新型電磁屏蔽工藝技術(shù)研究

■ 萇軍紅

新型電磁屏蔽工藝技術(shù)研究

■ 萇軍紅

在對(duì)進(jìn)口電磁波屏蔽材料進(jìn)行檢測(cè)、分析和機(jī)械物理性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了該材料的實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)路線，并對(duì)試制材料進(jìn)行了性能驗(yàn)證。結(jié)果表明，通過(guò)敏化、活化和化學(xué)鍍工藝制得的電磁波屏蔽材料，性能等同于外軍用材料；且體質(zhì)柔軟，表面能高，可以與其它塑料基材進(jìn)行可靠復(fù)合成膜，廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械、電子器件、火化工品及軍工產(chǎn)品等較為昂貴產(chǎn)品的包裝。

電磁屏蔽 特種包裝 化學(xué)鍍

近年來(lái)，新型特種電磁屏蔽材料市場(chǎng)走俏。同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品往往受到限制，可以進(jìn)口的產(chǎn)品技術(shù)水平相對(duì)滯后。國(guó)內(nèi)隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，通訊產(chǎn)品、雷達(dá)、射頻發(fā)生器、信號(hào)發(fā)射設(shè)備的廣泛采用，使電磁環(huán)境越來(lái)越惡化。加之電子設(shè)備、儀器的高度集成和微型化，這就給對(duì)電磁輻射敏感的產(chǎn)品如集成電路、電磁控制系統(tǒng)、微電子設(shè)備等造成了威脅。由于外界電磁輻射引起集成電路、電磁控制系統(tǒng)、微電子設(shè)備失效、誤動(dòng)作，電爆裝置、電子引信意外燃燒、爆炸的事故時(shí)有發(fā)生。此外，生產(chǎn)的高效率和自動(dòng)化程度的提高，電氣設(shè)備在生產(chǎn)、使用過(guò)程中由于不同電流束之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、接觸、分離產(chǎn)生電磁干擾，造成后果是破壞性甚至是災(zāi)難性的。研制生產(chǎn)特種電磁波屏蔽材料是維護(hù)我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)快速運(yùn)行和企業(yè)安全生產(chǎn)的迫切需要。因此，新型特種電磁屏蔽材料市場(chǎng)需求量猛增。 針對(duì)市場(chǎng)需求，我們對(duì)新型特種電磁屏蔽材料的工藝技術(shù)進(jìn)行了研究。

通過(guò)對(duì)進(jìn)口電磁波屏蔽材料進(jìn)行檢測(cè)、分析和機(jī)械物理性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了該材料的實(shí)現(xiàn)工藝路線，并對(duì)試制材料進(jìn)行了性能驗(yàn)證。結(jié)果表明，通過(guò)敏化、活化和化學(xué)鍍工藝制得的電磁波屏蔽材料，性能等同于該進(jìn)口材料；且體質(zhì)柔軟，表面能高，可以與其它塑料基材進(jìn)行可靠復(fù)合成膜，廣泛應(yīng)用于微電子器件、集成電路、民爆產(chǎn)品及軍工產(chǎn)品等較為昂貴產(chǎn)品的包裝。

圖1 電鏡下的外觀

1 外觀分析

對(duì)進(jìn)口電磁波屏蔽材料進(jìn)行了電子顯微鏡和能譜分析。其中電鏡下的外觀如圖1：

從圖1可見(jiàn)，其纖維的直徑為12微米左右；其發(fā)亮的部分是因?yàn)殄儗咏饘佥^厚，反射強(qiáng)度較大所致。

我們看到，在自然光下，該材料為有金屬光澤的纖維，其厚度0.32mm，顏色為灰銅色，并可以導(dǎo)電。經(jīng)過(guò)濃硝酸浸蝕，并用水沖洗，可除掉表面的鍍層金屬，所得為淡黃色無(wú)紡布基材。經(jīng)測(cè)試，該基材為人造聚丙烯或聚碳酸酯纖維無(wú)紡布。如圖2。

圖2 浸蝕前后的照片（左圖為浸蝕前，右圖為浸蝕后）

從該屏蔽材料上截取35.3 mm×38.2 mm的樣品，經(jīng)電子天平稱重，質(zhì)量為0.1263g。經(jīng)過(guò)濃硝酸浸蝕除掉表面的鍍層金屬后，用水沖洗后烘干，所得為淡黃色無(wú)紡布基體,經(jīng)稱量，其質(zhì)量為0.0702g。經(jīng)計(jì)算，該無(wú)紡布基材約52g/ m2 。鍍層金屬的質(zhì)量約為41.6 g/ m2 。該屏蔽材料的重量為93.66g/ m2 。

