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电磁屏蔽以及屏蔽材料的研究
07096014
侯瑞利
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1.电磁干扰的危害
• 电磁波为人们的通讯、工作和生活带来便利的同 时，也带来了许多不利影响。首先，电磁干扰会 直接影响人们生产生活各个领域中的电器设备、 仪器仪表的正常工作，严重的电磁干扰可使电子 装置失灵甚至损坏；其次，由电子设备传输的机 密信息会因电磁泄漏而被他人截获；最后，经过 大量科学实验发现，长时间接触低低频率的电磁 辐射，生物的神经系统、造血系统和免疫细胞功 能都会受到损伤，与此同时，电磁辐射对遗传、 生育和致畸也会产生影响。为此，必须进行电磁 屏蔽。
• 目前，对金属系电磁屏蔽用导电涂料的研究关键是如何更好地解 决铜粉和镍粉的抗氧化性和涂料在储存过中金属填料的沉降问题， 这方面仍有一些技术问题尚未解决。
• 对于石墨和碳黑等碳素系导电涂料，需要用高导电性和高结构性 的碳黑作填料才能使体积电阻率降至1Ω·cm 以下，最低可达 0.001Ω·cm 左右。由于碳素系涂料的导电性能相对较差，用作 电磁屏蔽涂料的效果并不十分理想。但碳素系涂料具有耐环境性 好，密度小，价格低等突出的优点。目前对碳素系涂料的研究工 作主要是努力开发和利用高导电性和高结构性碳黑，以及在复合 过程中如何提高碳黑分散性的同时保持其结构性等等。
• S=20lg（Eo/Ei） 或 S=20lg(Ho/Hi)
• 屏蔽效能是频率和材料电磁参数的函数。另外，材 料的厚度和屏蔽体的连接对屏蔽效能也有显著影响。
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（2）屏蔽的分类
• 屏蔽是提高电子系统和电子设备电磁兼容性的重要 措施之一，是利用屏蔽体阻止或减少电磁能量传输 的一种措施。它能有效地抑制空间中传播的各种电 磁干扰。
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• 通常，屏蔽效果的具体分类为：O10dB可视为没有屏蔽作用；10— 30dB有较低的屏蔽作用；30-60dB为 中等屏蔽效果，可用于一般工业或 商业用电子设备；60-90dB屏蔽效果 较好，可用于航空航天及军用仪器 设备的屏蔽；90dB以上的屏蔽材料 则具有最佳屏蔽效果，适用于要求
苛刻的高精度、高敏感度产品。根
• 目前，供评定屏蔽材料用的屏蔽效能计算公式，常用的是 谢昆诺夫公式。
• 它是利用传输线原理，在屏蔽板是电薄的无限大平面和入 射波为垂直入射的横电磁波条件成立时，用一段长度为屏 蔽板厚t、特性阻抗为屏蔽本征阻抗的有损耗传输线代替 屏蔽板而得到的。
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• 其屏蔽效能（SE ）由3 部分组成，一是电磁波通过屏 蔽体表面时，由阻抗突变引起的电磁波的反射损耗 （R ）；二是电磁波在屏蔽体内部传输时，电磁能量 被吸收的损耗（A ）；三是电磁波在屏蔽体的两个界 面间多次反射时需考虑的多次反射修正系数（B ）即：
• 屏蔽根据频率和作用不同机理分为直流磁场屏蔽、 地磁场屏蔽、低频磁场屏蔽、电屏蔽（主要指静电 场和交变电场屏蔽）及电磁屏蔽（指电磁波屏蔽）。
• 正如静电场和静磁场是电磁场的特殊情况一样，静 电屏蔽和静磁屏蔽也只是电磁屏蔽的一种特殊类型。
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3.电磁屏蔽
• 电磁屏蔽是利用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种方法。 金属板屏蔽室问世后，相继建立了一整套屏蔽理论，包括 用来评定屏蔽材料的均匀屏蔽理论，和评价整个屏蔽室屏 蔽效能的非均匀屏蔽理论。这里只介绍均匀屏蔽理论。
• SE（屏蔽效能） = A + B + R • 通常A>10dB时，B部分可以忽略不计，电磁屏蔽SE可
以表达为SE=A+R。电磁波可以分解为相互垂直的电场 和磁场，辐射源可以分为近区的电场源、磁场源和远 区的平面波，其电场分量和磁场分量有很大差异。同 一种屏蔽材料，对于不同类型的电磁波，屏蔽效能不 同。
据实用需要，对于大多数电子产品 的屏蔽材料，在30-1000MHz频率范 围内，其SE至少要达到35dB以上， 就认为是有效的屏蔽。
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4.常见的屏蔽材料
• 根据应用需要及各种法规的要求，当材料的屏蔽效果 达到30 ~ 60dB 的中等屏蔽数值时，认为有效。屏蔽电 磁干扰的方法很多。其中，表层导电型屏蔽材料（包 括导电涂料、金属熔射、贴金属箔和电镀塑料等）的 开发和应用已取得一定的进展。尤其是导电涂料以其 低成本和中等屏蔽效果目前仍占据电磁屏蔽材料的主 要市场。而填充复合型屏蔽材料（即导电塑料）由于 其成型加工和屏蔽的一次完成，便于大批量生产，可 以一劳永逸，因此是电磁屏蔽材料的一个发展方向。
• 铜系涂料导电性好，但抗氧化性较差。随着近年来抗氧化 处理技术的发展，铜系涂料的开发与应用也逐渐增多。
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• 由于铜的体积电阻率比镍小，因此在涂层厚度相同时，铜系涂料 的表面电阻率比镍系料低。目前主要采用如下2 种处理技术来防止 铜粉的氧化，一是用抗氧化剂对铜粉进行表面处理，或用较不活 泼的金属（如Ag、Al、Sn）包覆铜粉表面，其中抗氧化剂包括有 机胺、有机硅、有机钛、有机磷等化合物；另一种方法是在制备 铜系涂料过程中，加入还原剂或其它添加剂等成分，从而制得具 有一定抗氧化性的导电涂料。
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2.屏蔽的概述
• (1)所谓屏蔽是用导电或导磁体的封闭面将其内外两 侧空间进行的电磁性隔离。
• 因此，从其一侧空间向另一侧空间传输的电磁能量， 由于施行了屏蔽而被抑制到极微量。这种抑制效果 称为屏蔽效能或屏蔽插入衰减，用分贝表示。
• 令空间某点在没有屏蔽时的场强或Eo或Ho，设置屏 蔽后该点的场强为 Ei或Hi，于是屏蔽效能S为
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4.1表层导电型屏蔽材料
• （1）导电涂料
• 导电涂料作为电磁屏蔽材料的最大优点是成本低，简单实 用且适用面广。
• 银系导电涂料是最早开发的品种之一，美国军方早在60 年 代就将它用作电磁屏蔽材料。银系涂料性能稳定，屏蔽效 果极佳（可达65dB 以上），但由于其成本太高，只能适 用于某些特殊场合下使用。但镍系涂料在低频区（ < 30MHZ）的屏蔽效果不如铜系涂料。
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4.2金属敷层屏蔽材料
• 这类材料是通过金属熔融喷射、非电解电镀和贴金属箔等方法 使高分子绝缘材料的表面获得很薄的导电金属层，从而达到电 磁屏蔽之目的。