Ti 金属对电磁屏蔽复合材料影响的实验研究

孙恒一,田小建,汝玉星

(吉林大学电子科学与工程学院,吉林长春,130012)

随着电子工业以及纳米技术的迅猛发展，大量的电子、电器设备日趋微集化、轻量化、纳米化等。并且对于特殊的电磁兼容环境，所要求的电磁屏蔽材料也有严格的标准。纳米导电涂料技术的应用在制备电磁屏蔽材料上早已屡见不鲜，而且加工生产纳米级电磁屏蔽材料的工艺也越来越多。将纳米金属材料通过涂覆、填充、光学镀、蒸发镀、水电镀、化学镀、溅射镀等方式镀覆在基体材料的表面，形成金属薄膜，使其具有更好的电磁屏蔽效能。

1 金属特性参数分析

金属材料应用于电磁屏蔽材料或制备屏蔽材料已屡见不鲜，其中有金属板材、发泡金属、金属导电涂料、金属非晶材料等。其中金属涂料是通过采用良好导电性的金属粉末，经过一些工艺上的混合离散后，在特定的环境下与基体材料固化成型，形成电磁屏蔽材料。金属导电涂料在制备电磁屏蔽材料上最大的优点在于成本低廉、实用性高、操作简易，可通过喷涂、刷涂或涂覆与各种形状的基体材料表面，市面中常见的金属涂料有银系、铜系、镍系等。表1.1 和表1.2 分别给出了本文所选用的金属离子作为电磁屏蔽复合材料的物理性能参数和力学性能参数。

表1.1 金属物理性能参数

表1.2 金属力学性能参数

通过用上述两表与银系作对比，可知铜、镍、钛这三系金属离子虽然在电导性上不及银系离子，但相对密度都比银系小，质量轻；金属钛离子虽电阻率很高，但其力学性能上要高于其它金属离子；金属镍离子虽热导率相对较低，但其化学性能稳定。本文为制作在电磁屏蔽性能上优良并在其使用过程中能够拥有耐磨性、耐高低温性等综合性质的复合材料，故选用了性价比较高的铜、镍及力学性能较高的钛金属作为制备材料。

2 电磁屏蔽效能测量实验及数据分析

实验条件：

1)矢量网络分析仪工作频带为40M ～40GHz；

2)波导同轴转换器工作频带为7 ～15GHz；

3)屏蔽室：屏蔽室规格为2×2×2(m),型号为Y68；测量装置开窗尺寸为400×400(mm)；屏蔽门尺寸为750×1800(mm)；该屏蔽室测量的频宽为10KHz—20GHz，场强为110dB。

电磁屏蔽的机理是利用相应的屏蔽材料对空间随机辐射到设备或系统的电磁波进行不同机制的衰减，产生相应的损耗，即为反射损耗、吸收损耗和内部多次吸收损耗。屏蔽材料对空间电磁波的屏蔽效能可按下式计算：

波导同轴传输线法测量屏效比较容易使用，主要由一对波导同轴和矢量网络分析仪或频谱仪组成，采用矢量网络分析仪测量入射功率和透射功率，测得屏蔽材料屏蔽效能，实验系统框图如图3.1 所示。

将一对波导同轴转换器与矢量网络分析仪两个端口相连接，严丝合缝地将波导同轴转换器的两个端口通过塑料螺丝对接，实际屏效测试的实验系统如图3.2 所示。按仪器的正常操作规程开启矢量网络分析仪，按照实际测试需要，调整工作频率后，观察矢量网络分析仪在没有屏蔽材料的条件下波导同轴转换器的传输功率S21参数(图3.3 所示)，然后将机器暂停，拆下波导同轴转换器的塑料螺丝，将制作好的电磁屏蔽材料放置到波导同轴转换器的中间，再夹紧波导同轴转换器，并保持电磁屏蔽材料与波导同轴转化器之间的稳固性，按上述的参数，继续打开矢量网络分析仪，按自动获取键。此时，矢量网络分析仪显示通过波导同轴转换器的电磁波在经过电磁屏蔽材料衰减后的S21´参数(图3.4所示)。计算电磁屏蔽材料的屏蔽效能SE 值的公式为：

图3.1 实验系统框图

图3.4 波导同轴转换器实测量屏蔽效能

经计算得在工作频带为7 ～15GHz 下约为-113 ～-67dB。通过上述公式得电磁屏蔽材料的屏蔽效能SE 值约为85dB。

图3.3 S21 参数

图3.4 S21´参数

通过实验数据反应出Ti 金属在用作电磁屏蔽材料上，对于整体的电磁屏蔽效果较为理想，更能突出Ti 金属在特殊的电磁兼容环境下，也能满足设备或系统的电磁兼容性。由于金属Ti 的材料特性，拓展了同类别的电磁屏蔽复合材料应用范围。

3 结论与展望

综上所述，Ti 金属对于纳米级电磁屏蔽屏蔽复合材料的应用得到了可观性的验证，由于Ti 金属本身具有耐高低温、耐强酸强碱腐蚀性、且质量轻，强度高等金属材料特性，可令其应用到苛刻环境代替传统电磁屏蔽复合材料。未来的电磁屏蔽复合材料的种类会越来越多地出现在我们的视野中，基于电磁屏蔽复合材料对电磁波的反射、透射与吸收的方面考虑，通过使用导电性能优良的材料来增加其对电磁波的反射作用；通过使用导磁性能优良的材料来提高对电磁波的吸收效果；随着空间中随机传输的电磁波频率的增大，电磁屏蔽复合材料的屏蔽效能会有所降低。但是在实际应用中，应根据当前使用情况来确定制备需要的金属材料类别、镀膜厚度或添加涂料的计量等因素，将性能优良的非金属材料制作成电磁屏蔽复合材料，以确保电磁屏蔽复合材料具有良好的力学性能，扩大其使用领域，并在可控制范围内尽量降低制备电磁屏蔽复合材料的成本。

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