對(duì)該材料進(jìn)行力學(xué)拉伸試驗(yàn)，并通過(guò)電子顯微鏡下觀察，可以得到圖3所示影像。可見(jiàn)，在拉伸力作用下，金屬鍍層可與基體分離，金屬鍍層厚度平均為0.3μm。

2 元素分析

2.1 金屬鍍層能譜分析

通過(guò)對(duì)金屬鍍層能譜分析發(fā)現(xiàn)，元素主要為銅和鎳，其中銅的含量為93%左右，鎳的含量為7%左右。能譜分析中，偶爾能發(fā)現(xiàn)含有鋁和鈀等金屬元素。

2.2 X射線熒光光譜分析

見(jiàn)表1，其中含有金屬鈀（Pd），含量為0.205%。從其中含有元素鈀來(lái)看，該樣品可能采用了化學(xué)鍍的方法（鈀一般被用作化學(xué)鍍的催化劑）。

圖3 電子顯微鏡下單根纖維的結(jié)構(gòu)

3 性能機(jī)理分析

纖維基體的主要作用是作為金屬鍍層的載體并提高材料的可揉折和可縫紉性。基體不導(dǎo)電，對(duì)電磁波無(wú)作用。纖維表面的銅可以導(dǎo)電，鎳可以導(dǎo)磁，由于鍍層很薄，有一定的電阻和磁阻，所以對(duì)電磁波有一定的阻尼消耗作用。

表1 X射線熒光光譜分析結(jié)果

該材料主要靠的是多層的導(dǎo)電導(dǎo)磁纖維對(duì)電磁波產(chǎn)生的漫反射和散射以及阻尼衰減，所以，基體纖維不可以太密集，太密集，則反射能力太大。也不可以太疏松，否則會(huì)暴露所隱蔽的目標(biāo)。只要大致控制好基體纖維的直徑和密度，控制好鍍層的厚度，就可以達(dá)到電磁波吸收和屏蔽的作用。

4 工藝路線

該材料是通過(guò)敏化、活化和化學(xué)鍍工藝制得。

具體的工藝路線如下：

4.1 敏化

敏化液成分及工作條件：二氯化錫 SnCl2?2H2O 10～20g/ L=0.5～1g/50ml鹽酸 HCl 10～20mL/L=0.5～1 mL/50ml錫條 1根（采用純錫粒）溫度 室溫 時(shí)間 5～15min

4.2 活化液成分及工作條件硝酸銀 AgNO3 1.5~2g→0.08~0.1g（配制50毫升的量大約0.01摩爾每升）氨水 NH3?H2O 至溶液透明水 1000mL→（配制50毫升）溫度 18~30oC 時(shí)間 0.5~5min

4.3 化學(xué)鍍銅液成分甲液：硫酸銅 CuSO4?5H2O 14g/L（2.4克/200毫升）石酸鉀鈉 KNaC4H4O6 30～50g/L（8克/200毫升）氫氧化鈉 NaOH 6～9g/L（1.5克/200毫升）碳酸鈉 NaCO3 4g/L（0.8克/200毫升）氯化鎳 NiCl2 4g/L （0.8克/200毫升）乙液：甲醛（37%） HCHO 20mL/L（4毫升/200毫升）溶液pH值 12

圖4 鍍銅后的樣品電鏡圖像

5 性能分析

從圖4可見(jiàn)，用化學(xué)鍍銅的方法，可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)紡布纖維上鍍銅。鍍銅后的樣品可以導(dǎo)電，其X射線熒光分析結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可知，在材料表面再進(jìn)行少量的鍍鎳，就可以與該進(jìn)口材料性能一致。而在金屬上鍍鎳的工藝，已經(jīng)掌握且非常成熟。通過(guò)以上試驗(yàn)證明：我們使用銀催化劑，也可以成功鍍銅，這樣就大大降低了使用昂貴的鈀催化劑的成本，更有利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。此外，使用鈀催化劑，也可以達(dá)到同樣效果。

表2 鍍銅樣品X射線熒光分析結(jié)果

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)進(jìn)口電磁波屏蔽材料進(jìn)行相關(guān)測(cè)試、分析后，設(shè)計(jì)了該屏蔽材料的實(shí)現(xiàn)工藝路線，并制得樣品。經(jīng)對(duì)樣品進(jìn)行電磁干擾衰減、電磁屏蔽等相關(guān)性能測(cè)試，結(jié)果表明，由上述工藝路線制得的新型特種電磁波屏蔽材料，性能等同于進(jìn)口材料；且體質(zhì)柔軟，表面能高（大于38 dyn/cm），可以與其它塑料基材進(jìn)行可靠復(fù)合成膜，制成包裝袋后，對(duì)微電子器件、集成電路、民爆產(chǎn)品及軍工產(chǎn)品等較為昂貴產(chǎn)品起到防電磁輻射、防電磁干擾等效果。

(作者單位：駐陽(yáng)泉地區(qū)軍代室)