CN100347126C

CN100347126C - 具有电磁屏蔽和装饰功能的磁砖的制备方法

Info

Publication number: CN100347126C
Application number: CNB2005100345578A
Authority: CN
Inventors: 车晓舟
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2025-05-11
Also published as: CN1699272A

Abstract

本发明涉及具有电磁屏蔽和装饰功能的磁砖的制备方法，该方法是在去离子水中加入按照质量比10～50∶1混合的甲基丙烯酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙烯酸酯的混合物、水溶性高分子材料、分散剂、引发剂，混合配制成单体溶液，然后将软磁铁氧体粉末加入所制备的单体溶液中，混合制得悬浮体系；再将悬浮体系浇注到成型模具中，加热，保温，脱模，干燥，制成磁砖素坯；随后将磁砖素坯施釉印花；并在1200～1400℃，保温3～4小时，即可一次烧成具有电磁屏蔽和装饰功能的磁砖。本发明采用无毒单体水溶液凝胶注模技术，制备出的磁砖既具有优异电磁屏蔽性能又具有良好的建筑装饰功能，同时本制造方法设备投资少、模具制作简单、成本低，对环境友好。

Description

具有电磁屏蔽和装饰功能的磁砖的制备方法

技术领域

本发明涉及抗电磁干扰材料制备与磁体成型加工技术领域，具体是指一种具有电磁屏蔽和装饰功能的磁砖的制备方法。

背景技术

电磁波干扰(EMI)或叫电磁噪声，是伴随电子技术的发展，尤其是数字电路、移动通讯和开关电源的普及应用而产生的一种凭感官无法感觉到的无形污染。随着信息技术的飞速发展，特别是移动通信、计算机、家用电器等的迅速普及，电子产品已广泛应用于人们日常生产、生活的各个领域。另一方面，为了减小设备体积，提高设备性能，各种电子设备的工作频率越来越高。以个人计算机为例，CPU的时钟频率已达到4GHz以上，其它许多个人电子设备的工作频率也大多在准微波波段，部分通讯设备的工作频率达到约20GHz。电子设备的广泛普及在给人们生活带来很大便利的同时，也带来了不利的电磁波干扰问题，几乎所有信息系统都程度不同地存在EMI和抗EMI问题。电子设备辐射、泄漏的电磁波不仅会对电子设备本身造成严重干扰，威胁着人类的健康，也威胁着各种军事目标和要害部门的安全。电磁辐射已成为当今危害人类健康的致病源之一，生活在2毫高斯以上电磁波磁场中的人群患白血病的几率为正常人群的2.93倍，患肌肉肿瘤的几率为正常人群的326倍。就军事目标而言，它不仅要面临来自空中的立体化、多手段、高性能现代侦察设施的搜索，还受到地面的可见光、近红外、热红外、毫米波等侦察制导系统的威胁。特别是现代无线电技术和雷达探测系统的迅猛发展，极大地推动了战争防御系统的搜索、跟踪目标的能力。军用电子设备的电磁辐射有可能成为敌方侦察的线索，因而传统的伪装(可见光与红外伪装)已不能适应未来战争的发展。如何抑制甚至消除电子设备的EMI已成为关系到人民健康与国防安全的重要问题。

电磁干扰信号主要通过传导、辐射和感应方式到达接收器。常见的干扰源以及频率范围主要包括计算机(10M～100MHz)，电视、调频广播、甚高频通讯(100M～1GHz)，微波、航空雷达(1G～10GHz)。抗电磁干扰技术主要包括滤波、屏蔽、接地三大类，其中滤波技术是利用在电气设备的入口处插接抗电磁干扰滤波器的方法，来达到抑制通过电源线传导的电磁干扰的作用。电电磁屏蔽主要是限制电磁能量从屏蔽材料的一侧空间向另一侧空间的传递。电磁波传播到屏蔽材料表面时，通常有3种不同机理进行衰减：一是在屏蔽体表面的反射衰减；二是进入屏蔽体后被材料吸收衰减；三是在屏蔽体内部的多次反射衰减。一般来说，电屏蔽材料衰减的是高阻抗的电场，屏蔽作用主要由表面反射决定。而电磁屏蔽体的衰减主要是由吸收衰减决定。根据公式：A(dB)＝1.314d(fμ_fσ_f)^1/2，其中d为屏蔽层的厚度(cm)，f为电磁波频率，σ_f为屏蔽材料相对于铜的电导率，μ_f为屏蔽材料的相对磁导率。性能良好的电磁屏蔽材料应具有较高的电导率及磁导率。

