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非晶材料做電磁屏蔽 優(yōu)勢(shì)看得見

電磁屏蔽的必要性

    隨著現(xiàn)代電子技術(shù)向高頻、高效、高集成、高可靠、高精度方向發(fā)展,電磁干擾已成為系統(tǒng)和設(shè)備正常工作的突出障礙。例如信號(hào)傳輸電纜,它不僅會(huì)受到來自外界的干擾,而且還會(huì)產(chǎn)生各種電磁干擾對(duì)外部空間產(chǎn)生影響。因此,減少或降低信號(hào)傳輸電纜來自外界的電磁干擾,采取電磁屏蔽措施是必要的。

         

電磁屏蔽

    高頻電路工作時(shí),會(huì)向外輻射電磁波,對(duì)鄰近的其他設(shè)備產(chǎn)生干擾;另一方面,空間的各種電磁波也會(huì)感應(yīng)電路中面對(duì)電路造成干擾。電磁屏蔽的作用是切斷電磁波的傳播途徑,從而消除干擾。

電磁屏蔽的目的

    控制內(nèi)部輻射區(qū)域的電磁場(chǎng),不使其越出某一區(qū)域。

    控制內(nèi)部防止外來輻射進(jìn)入某一區(qū)域。

傳統(tǒng)的磁屏蔽材料

    可用于電磁屏蔽的材料很多,有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

    電磁純鐵、硅鋼、坡莫合金作為傳統(tǒng)的磁屏蔽材料,在構(gòu)造大型磁屏蔽室、電機(jī)、變壓器等磁屏蔽板以及電視、電腦用陰極射線管中的內(nèi)部磁屏蔽板中得到廣泛使用,均獲得了滿意的屏蔽效能。但由于磁性能受機(jī)加工影響、對(duì)應(yīng)力敏感、重量大等缺點(diǎn),使這些材料的使用受到了一定的限制。

       

電磁屏蔽材料的選擇

    對(duì)于干擾磁場(chǎng)較大對(duì)屏蔽效果要求不高的情況,可選用純鐵、硅鋼等軟磁材料,這些材料的飽和磁感高、磁導(dǎo)率低、不易被飽和磁化、且價(jià)格比較便宜;對(duì)于干擾磁場(chǎng)較弱且屏蔽效果要求較高的情況,應(yīng)首選高磁導(dǎo)率尤其是起始磁導(dǎo)率高的1J79類坡莫合金、Co基非晶合金等材料。

    對(duì)于上述二者之間的情況,可選用1J50類坡莫合金、Fe-Ni基非晶合金,Fe基非晶合金等材料。根據(jù)實(shí)際情況,選用上述二種或三種材料組合應(yīng)用,應(yīng)該講是一種更好地選擇。

非晶電磁屏蔽材料

    非晶態(tài)合金在開關(guān)電源、變壓器、磁頭等磁性器件方面的應(yīng)用已經(jīng)取得了驚人的進(jìn)展,作為電磁屏蔽材料則是非晶態(tài)合金應(yīng)用的新領(lǐng)域。

    非晶態(tài)合金作為在性能上優(yōu)于傳統(tǒng)材料的新型材料主要是利用磁旁路原理來引導(dǎo)場(chǎng)源所產(chǎn)生的電磁能流使它不進(jìn)入空間防護(hù)區(qū)。在1976年國(guó)外第一次報(bào)道了用非晶態(tài)軟磁合金做磁屏蔽材料。

    非晶態(tài)合金的應(yīng)用形式大多是作為結(jié)構(gòu)材料單獨(dú)使用,復(fù)合材料和屏蔽涂料也有研究者涉及,且已經(jīng)有相關(guān)的專利出現(xiàn)。

    非晶合金已經(jīng)憑借優(yōu)異的性能在電磁屏蔽室、精密測(cè)量?jī)x器、屏蔽涂料等方面得到了一定的應(yīng)用,且在一些對(duì)屏蔽效能要求較嚴(yán)格的領(lǐng)域中逐漸替代了傳統(tǒng)材料的使用。

    目前,鐵基、鐵鎳基、鈷基等非晶合金軟磁性能更優(yōu)異,研究人員采用最多,使用最為廣泛。

我國(guó)對(duì)非晶合金在電磁屏蔽領(lǐng)域的應(yīng)用也進(jìn)行了研究開發(fā),無論是作為結(jié)構(gòu)材料還是屏蔽涂料皆取得了一定的成果,獲得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

