电磁屏蔽原理及应用

电磁屏蔽的原理和应用摘要：阐述了电磁屏蔽材料的屏蔽原理。 介绍了电磁屏蔽材料的发展现状，其中详细介绍了表层导电型屏蔽材料和填充复合型屏蔽材料。关键词：电磁屏蔽，危害，屏蔽原理，研究现状abstracttheharmsofelectrommaticcradiationtoelectelectricequipment，fuel，animals，humanandhumanintoduced，mesticommentofelekeywordselectromagneticination，shielding，harm，机构，开发近年来，随着各种电器的普及，电子计算机、通信卫星、高压电网和医疗设备等的广泛应用，由此造成的电磁辐射污染也越来越严重。 因此，有必要进行电磁屏蔽。1 .电磁屏蔽原理电磁屏蔽实际上是为了限制电磁能量从屏蔽材料的一个空间向另一个空间的传递。 当电磁波的传播到达屏蔽材料表面时，通常以三种不同的机构进行衰减：的是入射表面的反射衰减，第二种是未反射而进入屏蔽体的电磁波被材料吸收的衰减，第三种是屏蔽内部的多重反射衰减。 电磁波通过屏蔽材料的总屏蔽效果可以用下式计算：SE=R A B (1)式中：SE为电磁屏蔽效果，dB； r是表面的一次反射衰减，a是吸收衰减b是内部的多次反射衰减(仅在A15dB的情况下有意义)。通常，电隔离度材料衰减是高阻抗的电场，虽然屏蔽作用主要由表面反射率r决定，但是吸收衰减a不主要。 因此，电屏蔽件能由比较薄的金属材料制作的磁屏蔽件的衰减主要由吸收衰减a决定，但反射衰减r不是主要的。 根据电磁学知识，分别获得a、r和b的计算公式：(2)a与电磁波的类型(电场和磁场)无关，电磁波通过屏蔽材料后被吸收，与材料的厚度成比例地直线增加，与材料的电导率和磁导率有关系。反射衰减r不仅与材料的表面电阻有关，还与辐射源的类型和从屏蔽体到辐射源的距离有关。 关于远场源(平面波辐射源) :(3)关于近场源：磁场：(4)电场(5)金属屏蔽材料一般很薄，a也小，考虑了内部的多次反射衰减b。 在此情况下，内部的多次反射衰减b。 在这种情况下，内部反射可能会达到多次形成多重反射。 该衰减用“多次反射修正项”b表示。关于近场源：(6)远程源：B的计算公式很复杂，并且可根据需要查阅相关资料。在上式中，d是屏蔽层的厚度(cm )，f是电磁波的频率(Hz) a:是屏蔽材料对铜的电导率，屏蔽材料的相对磁导率d是场源和屏蔽的距离，cm (假设场源为点源)。从以上公式可以看出，性能好的电磁屏蔽材料应该具有高电导率和磁导率。 有些金属和合金是电的良导体，例如铜、铝等，对高阻抗电场有良好的屏蔽作用，而对低阻抗磁场的屏蔽不理想的铁、坡莫合金等一些金属和合金对低阻抗磁场有非常好的屏蔽作用由于在宽频率范围内有良好的屏蔽作用，屏蔽材料必须是高电导率和高导磁率材料的组合。2电磁屏蔽应用的研究现状根据应用需求和各种法规的要求，可以认为在材料的屏蔽效果达到30 60dB的中等程度的屏蔽值的情况下是有效的。 屏蔽电磁干扰的方法很多，给出了表1中常用的方法和电磁屏蔽材料的特征。 其中，表层导电型屏蔽材料(包括导电涂料、金属喷涂、金属箔和电镀塑料等)的开发和应用取得了一定的进展。特别是导电涂料以低成本和中等屏蔽效果，目前仍占电磁屏蔽材料的主要市场。 填充复合型屏蔽材料(即导电性塑料)，由于其成形加工和屏蔽的一次完成，容易大量生产，也能持续一段时间，所以是电磁屏蔽材料的发展方向。2. 1表层导电型屏蔽材料2.1.1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、适用面广。银系导电涂料是最初开发的品种之一，美军从60年代开始作为电磁屏蔽材料使用。 银系涂料性能稳定，屏蔽效果优异(达到65dB以上)，但由于其成本过高，适合在特定的特殊场合使用镍系涂料，屏蔽效果高，抗氧化能力比铜强，因此现在已成为欧美等国家的电磁屏蔽用涂料的主流。 涂层厚度为时，体积电阻率的屏蔽效果达到3060db(5001000mhz )。 但是，镍系涂料在低频区域的屏蔽效果比铜系涂料差。铜系涂料导电性好，但耐氧化性差。 随着近年来抗氧化处理技术的发展，铜系涂料的开发和应用也在增加。 例如，昭和电工公司的铜/丙烯酸树脂对铜进行了特殊处理，因此导电性稳定，其使用量仅为镍系涂料的一半。 由于铜的体积电阻率比镍小，涂层厚度相同时，铜系涂料的表面电阻率比镍系材料低。 