电磁屏蔽磁体通常采用各种吸波材料制成。烧结软磁铁氧体是目前广泛使用的吸波材料之一。尖晶石型的Ni系铁氧体材料已广泛应用于电波暗室作为30M～1GHz的电波吸收体，更高频率的抗电磁干扰材料通常采用六角晶系的铁氧体材料。不同规格的烧结软磁铁氧体磁片主要用于吸收0.01～10GHz范围的电磁波。

采用具有电磁屏蔽功能的地砖、墙砖和天花板进行装饰，是对电磁波防护要求严格的重要建筑物如军事指挥室，会议室，安装有贵重电子仪器的各类机房防电磁泄露与抗电磁干扰的有效途径之一。目前的建筑陶瓷制品的屏蔽电磁波的功能不能满足要求，而用于抗电磁屏蔽的烧结软磁铁氧体磁片不具备装饰功能，不能作为普通装饰用砖使用；烧结软磁铁氧体磁片通常采用模压法获得素坯然后进行烧结的方法制成，磁片的成型工艺限制了磁片的尺寸与形状等，因为用于电磁屏蔽的磁砖的组分与普通装饰瓷砖不同，其中最重要的一点是磁砖中铁氧体的含量应尽可能的多，因此必须严格控制素坯中粘结组分的含量，当采用传统的陶瓷砖成型工艺进行生产时，一方面磁片素坯的模压成型需要大吨位的压机(如1000吨液压机)，实现自动化高效率生产工艺难度大，而且素坯的强度低，极易破损，使作为装饰用瓷砖所必须的表面加工如施铀印花等工艺极难进行，而且也增加了后续工序如烧结等的难度。

凝胶注模成型是美国橡树岭国家实验室于二十世纪九十年代初期为降低陶瓷成型加工成本而发明的一种陶瓷粉末精密成型新技术。凝胶注模成型技术的一个显著的特点就是制备出的素坯的强度远远高于模压素坯，可以进行一系列的机械加工，用于铁氧体磁体的成型时，一方面，磁砖中磁粉含量高于模压磁体，且成型过程在静态下完成，有利于对磁体进行磁场取向，可以获得理想的取向度，因而获得更好的磁性能；另一方面，可以减少设备投资，因为凝胶注模成型不需要大吨位的压机和价格昂贵的注塑设备，并且模具制作简单、成本低，因而将大大降低生产成本；此外，凝胶注模成型技术在制备大截面、形状复杂器件方面，是任何现有陶瓷成型技术都无法比拟的。目前，凝胶注模成型技术尚未应用于烧结软磁铁氧体素坯的成型，而且国内、外在凝胶注模成型工艺中使用最普遍的水溶性单体体系主要为丙稀酰胺和N，N’-亚甲基双丙稀酰胺(交联剂)，其中的丙稀酰胺毒性较大且具有致癌的危险。丙稀酰胺的毒性成为除工艺因素之外制约此技术工业化应用的瓶颈。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有产品和技术中存在的不足之处，提供具有电磁屏蔽和装饰功能的磁砖的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

所述具有电磁屏蔽和装饰功能的磁砖的制备方法包括如下步骤和工艺条件：

(1)以质量份数计，在100份去离子水中加入5～30份按照质量比10～50∶1混合制备的甲基丙烯酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙烯酸酯混合物，再加入0～10份水溶性高分子材料、3～10份分散剂、0.17～1份过硫酸胺，制成单体溶液；所述水溶性高分子材料为PVP或PEO；所述分散剂为Duramax^TM D-3005；

(2)以质量份数计，将70～90份Ni-Zn软磁铁氧体粉末与10～30份(1)制备的单体溶液混合，制得悬浮体系；随后将悬浮体系浇注到成型模具中，加热至60～70℃，保温2～8小时，经脱模，干燥，制成磁砖素坯；