結(jié)構(gòu)型屏蔽材料

鐵基非晶

    有專家對(duì)比了鐵基非晶和硅鋼片的磁屏蔽性能,實(shí)驗(yàn)選擇不同織構(gòu)和磁疇形狀的3%硅鋼片以及鐵基非晶合金帶構(gòu)成的圓柱形屏蔽裝置,所有的屏蔽裝置均進(jìn)行了不用工藝的退火處理。試驗(yàn)測(cè)量了頻率最大達(dá)到20kHz的交變磁場(chǎng)下的磁屏蔽效果。

    研究結(jié)果表明,不僅磁導(dǎo)率而且磁疇形狀對(duì)屏蔽效果都有影響,不加磁場(chǎng)退火處理的鐵基非晶態(tài)合金對(duì)高頻磁場(chǎng)表現(xiàn)出極高的屏蔽效果。

鐵鎳基非晶

    由于傳統(tǒng)鐵鎳合金的磁性能對(duì)機(jī)械加工過程很敏感,有研究者使用在航空技術(shù)中用來生產(chǎn)金屬或纖維層壓制的粘合技術(shù),制備了鋁和鐵鎳基非晶態(tài)軟磁合金結(jié)合成的新型復(fù)合材料。

    用這種材料制成的構(gòu)件可以很好地屏蔽從直流到1000kHz的交流電磁場(chǎng)的干擾,磁特性可以通過改變疊層的厚度和數(shù)量在很大幅度內(nèi)變化。材料的磁性能不受切割、鉆孔等機(jī)械加工工藝的影響。

    通過使用不同厚度的非晶帶和改變鐵磁性粉末的重量百分比可以達(dá)到提高屏蔽效能的目的。

鈷基非晶

    鈷基非晶鈦合金具有飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度較低,磁致伸縮系數(shù)趨近于零,有極高的初始磁導(dǎo)率和很低的高頻損耗,同時(shí)又具有很高的機(jī)械強(qiáng)度、好的韌性及耐磨性,成為使用最廣泛的電磁屏蔽材料。

    鋼鐵研究總院的研究者們用鈷基非晶合金為中國(guó)科學(xué)院地球物理所制作了較大型屏蔽室(750×750×750m3),屏蔽室屏蔽因子達(dá)到34.4,取得了很好的屏蔽效果,且重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、降低了屏蔽室造價(jià)。

電磁屏蔽涂料

    在各種電磁屏蔽材料中,涂料以其工藝簡(jiǎn)單、無需特殊設(shè)備、不占空間以及與基材一體化等眾多優(yōu)勢(shì)成為其中的佼佼者,被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品、裝置、系統(tǒng)的電磁輻射防護(hù)。

    目前常用的屏蔽涂料主要由樹脂、稀釋劑、添加劑以及填料等所組成,填料的電磁性能直接影響制備的涂料的屏蔽性能,常用的填料材料主要是導(dǎo)電性的銅、鎳等金屬系和碳素系材料。

          

    針對(duì)計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備發(fā)射的高頻電磁波引起的電磁干擾,日本研究者發(fā)明了使用薄片狀、短纖維狀、顆粒狀鐵磁性非晶態(tài)合金作為填充物與有機(jī)聚合物合成的電磁屏蔽材料。

    該屏蔽材料對(duì)于MHzGHz范圍內(nèi)的電磁波有較高的屏蔽效能,對(duì)于在1MHz100MHz頻率范圍內(nèi)的電磁波,屏蔽效能至少達(dá)到30dB,甚至更多,同時(shí)該材料還具有較好的粘結(jié)性和抗蝕性。

    

小結(jié)

    電磁屏蔽材料的開發(fā)不但涉及到人類的健康問題,更重要的是關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)和軍事信息的安全問題,因此開發(fā)綜合性好、方便適用且成本低的電磁屏蔽材料既具有重要的社會(huì)意義,又能帶來好的經(jīng)濟(jì)效益。

    在屏蔽結(jié)構(gòu)中采用纖維、帶材、鍍層形式的非晶態(tài)合金材料,是有前途和有效的,擴(kuò)大應(yīng)用范圍、提高性能穩(wěn)定性、進(jìn)一步降低非晶合金生產(chǎn)成本等是需要進(jìn)一步解決的問題,非晶態(tài)合金必將在電磁屏蔽領(lǐng)域擁有更為廣闊的應(yīng)用前景。


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