电磁屏蔽材料现状及其应用

电磁屏蔽材料现状及其应用

2009-01-29 20:07:41 安规与电磁兼容网来源：作者：

摘要：依据电磁屏蔽原理，材料的电导率、磁导率及厚度是决定其屏蔽性能的决定性因素。铁磁材料和金属良导体材料、镀金属表面敷层型薄膜屏蔽材料、以各导电纤维为填充材料的填充复合型屏蔽材料以及银系、镍系和碳系导电涂料类屏蔽材料等是目前电磁屏蔽材料领域研究的主要内容和方向。综述了它们的研究现状、性能、应用、存在的优缺点等，并探讨了屏蔽材料未来的发展趋势?

关键词：电磁屏蔽材料

随着现代高新技术的发展，电磁波引起的电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题日益严重，不但对电子仪器、设备造成干扰与损坏，影响其正常T作，严重制约我国电子产品和设备的国际竞争力，而且也会污染环境，危害人类健康；另外电磁波泄漏也会危及国家信息安全和军事核心机密的安全。特别是作为新概念武器的电磁脉冲武器已经取得实质性的突破，能对电子仪器设备、电力系统等进行直接打击，造成信息系统等的暂时失效或永久损坏，其投送方式多样，破坏力极强，而且强大的电磁脉冲对人体也能造成损害，使人神经紊乱、行为失控等。

因此，探索高效的电磁屏蔽材料，防止电磁波引起的电磁干扰和电磁兼容问题，对于提高电子产品和设备的安全可靠性，提升国际竞争力，防止电磁脉冲武器的打击，确保信息通信系统、网络系统、传输系统、武器平台等的安全畅通均具有重要的意义1_ 。鉴于电磁屏蔽材料在社会生活、经济建设和国防建设中的重要作用，其研发愈发成为人们关注的重要课题。

1 电磁屏蔽原理

电磁屏蔽即利用屏蔽材料阻隔或衰减被屏蔽区域与外界的电磁能量传播。电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用，其与屏蔽结构表面和屏蔽体内部感生的电荷、电流与极化现象密切相关。屏蔽按其原理分为电场屏蔽(静电屏蔽和交变电场屏蔽)、磁场屏蔽(低频磁场和高频磁场屏蔽)和电磁场屏蔽(电磁波的屏蔽)。通常所说的电磁屏蔽是指后一种，即对电场和磁场同时加以屏蔽。

屏蔽效果的好坏用屏蔽效~g(SE，Shielding effectiveness)来评价，它表现了屏蔽体对电磁波的衰减程度。屏蔽效能定义为屏蔽前后该点电磁场强度的比值，即：SE=2OIg(Eo／Es)或SH=2Olg(HdHs)式中：、分别为屏蔽前该点的电场强度与磁场强度，、分别为屏蔽后该点的电场强度与磁场强度。对屏蔽效果的评价是根据屏

蔽效能的大小度量的，如表1所示。

按照屏蔽作用原理，屏蔽体对屏蔽效能的贡献分为3部分：(1)屏蔽体表面因阻抗失配引起的反射损耗；(2)

电磁波在屏蔽材料内部传输时，电磁能量被吸收引起传输损耗或吸收损耗；(3)电磁波在屏蔽材料内壁面之间多次反射引起的多次反射损耗。由此可以得到影响材料屏蔽效能的3个基本因素，即材料的电导率、磁导率及材料厚度。这也是屏蔽材料研究本身所必须关注的问题和突破口。当然，对于电磁屏蔽体结构，其屏蔽效能还与结构、形状、气密性等有关，对于具体问题，还需要考虑被屏蔽的电磁波频率、场源性质等。

2 电磁屏蔽材料

2．1 铁磁材料与金属良导体材料

铁磁材料和金属良导体材料是常用的屏蔽材料。铁磁材料适用于低频(1 00kHz以下1磁场的屏蔽，其作用原理是利用铁磁材料高的磁导率引导磁力线通过高穿透材料并在附近空间降低磁通密度而达到磁屏蔽的目的。常用的铁磁材料有纯铁、硅钢、坡莫合金(铁镍合金)等。坡莫合金的电磁屏蔽效果要比其它几种优越得多，坡莫合金有3个主要的成分阁，即78％Ni、65％Ni和50％Ni，其中78％Ni坡莫合金的磁导率要比另外两种高得多，达3×10 ～1．2×10 量级。坡莫合金对应力较敏感，且磁性能与热处理关系极大，而提供使用的材料是未经热处理的，所以使用时必须了解和掌握热处理工艺。新出现的铁一钴(FeCo)合金[51、铁铝合金[51也是软磁合金材料，可用于低频磁场的屏蔽。

