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1、第22卷第6期兵器材料科学与工程Vol.22No.61999年11月ORDNANCEMATERIALSCIENCEANDENGINEERINGNov.1999X电磁屏蔽导电复合材料杜仕国高欣宝(军械工程学院)摘要在介绍电磁屏蔽原理的基础上,论述了近年来电磁屏蔽用表层导电材料和导电复合材料的特性与发展,展望了其研究趋势及应用前景。关键词电磁屏蔽导电材料复合材料随着现代电子工业的高速发展和各类电子产品的普遍使用而产生一种新的公害,即电磁波干扰(EMI)。一方面,电磁波辐射对周围的电子电气设备造成干扰,产生错误动
2、作;另一方面,其本身对周围的电磁干扰又十分敏感,从而造成计算机信息泄漏等严重的社会问题。为此,许多发达国家及国际组织近年都制定了相应的法规及标准,如德国的VDE法规、美国的FCC法规以及国际无线电抗干扰特别委员会(ISPR)制定的国际标准和试〔1～3〕验方法等,以限制电子公害的发展。然而,出于降低成本和便于大规模工业化生产的考虑,这些电子产品的壳体材料大都是采用工程塑料制成,而塑料本身无导电性,对EMI丧失了屏蔽能力。为了解决这一问题,采用导电复合材料进行电磁屏蔽是一种行之有效的方法。1电磁屏蔽的基本原理电
3、磁屏蔽主要用来防止高频电磁场的影响,从而有效地控制电磁波从某一区域向另一区域进行辐射传播。其基本原理是:采用低电阻的导体材料,并利用电磁波在屏蔽导体表面的反射和在导体内部的吸收以及传输过程的损耗而产生屏蔽作用,通常用屏蔽效果(〔4〕SE)表示。屏蔽效果为没有屏蔽时入射或发射电磁波与在同一地点经屏蔽后反射或透射电磁波的比值,即为屏蔽材料对电磁信号的衰减值,其单位用分贝(dB)表示,可写成如〔5〕下的方程式:SE=20log(EböEa)SE=20log(HböHa)(1)SE=10log(PböPa)式中,E
4、b、Ea为屏蔽前、后的电场强度,Hb、Ha为屏蔽前、后的磁场强度,Pb、Pa为屏蔽前、后的能量场强度。衰减值越大,表明屏蔽效果越好。根据Schelkunoff电磁屏蔽理论,金属材料的屏蔽效果可用下式表示:X1998年12月14日收到稿件杜仕国军械工程学院石家庄市05000362兵器材料科学与工程第22卷SE=R+A+B(2)式中,R为电磁波的反射损耗,A为电磁波的吸收损耗,B为电磁波在屏蔽材料内部多次反射过程中的损耗。当A>10dB时,B可忽略不计。故式(2)可表示为:SE=R+A(3)其中,R=168-1
5、0log(LrföAr)(4)A=1131tfõArõLr(5)式中,Lr为屏蔽材料的相对磁导率,Ar为屏蔽材料的相对电导率,f为电磁波频率(Hz),t为屏蔽材料厚度(cm)。由式(4)、(5)可知,对于银、铜、铝等良导体,Ar大,则R值大,即在高频电磁场的屏蔽作用主要取决于表面反射损耗,且金属的Ar越大,屏蔽效果越好;而对于铁和铁镍合金等高磁导率材料,Lr大则A值大,这表明当屏蔽材料衰减的是低频电磁场时,吸收损耗将起主要作用。因此,凡作低频屏蔽的导电层必须具有良好的电导率和磁导率,并且要有足够的厚度。〔6
6、〕通常,屏蔽效果的具体分类为:0～10dB几乎没有屏蔽作用;10～30dB有较小的屏蔽作用;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屏蔽效果较高,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至少达到35dB以上(相对应的体积电阻〔7〕率在10°8·cm以下),就认为是有效的屏蔽。目前,研究和应用较多的电磁屏蔽材料主要包
7、括两大类:表面导电材料和导电复合材料。前者是使塑料表面金属化来反射电磁波;后者则通过在塑料中填充导电材料,形成导电网络,达到屏蔽效果。2表面导电材料这类屏蔽材料通常采用化学镀金、真空喷镀、贴金属箔以及金属熔射等技术,使绝缘〔8～10〕的塑料表面覆盖一层导电层,从而达到屏蔽EMI的目的。211化学镀金化学镀金是目前塑料表面金属化用得最多和效果最好的一种方法,它采用非电解法在ABS等工程塑料表面镀上一层具有电磁屏蔽特性的金属导电层。其优点是镀层均匀且与基体粘附力强,可双面镀提高屏蔽效果可靠性、可大批量生产、屏蔽
8、效果好且成本低等等。目前常用的塑料是电镀级ABS工程塑料,对于屏蔽要求一般的可以采用化学镀镍,屏蔽效果要求较高的则采用以化学镀铜作底层、化学镀镍作面层的复合镀层。在30～1000MHz频率范围内,当化学镀镍层厚度为1127Lm时,其屏蔽效果为40～60dB;而同样〔11〕厚度的化学镀铜加化学镀镍复合镀层可达60～120dB。单层化学镀铜在1127Lm厚度时,虽然也可达到60～120dB的屏蔽效果,但由于铜在大气中