(3)将磁砖素坯施釉印花；在1200～1400℃烧结3～4小时，制成具有电磁屏蔽和装饰功能磁砖。

为更好地实现本发明的目的，所述步骤(2)为以质量份数计，将70～90份Ni-Zn软磁铁氧体粉末与10～30份(1)制备的单体溶液混合，制得悬浮体系；随后将悬浮体系浇注到成型模具中，加热至60～70℃，保温3小时后，将温度升至80～100℃继续保温，然后脱模，干燥，制成磁砖素坯。

本发明的原理是：将软磁铁氧体粉末分散于有机单体的溶液中，形成高固相含量并具良好流动性的悬浮体，然后注入成型模具中，通过原位聚合反应形成高分子“骨架”，使粉末保持固定形状，经过脱水干燥后形成具有较高强度和一定致密度的磁砖素坯；利用凝胶注模成型技术制备的铁氧体磁砖素坯强度高，可以进行机械加工和表面处理的特性，对干燥后的铁氧体素坯上进行施铀印花处理，使制备出的磁砖满足建筑装饰性要求；再经过烧结使磁砖致密化，提高磁砖的磁性能以满足屏蔽电磁波的性能要求，同时使磁砖具有高的强度，保证装饰施工的顺利进行并满足使用时对强度的要求；制成既具有优异电磁屏蔽性能又具有良好装饰功能的磁砖。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1.本发明制备的磁砖既具有优异电磁屏蔽性能又具有良好的建筑装饰功能。

2.本发明利用凝胶注模成型技术制备的铁氧体磁砖素坯强度高，克服了用传统瓷砖加工工艺制备铁氧体磁砖素坯时，因素坯中粘结剂含量低，素坯强度低，极难进行施铀印花的缺点。本发明兼顾了铁氧体磁砖的电磁功能与装饰功能的两方面的工艺因素。

3.本发明采用凝胶注模技术制备软磁铁氧体磁砖，一方面磁砖中磁粉含量高于模压磁体，且成型过程在静态下完成，有利于对磁体进行磁场取向，可以获得理想的取向度，因而获得更好的磁性能；另一方面可以减少设备投资，因为凝胶注模成型不需要大吨位的压机和价格昂贵的注塑设备，并且模具制作简单、成本低，因而将大大降低生产成本。

4.本发明使用无毒的甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)单体水溶液，将三缩四乙二醇双丙烯酸酯(TEGA)作为水溶液体系的交连剂，并使用过硫酸胺引发甲基丙烯酸羟乙酯聚合反应，解决了利用无毒凝胶注模技术制备软磁铁氧体磁砖素坯的关键技术难题，克服了毒性的影响，使注凝成型技术在生产软磁铁氧体磁砖方面的工业化应用成为可能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

以质量份数计，在100份去离子水中加入5份按照质量比10∶1混合制备的甲基丙烯酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙烯酸酯混合物，3份Duramax^TM D-3005、0.17份过硫酸胺，充分混合均匀，制成单体溶液。Duramax^TM D-3005是30％中分子量聚丙烯酸铵，分子量为4000-10000，由DURAMAX公司生产(以下实施例的Duramax^TM D-3005规格和生产单位同实施例1)。随后，以质量份数计，将70份Ni-Zn软磁铁氧体粉末与30份上一步制备的单体溶液混合，制得悬浮体系。然后将悬浮体系浇注到成型模具中，并加热至70℃，保温3小时，脱模，干燥，制成磁砖素坯。最后，将磁砖素坯施釉印花；并将施釉印花磁砖素坯在1200℃保温4小时，即可一次烧成具有电磁屏蔽和装饰功能磁砖。经检测，所制备的磁砖密度为4.60g/cm³，在30～300MHz频率范围的反射损耗≥-10dB。

实施例2

以质量份数计，在100份去离子水中加入15份按照质量比25∶1混合制备的甲基丙烯酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙烯酸酯混合物，再加入3份水溶性高分子材料PEO、5份Duramax^TM D-3005、0.3份过硫酸胺，制成单体溶液。然后，以质量份数计，将75份Ni-Zn软磁铁氧体粉末与25份上一步制备的单体溶液混合，制得悬浮体系；并将悬浮体系浇注到成型模具中，加热至60℃，保温6小时，脱模，干燥，制成磁砖素坯。之后，将磁砖素坯施釉印花；并将施釉印花磁砖素坯在1200℃保温3小时，一次烧成具有电磁屏蔽和装饰功能磁砖。经检测，所制备的磁砖密度为4.78g/cm³，在30～300MHz频率范围的反射损耗≥-10dB。