现在，为了防止铜粉氧化，主要采用用抗氧化剂对铜粉进行表面处理，或者用比较惰性的金属(包复有Ag、AI、Sn的铜粉表面，抗氧化剂包含有机胺、有机硅、有机磷、有机磷等化合物)处理的技术的另一种方法是，在制造铜系涂料的过程中，使用还原剂或铜粉表面镀银后，可以达到体积电阻率，与银系涂料同等，屏蔽效果优异。 涂层的厚屏蔽效果相当于厚的镍系涂料，但价格低，可以作为一般工业用电磁屏蔽材料使用。 目前，金属系电磁屏蔽用导电涂料的研究要点在于如何解决铜粉和镍粉的耐氧化性以及涂料在贮藏中的金属填料的沉降问题，存在尚未解决的技术问题。对于石墨和炭黑等碳系导电涂料，为了降低体积电阻率，需要用高导电性和高结构性的炭黑作为填料。 由于碳系涂料的导电性相对差，作为电磁屏蔽涂料的效果不充分。 但是，碳系涂料具有耐环境性好、密度小、价格低等优点。 目前，碳系涂料的研究主要是研究高导电性和高结构性碳黑的开发和利用，在复合过程中提高碳黑分散性的同时保持结构性的方法等。也就是说，电磁屏蔽用的导电涂料迅速发展，国外已有很多品种商品化，其中多数是镍粉、铜粉、银粉、炭黑等填充性的导电涂料。2. 1. 2金属包复屏蔽材料这种材料通过用金属熔融喷雾、无电解电镀、贴金属箔等方法，在高分子绝缘材料的表面上得到薄的导电性金属层，从而达到了电磁屏蔽的目的。金属喷涂法涂层是将金属锌用电弧高温熔融后，用极细的粒子状粉末向高分子材料的表面喷涂金属锌，在表面形成极薄的金属层，厚度约为。 锌喷涂层具有良好的导电性能，体积电阻率可以如下，屏蔽效果为70dBo无电解电镀法的涂层是用无电解电镀法在ABS塑料表面电镀Ni或Cu/Ni，电镀表面左右。 该方法得到的金属电镀导电性好，粘合牢固，屏蔽效果可达到60dB左右。贴金属箔复合屏蔽材料是铝箔、铜箔和不锈钢箔等塑料片、薄片和薄膜层压而成的复合材料，适合制作软质硬质的屏蔽材料。 金属箔除了粘贴在表层之外，还可以夹在两层塑料之间。 该方法的优点是粘合牢度高，导电性能优异，屏蔽效果高，为6070db。2. 2填充复合型屏蔽材料填充复合型屏蔽材料，由电绝缘性优异的合成树脂、具有优异导电性的导电性填料和其他添加剂构成，通过注射成形和挤出成形等方法加工成各种电磁屏蔽材料制品。 其中常用的合成树脂有聚苯醚、聚碳酸酯、ABS、尼龙、热塑性聚碳酸酯等。 导电性填料一般选择大尺寸的纤维状和片状材料。 目前最常用的有金属纤维、金属片等，另外还有碳纤维、超导碳黑、金属合金填料等。 填充型屏蔽材料是继表层导电型屏蔽材料之后投入市场的新材料，之后位于上位的倾向很大。 现在，在美国、英国、日本等国家，这种屏蔽材料被大量开发。2. 2. 1金属纤维填充型屏蔽材料认为电磁屏蔽材料的屏蔽效果取决于导电性填料的导电性和它们的接触程度，如果使用长径比大的金属纤维，则相互更容易重叠，因此可以得到良好的导电性。日本钟表纺公司开发了铁纤维和尼龙6、聚丙烯和聚碳酸酯等树脂复合的电磁屏蔽材料。 其屏蔽效果达到60-80db。另外，将不锈钢纤维作为填充材料使用的电磁屏蔽材料也有优异的屏蔽效果。 例如，在将直径左右的不锈钢纤维与PC、PS、EVA等树脂复合，填充量为6%的情况下，遮蔽效果可以达到40dB，随着填充量的增加，遮蔽效果会更好。综合来说，金属纤维系填充复合型屏蔽材料具有优良的导电性能，屏蔽效果好，综合性能好，是一种有前途的电磁屏蔽材料。2.2.2超微粉填充型屏蔽材料为了使材料具有良好的屏蔽效果，需要填充剂的填充量高，但会影响屏蔽材料的机械强度和成形加工性能。近年来，在美国开发了可用于制造电磁屏蔽材料的超细碳黑。 Cabot公司的“Super- Conduc-tive”，碳黑和哥伦比亚化学公司的“condex40-220”碳黑。 三菱人造丝公司开发的超细碳黑/PP的密度，屏蔽效果达到40dB，被称为世界上最轻的电磁屏蔽材料。三结电磁屏蔽材料是电子工业迅速发展时代防止电子污染所必需的防护功能材料，是目前新技术发展领域的新型化工材料。 其电磁屏蔽性能和材料的物理机械性能随着我国电子工业的迅速发展而日益改善和提高。参考文献1 B E凯瑟着.肖华亭、许昌清、雷有华等人翻译.电磁兼容原理.北京：电子工业出版社，19852 Si Weimin，罗斯福.曲面技术，1993，22 (3) :143 Evans k .材质和设计，1984，43 (2) :434 Kortschot M T，Woodhams R T.Polymer Composites，2000，(4):2965 Song Tian. Function Materials，1994，25 (6) :926 big GDM.polymerengineeringandscience，1999，19 (16 ) :1887 C