因铁磁性材料电导率小而不适合高频电磁场的屏蔽，金属良导体具有较高的电导率适合高低频电磁场以及静电场的屏蔽。电磁屏蔽中电导率成为选择屏蔽材料的主要依据，表2为部分金属的电导率和磁导率。最常用的是钢板、镀锌薄钢板、铜板、铝板等电导率好的材料。金属屏蔽材料还具有优良的力学性能，但是其密度大、易腐蚀、不易加工等缺点明显，局限性较大。

2．2 表面敷层薄膜屏蔽材料

这类材料是使塑料等绝缘体的表面附着一层导电层，从而达到屏蔽的目的，属于以反射损耗为主的屏蔽材料。常用的制备方法包括化学镀金、真空喷镀、溅射、金属熔射以及贴金属箔等。这类表层导电薄膜屏蔽材料普遍具有导电性能好、屏蔽效果明显等优点，其缺点是表层导电薄膜附着力不高，容易产生剥离，二次加工性能较差。

(1) 化学镀金

化学镀金是采用非电解电镀法把金属Ni、Fe—Nit6J或CIgNi等镀到ABS等工程塑料表面。该方法是目前塑料表面金属化用得最多、效果最好的一种方法，也是目前唯一不受壳体材料形状及大小限制且能获得厚度均匀导电层的方法。目前常用的塑料是电镀级ABS工程塑料，镀层采用镍或铜镍复合镀层。在0MHz~1．0GHz范围内，一般采用化学镀镍镀层，屏蔽效果已达60dB左右，对于要求更高的可以采用镀铜作底层镀镍作面层的

复合镀层，单独的铜镀层也能达到较好的屏蔽效果，但是由于铜在空气中容易氧化，抗腐蚀性能差而不能单独使用，这种复合镀层屏蔽效果可达90dB以上。化学镀金的优点是效果好，不受壳体形状和大小的限制，镀层均匀附着力强，可批量生产且成本低；缺点是适宜电镀的塑料品种较少。改进方法包括通过共混改性技术使ABS 与其它塑料形成塑料合金、塑料表面接枝、表面化学处理等使某些难于电镀的塑料能够电镀，从而扩展这类材料的应用范围。

(2) 真空镀金

真空镀金是在真空容器中把A1、Gr、Cu等低沸点金属气化，并使其在塑料表面凝结而形成均匀的金属导电膜。真空镀金可适用于各种塑料，镀层导电性好、沉积速度快，但是真空容器大小限制了塑料制品的大小，对平坦表面处理效果较好，对于复杂形状表面则成膜厚度的均匀性难于控制。为了提高镀层与塑料的粘附力，必须使塑料表面保持高度清洁，不受污染。通常预先将塑料表面进行预处理，去除杂质，使处理后的表面变得粗糙，以提高金属镀层的粘附性。预处

理方法大致有喷铁砂清洁处理、化学浸蚀和涂底漆3种。其中涂底漆法是一种比较好的预处理方法，它既不需要特殊的喷砂设备，生产速度也较快，并且也不会造成危害性较大的化学污染。对于聚烯烃类塑料在喷镀前需进行电晕处理，以提高表面氧化基团的含量和极性。

(3) 溅射镀金

溅射镀金是在真空容器中将氩离子用高能量冲击到金属上使金属气化，然后在塑料织物等的表面形成金属薄膜。溅射镀金也能适用于各种塑料，与真空镀金法相比，其镀层金属与塑料的粘附力一般要更强一些，但是其设备费用高昂，也同样存在真空镀金法所存在的优缺点。

(4) 金属熔射

金属熔射法是将金属在电弧高温下瞬间熔融后立即用高压空气将熔融金属吹成雾状喷到塑料表面上。将金属Zn经电弧高温熔化后用高速气流将其以极细的颗粒状粉末吹到塑料表面，形成一层极薄的金属层，厚度约5 n，具有良好的导电性，体电阻率可达10 ·cm以下，屏蔽效果约为60～120dB。金属熔射法的缺点是镀Zn层与塑料之间的粘附力较差，镀层容易脱落，需要特殊的熔射装置。

(5) 贴金属箔

贴金属箔复合屏蔽材料是将金属箔或复合金属箔迥等与塑料薄板、薄片或薄膜先用粘接剂粘合在一起，再用层压法压制成型，可制作软质和硬质的屏蔽材料。金属箔可以贴在表面，也可贴在两层塑料之间。其优点是方法简单易行、粘接强度高、不易部分脱落，而且导电性能良好，屏蔽效果可达0dB以上，但是对于复杂形状则施T操作非常困难

2．3 填充复合型屏蔽材料

这类材料是采用导电填料与塑料等成型材料填充复合而成的。导电填料一般选用导电性能优良的纤维状、网状、树枝状或片状材料，常用的有金属纤维、碳纤维、镀金属纤维、超细碳黑、云母片、金属片、金属合金粉等；成型材料常用合成树脂类材料，如聚苯醚、聚碳脂酸、ABS、尼龙和热塑性聚酯等。填充复合型屏蔽材料