一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及磁性屏蔽材料技术领域，具体涉及一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着科技的进步，网络技术不断发展尤其是进入5g时代，高密度记录技术、大数据传输速率、冷冻技术等领域的发展，尤其是高精密设备防电磁干扰，高速数据传输线缆的的电磁屏蔽和饱和电流的要求。对部件具备高性能、质量高、厚度薄、低成本，这就要求制备屏蔽的软磁合金等金属功能材料不断提高性能和降低成本。高bs亚纳米晶软磁合金作为新一代的功能材料，比常规的非晶纳米晶具有优良的软磁性能，如高饱和磁感应强度，饱和电流强度大等特点。高低频率emi吸波材料具有高磁导率，恒导特性。
3.现有技术中，已存在有基于软磁合金制备得到的屏蔽材料，比如，中国专利cn201911346710.9公开了一种软磁材料和金属复合叠层的宽频高效率电磁屏蔽材料，该材料是通过将金属层和软磁材料进行叠层放置，从而实现电磁屏蔽效果。
4.但是，在实际实施过程中，发明人发现，现有技术中的电磁屏蔽材料，其通常是将金属和软磁材料进行简单叠加来得到电磁屏蔽材料，其电磁屏蔽性能实际仅能够覆盖较窄的屏蔽频率范围，不能很好地满足复杂电磁环境下对各类电磁波的屏蔽需求。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种电磁屏蔽复合材料；另一方面，还提供该电磁屏蔽复合材料的制备方法。
6.具体技术方案如下：
7.一种电磁屏蔽复合材料，包括：
8.由下至上依次层叠的磁体层、铁硅铝屏蔽层、非晶层和金属层；
9.所述磁体层为经过热处理的高bs纳米晶材料；
10.所述非晶层为非晶软磁材料。
11.优选地，所述铁硅铝屏蔽层由83％～95％质量分数的铁、4％～10％质量分数的硅和1％～7％质量分数的铝组成。
12.优选地，所述磁体层与所述铁硅铝屏蔽层之间、所述非晶层与所述铁硅铝屏蔽层之间、金属层与所述非晶层之间分别设置有胶层。
13.优选地，所述金属层包括铝箔、铜箔。
14.一种电磁屏蔽复合材料的制备方法，用于制备上述的电磁屏蔽复合材料，包括：
15.步骤s1：对磁体带材进行预处理形成预处理带材；
16.步骤s2：在所述预处理带材上形成铁硅铝屏蔽层；
17.步骤s3：在所述铁硅铝屏蔽层上方形成非晶层；
18.步骤s4：在所述非晶层上方形成金属层。
19.优选地，所述步骤s1包括：
20.步骤s11：将亚纳米晶软磁合金绕制成磁环并热处理形成热处理磁环；
21.步骤s12：将所述热处理磁环展平形成热处理带材；
22.步骤s13：对所述热处理带材进行辊压，形成所述预处理带材。
23.优选地，所述步骤s13中，采用超声波辊压设备对热处理带材进行辊压，并在所述热处理带材的表面形成辊压花纹。
24.优选地，所述辊压花纹的形状包括正方形、长方形、正六边形。
25.优选地，于所述步骤s2之前，还包括一屏蔽层制备过程，所述屏蔽层制备过程包括：
26.步骤a1：称量特定比例的铁粉、硅粉和铝粉进行球磨混合，形成合金粉体；
27.步骤a2：将所述合金分体与铁粉、三元乙丙橡胶混合形成浆料；
28.步骤a3：对所述浆料进行涂布并烘干形成金属膜；
29.步骤a4：对所述金属膜进行热压得到所述铁硅铝屏蔽层。
30.优选地，所述步骤a1中，所述球磨混合的过程包括：
31.将所述铁粉、所述硅粉和所述铝粉添加至盛放有氧化锆球的球磨罐中进行球磨，所述氧化锆球的质量和粉末总质量的比例为21∶1，球磨时长大于80小时。
32.上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过在电磁屏蔽复合材料中添加经过热处理的高bs纳米晶材料作为磁体层，并添加未经过热处理的非晶软磁材料作为非晶层，避免了现有技术中基于单一类型软磁材料其屏蔽范围较窄的问题，同时，通过在磁体层和非晶层之间设置铁硅铝屏蔽层，在具有较好的导电性的同时，实现了对相对较宽的频率范围中的电磁波的有效吸收，提高了电磁屏蔽复合材料的屏蔽范围。
