即晶粒的易磁化方向轴与轧制方向平行，难磁化方向轴与轧制方向成55度角，此时的硅钢片就成为冷轧取向硅钢片。由于材料内部结构的改变，冷轧硅钢片的磁滞回线特别窄而且陡，很容易上升到磁感应饱和区，这样就明显的降低了材料的反复磁化损耗，优化了材料的综合电磁屏蔽效能。在此基础上，进一步改变材料成型工艺，如使材料在磁场中进行冷却、反复结晶退火等，可以使材料内部的高斯结构变为一种立方结构：2.硅镍合金铁镍合金的电磁屏蔽效果要比工业硅钢片优越得多。尤其是在低频磁场中，铁镍合金具有相当高的初始磁导率、相对磁导率、低矫顽力和低反复磁化损耗等有点。其代表是坡莫合金（79%镍，21%铁），它不仅可以通过轧制结晶退火得到，而且还可以在居里点之下进行强磁场冷却，强迫镍原子和铁原子定向排列，使得这样铁镍合金的磁滞回线呈矩形，使材料的应用范围得到扩大。同样为了获得不同屏蔽性能的铁镍合金，也可以对合金进行强磁场热处理，这样可以改善材料沿磁路方向上的磁导率，也可以优化合金的电磁屏蔽效能。但是必须注意的是，由于在材料的冷却却成型过程中会发生原子的有序化，这会使得材料内部的原子磁矩取向变得混乱，影响材料的最终电磁屏蔽性能，所以必要的时候应该向合金中添加微量元素[5]如钼、钴、铜等元素，以减缓合金中原子的有序化速度，从而改善材料的屏蔽效能。这方面的代表合金有1J50、1J51、1J79和1J85五种。

3.导电高分子聚合物典型本征导电聚合物中的聚苯胺（PANI）由于其结构多样化、环境稳定好、易加工、价格低廉以及特殊的掺杂机制而成为导电聚合物的研究热点，尤其是在微波吸收和屏蔽电磁干扰（EMI）方面。

导电聚苯胺具有重量轻、韧性好、易加工、电导率易于调节的优势，用它做电磁干扰屏蔽材料可以弥补典型金属型电磁屏蔽材料的成型缺陷。从电损耗等许多因素是材料的导电和介电特性。宋贤月等从掺杂工艺出发，利甲酚作掺杂溶剂[6]，因为间甲酚有二次掺杂效应，它能让“缠结”的PANI主链“扩展”开，使PANI主链的排列和构象发生变化，PANI主链共轭结构得到增强，从而使导电聚苯胺的导电率到达最大值，较大地提高了其磁屏蔽性能。

4.非晶型屏蔽材料非晶型屏蔽材料是利用在原始屏蔽体上增加一层某一厚度的非晶太物质，通过非晶态物质的特殊性质，和原来屏蔽体复合后达到较好的电磁屏蔽性能。非晶态层的形成目前主要有以下几种方式：（1）用某些电解液在金属表面上沉淀的非晶薄膜。

例如在1.00mm厚的电工钢10895、0.50mm厚的合金80HXC和81HMA以及1.00厚的AMr和Amu型铝合金上镀上厚10~20m的NI-P非晶镀层，所有试样的E（电场）项分量的衰减水平和原始材料的性能一样，都是高而稳定的；其M（磁场）项分量则较原来材料有较大改善，使合成材料最终屏蔽效能值大大提高。（2）非晶合金纤维组成材料。它是将屑状或薄片状的非晶态物质用有机粘合剂粘接后再用热挤压发制成的。

例如使用非晶纤维和针状铝组成的混合物，这种结构具有立体的网状组织，其质量比具有等效屏蔽性能的单一材料小1/3~1/2，这样在保持材料屏蔽性能不变的同时，大幅度降低制作的成本。

（三）结束语随着电子工业的发展，各家对电磁干扰、信息安全、人员安全问题都越来越重视。以上综述的几类主要电磁屏蔽材料，在不同目的和使用条件的工程应用中，往往需兼顾其它方面进行综合设计，所以开发综合性能好、方便、适用且成本低的电磁屏蔽材料具有重要的社会和经济效益。

参考文献：[1]湖北省电磁兼容学会.电磁兼容性原理及应用[M]。北京：国防工业出版社，1996[2]凯瑟B.E著，肖华庭等译.电磁兼容原理[M].北京：电子工业出版社，1985[3]近角聪信等.杨赝山等译.磁性体手册[M].北京：冶金工业版社，1984[4]贡长生，张克立等.新型功能材料[M].北京：化学工业出版社，2001[5]杜仕国.电磁屏蔽材料的现状和发展[J].化工新型材料，1995，（4）：12~16