附图说明
33.参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
34.图1为本发明实施例的整体示意图；
35.图2为本发明另一实施例的整体示意图；
36.图3为本发明实施例中制备方法示意图；
37.图4为本发明实施例中步骤s1示意图；
38.图5为本发明实施例中超声波辊压设备示意图；
39.图6为本发明实施例中屏蔽层制备过程示意图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
43.本发明包括：
44.一种电磁屏蔽复合材料，包括：磁体层a1、铁硅铝屏蔽层a2、非晶层a3和金属层a4；
45.磁体层a1为经过热处理的高bs纳米晶材料；
46.非晶层a3为非晶软磁材料。
47.具体地，针对现有技术中的软磁电磁屏蔽材料，其屏蔽频率范围较窄的问题，本实施例中，通过选择将热处理后的高bs纳米晶材料作为磁体层a1，并将未经过热处理的非晶软磁材料作为非晶层a3，相对于单一软磁材料实现了较宽的屏蔽频率范围，同时，通过在磁体层a1和非晶层a3之间添加铁硅铝屏蔽层a2，实现了对高频电磁波和低频电磁波较好的吸收效果，进而使得最终制备形成的电磁屏蔽复合材料具有了较宽的屏蔽频率范围。
48.在一种较优的实施例中，如图2所示，磁体层b1与铁硅铝屏蔽层b2之间、非晶层b3与铁硅铝屏蔽层b2之间、金属层b4与非晶层b2之间设置有胶层b5。
49.具体地，为实现电磁屏蔽复合材料较宽的屏蔽频率范围，本实施例中，通过在选用特定材质的磁体层b1、铁硅铝屏蔽层b2、非晶层b3与金属层b4后，通过胶层b5对各层进行粘贴，从而实现较好的粘合效果，进而使得最终形成的电磁屏蔽复合材料可通过多种不同的材料实现较宽的屏蔽频率范围。
50.在实施过程中，根据实际工艺需要，胶层b5可设置为双面胶、粘结剂等，在此并不加以限制。
51.在一种较优的实施例中，金属层a1包括铝箔、铜箔。
52.具体地，针对现有技术中的高bs纳米晶屏蔽材料，随着承载电流的增大会过早饱和，导致屏蔽效果下降的问题，本实施例中，还在电磁屏蔽复合材料中选用导电性能较好的铝箔和铜箔作为电磁屏蔽复合材料表面的金属层a1，在实现对高频电磁波吸收的同时，实现了较大的饱和电流承载能力，使得电磁屏蔽复合材料能够应用于强电磁干扰环境中。
53.一种电磁屏蔽复合材料的制备方法，用于制备上述的电磁屏蔽复合材料，如图3所示，包括：
54.步骤s1：对高bs纳米晶材料进行预处理形成预处理带材；
55.步骤s2：在预处理带材上形成铁硅铝屏蔽层；
56.步骤s3：在铁硅铝屏蔽层上方形成非晶层；
57.步骤s4：在非晶层上方形成金属层。
58.具体地，针对现有技术中的软磁电磁屏蔽材料，其屏蔽频率范围较窄的问题，本实施例中，通过在制备过程中，对亚纳米晶软磁合金进行处理形成预处理带材，然后在预处理带材上依次粘合铁硅铝屏蔽层、非晶层和金属层，从而使得软磁电磁屏蔽材料通过多种材料的组合实现对各频率上的电磁波较好的屏蔽效果。
59.在一种较优的实施例中，如图4所示，步骤s1包括：
60.步骤s11：将高bs纳米晶材料绕制成磁环并热处理形成热处理磁环；
61.步骤s12：将热处理磁环展平形成热处理带材；
62.步骤s13：对热处理带材进行辊压，形成预处理带材。
63.具体地，针对现有技术中的软磁电磁屏蔽材料，其磁体的矫顽力和损耗较高的问题，本实施例中，通过在制备磁体层的过程中，先通过将高bs纳米晶材料绕制成连续的磁
环，送入热处理室进行热处理，同时施加横向磁场，形成矫顽力和损耗较低的热处理磁环，再将热处理磁环进行展平，通过机械辊压的形式形成预处理带材。在这一过程中，预处理带材通过施加机械应力的方式进一步地降低了磁体的损耗，提高了饱和电流上限，从而实现了磁体层较好的屏蔽效果。
64.在一种较优的实施例中，步骤s13中，采用超声波辊压设备对热处理带材进行辊压，并在热处理带材的表面形成辊压花纹。
65.在一种较优的实施例中，辊压花纹的形状包括正方形、长方形、正六边形。
66.具体地，针对现有技术中的电磁屏蔽材料，其在强电磁环境下会产生较强的感应涡流，进而导致材料发热的问题，本实施例中，通过在辊压过程中采用如图5所示的超声波辊压设备，对热处理带材压制辊压花纹，从而在热处理带材的表面形成均匀的规则图形，从而降低了热处理带材会产生的涡流。
67.如图5所示，超声波辊压设备具体包括：
68.超声波发生器1，用于生成超声波；
69.印花辊轮2，印花辊轮2通过传动杆3连接至超声波发生器1，并与热处理带材4接触，热处理带材4设置有用于输送热处理带材4的传动辊轮5；
70.印花辊轮2的表面设置有特定的压制花纹，用于在热处理带材4上产生辊压花纹；
71.印花辊轮2在超声波发生器1的驱动下震荡，此时下方的传动辊轮5在竖直方向上固定，以此来将辊压花纹压制在热处理带材4上。
72.在一种较优的实施例中，于步骤s2之前，还包括一屏蔽层制备过程，如图6所示，屏蔽层制备过程包括：
73.步骤a1：称量特定比例的铁粉、硅粉和铝粉进行球磨混合，形成合金粉体；
74.步骤a2：将合金分体与铁粉、三元乙丙橡胶混合形成浆料；
75.步骤a3：对浆料进行涂布并烘干形成金属膜；
76.步骤a4：对金属膜进行热压得到铁硅铝屏蔽层。
77.具体地，针对现有技术中的电磁复合屏蔽材料，其屏蔽频率范围较窄的问题，本实施例中，通过在制备铁硅铝屏蔽层的过程中，通过将铁粉、硅粉和铝粉进行球磨混合，形成合金粉体，再进行搅拌形成均匀分布的浆料，通过涂布工艺成膜并烘干，形成质地均匀的金属膜，再进行热压得到密度较高的铁硅铝屏蔽层，以此来实现较好的屏蔽效果。
78.在一种较优的实施例中，铁硅铝屏蔽层由83％～95％质量分数的铁、4％～10％质量分数的硅和1％～7％质量分数的铝组成。
79.具体地，为实现较好的电磁屏蔽效果，本实施例中，通过将铁硅铝屏蔽层选取为83％～95％质量分数的铁、4％～10％质量分数的硅和1％～7％质量分数的铝中的比例，并对最终制备得到的铁硅铝屏蔽层进行磁导率测量，测量结果如表1所示：
[0080][0081]
表1
[0082]
从表1中数据可以看出，位于上述配比范围中的铁硅铝屏蔽层，其均具有较好的磁导率，因此能够实现较好的电磁屏蔽性能。
[0083]
通过将表1中数据最优的实施例3与对比例1(fe:81％，si:9％，ai:10％)分别进行磁导率测试和反射损耗测试，测试磁导率数据使用keysight(是德科技)阻抗分析仪(型号：e4991b)使用矢量网络分析仪(型号：pna-x network analyzer)和专业的进口测量夹具，通过微带线法测量计算公式得到相应的数据，其最终结果如表2所示：
[0084][0085]
表2
[0086]
通过以上对比可知在低频时磁导率优于对比品。所以低频屏蔽时效果越好。在高频时反射损耗优于对比例。高浓度的超薄片状磁粉形成核壳结构，在同一平面按同一方向相互重叠。将吸收的有害噪声转化成热量，从而改善电磁环境。
[0087]
在一种较优的实施例中，步骤a1中，球磨混合的过程包括：
[0088]
将铁粉、硅粉和铝粉添加至盛放有氧化锆球的球磨罐中进行球磨，氧化锆球的质量和粉末总质量的比例为21∶1，球磨时长大于80小时。
[0089]
作为可选的实施方式，氧化锆球的直径在80～100mm之间。
[0090]
作为可选的实施方式，步骤a1中，采用行星球磨机，其公转速度为228r
·
min-1，自转速度为365r
·
min-1进行球磨，并在球磨罐中添加惰性气体作为保护。
[0091]
具体地，为实现铁硅铝屏蔽层较好的制备效果，本实施例中，通过采用上述方式对粉末进行球磨混合，使得最终得到的合金粉末较为均匀。通过对合金粉末进行x射线物相分析可以得知：在10h中，铝、硅的衍射峰快速减弱，随着时间的增加，其衍射峰逐渐减弱并且消失。在42h以后，除去铁的衍射峰外还有极少硅的晶面衍射峰以及铝的晶面衍射峰；在62h以后，铝的衍射峰就消失不见，只存在少量的衍射峰。从金属性理论性分析中当溶质和溶剂原子的直径比例在0.85～1.15之间能够有效形成显著固溶性的置换固溶体。电负性越小，固溶的形成越好。在达到80h以后硅、铝的原子和铁原子全部置换从而形成铁硅铝合金粉。
[0092]
下面结合具体实施例对本方案作进一步说明：
[0093]
实施例5：
[0094]
预先采用高bs纳米晶材料通过热处理形成热处理带材；
[0095]
将超声波发生器的功率设置为150w，辊压压力设置为200kg，在预处理带材上辊压
花纹图案，形成预处理带材；
[0096]
采用实施例3中的材料配比制备铁硅铝屏蔽层，随后在预处理带材上采用双面胶粘合铁硅铝屏蔽层；
[0097]
在铁硅铝屏蔽层上方采用双面胶粘合非晶层；
[0098]
在非晶层上通过双面胶粘合铝箔形成电磁屏蔽材料。
[0099]
对比例2：
[0100]
预先采用高bs纳米晶材料通过热处理形成热处理带材；
[0101]
将超声波发生器的功率设置为150w，辊压压力设置为200kg，在预处理带材上辊压花纹图案，形成预处理带材；
[0102]
采用实施例3中的材料配比制备铁硅铝屏蔽层，随后在预处理带材上采用双面胶粘合铁硅铝屏蔽层；
[0103]
在铁硅铝屏蔽层上通过双面胶粘合铜箔形成电磁屏蔽材料。
[0104]
对比例3：
[0105]
预先采用高bs纳米晶材料通过热处理形成热处理带材；
[0106]
将超声波发生器的功率设置为150w，辊压压力设置为200kg，在预处理带材上辊压花纹图案，形成预处理带材；
[0107]
在预处理带材上方采用双面胶粘合非晶层；
[0108]
在非晶层上通过双面胶粘合铝箔形成电磁屏蔽材料。
[0109]
对比例4：
[0110]
预先采用高bs纳米晶材料通过热处理形成热处理带材；
[0111]
将超声波发生器的功率设置为150w，辊压压力设置为200kg，在预处理带材上辊压花纹图案，形成预处理带材；
[0112]
采用实施例3中的材料配比制备铁硅铝屏蔽层，随后在预处理带材上采用双面胶粘合铁硅铝屏蔽层；
[0113]
在铁硅铝屏蔽层上方采用双面胶粘合非晶层形成电磁屏蔽材料。
[0114]
对比例5
[0115]
在铁基高bs材料带材上采用双面胶粘贴铜箔形成电磁屏蔽材料。
[0116]
将上述实施例5和对比例2～4进行切分并进行测试，测试结果如表3所示：
[0117][0118]
表3
[0119]
本发明实施例5、对比例2、对比例3、对比例4和对比例5在抗直流特性的对比，实施例5、对比例2、对比例3、对比例4相差不大且明显优于对比例5，可知制备低损耗高bs非晶纳米晶屏蔽片在抗直流特性优于传统的非晶纳米晶屏蔽片。
[0120]
实施例5、对比例2、对比例3、对比例4和对比例5比较屏蔽能效：
[0121]
1.通过测试对比，实施例5屏蔽效能最优，对比例2与实施例5屏蔽能效相差不大，说明在有金属屏蔽层的情况下，增加未热处理的非晶纳米晶屏蔽层屏蔽效能有所提高。
[0122]
2.对比实施例5和对比例3，对比例3在10mhz-1000mhz较实施例5差别较大。可知在这个频率段内特制高频emi吸波材能有效提高屏蔽能效。
[0123]
3.对比实施例5和对比例4，对比例4在10mhz-1000mhz较实施例5几乎一致。可知在这个频率段内特制高频emi吸波材能有效提高屏蔽能效。在3000mhz差别比较大，说明未热处理的非晶纳米晶虽然能起金属层作用，但相比于铜箔其电导率较弱，从而导致在这一频率点屏蔽效能较差。
[0124]
4.实施例5、对比例2、对比例3、对比例4和对比例5比较屏蔽能效除去对比例4在3000mhz这点，其余屏蔽能效都优于对比例5，进一步说明增加特制高低频emi吸波材和未热处理非晶纳米晶层对覆盖某一频率段屏蔽能效的优越性。
[0125]
综上所述将热处理过后材料通过超声波辊压处理的高bs纳米晶屏蔽层能够降低本身损耗还可避免随着承载电流增大过早饱和，且高bs纳米晶相比传统非晶纳米晶具有高的磁通密度增加抗直流特性。通过增加特制高低频emi吸波材和未热处理非晶纳米晶层对覆盖某一频率段屏蔽能效的优越性。再加低电阻金属层说明此制备方法下既能承载大的饱和电流又能实现高低频率电磁屏蔽复合材料的目的。
[0126]
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。