实施例3

以质量份数计，在100份去离子水中加入18份按照重质量比35∶1混合制备的甲基丙烯酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙烯酸酯混合物，再加入10份水溶性高分子材料PVP、7份分散剂Duramax^TM D-3005、0.5份过硫酸胺，制成单体溶液。然后，以质量份数计，将78份Ni-Zn软磁铁氧体粉末与22份上一步制备的单体溶液混合，制得悬浮体系；并将悬浮体系浇注到成型模具中，加热至65℃，保温2小时，脱模，干燥，制成磁砖素坯。随后，将磁砖素坯施釉印花；并将施釉印花磁砖素坯在1300℃保温4小时，一次烧成具有电磁屏蔽和装饰功能磁砖。经检测，所制备的磁砖密度为4.80g/cm³，在30～300MHz频率范围的反射损耗≥-20dB。

实施例4

以质量份数计，在100份去离子水中加入25份按照质量比40∶1混合制备的甲基丙烯酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙烯酸酯混合物，再加入5份水溶性高分子材料PEO、10份分散剂Duramax^TM D-3005、0.65份过硫酸胺，制成单体溶液。然后，以质量份数计，将80份Ni-Zn软磁铁氧体粉末与20份上一步制备的单体溶液混合，制得悬浮体系；并将悬浮体系浇注到成型模具中，加热至60℃，保温5小时，脱模，干燥，制成磁砖素坯。随后，将磁砖素坯施釉印花；并将施釉印花磁砖素坯在1300℃，保温3.5小时一次烧成具有电磁屏蔽和装饰功能磁砖。经检测，所制备的磁砖密度为4.83g/cm³，在30～300MHz频率范围的反射损耗≥-20dB。

实施例5

以质量份数计，在100份去离子水中加入28份按照质量比45∶1混合制备的甲基丙烯酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙烯酸酯混合物，再加入5份水溶性高分子材料PVP、8份Duramax^TM D-3005、0.8份过硫酸胺，制成单体溶液。然后，以质量份数计，将82份Ni-Zn软磁铁氧体粉末与18份第一步制备的单体溶液混合，制得悬浮体系；并将悬浮体系浇注到成型模具中，加热至62℃，保温2小时，脱模，干燥，制成磁砖素坯。随后，将磁砖素坯施釉印花；并将施釉印花磁砖素坯在1300℃，保温3小时一次烧成具有电磁屏蔽和装饰功能磁砖。经检测，所制备的磁砖密度为4.86g/cm³，在30～300MHz频率范围的反射损耗≥-20dB。

实施例6

以质量份数计，在100份去离子水中加入30份按照质量比50∶1混合制备的甲基丙烯酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙烯酸酯混合物，再加入10份水溶性高分子材料PVP、10份分散剂Duramax^TM D-3005、1份过硫酸胺，制成单体溶液。然后，以质量份数计，将90份Ni-Zn软磁铁氧体粉末与10份上一步制备的单体溶液混合，制得悬浮体系；并将悬浮体系浇注到成型模具中，加热至60℃，保温8小时，脱模，干燥，制成磁砖素坯。随后，将磁砖素坯施釉印花；并将施釉印花磁砖素坯在1400℃，保温3小时一次烧成具有电磁屏蔽和装饰功能磁砖。经检测，所制备的磁砖密度为5.15g/cm³，在30～300MHz频率范围的反射损耗≥-20dB。

实施例7

以质量份数计，在100份去离子水中加入20份按照质量比45∶1混合制备的甲基丙烯酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙烯酸酯混合物，再加入3份水溶性高分子材料PEO、8份分散剂Duramax^TM D-3005、0.87份过硫酸胺，制成单体溶液。然后，以质量份数计，将85份Ni-Zn软磁铁氧体粉末与15份上一步制备的单体溶液混合，制得悬浮体系；并将悬浮体系浇注到成型模具中，加热至68℃，保温4小时，脱模，干燥，制成磁砖素坯。随后，将磁砖素坯施釉印花；并将施釉印花磁砖素坯在1400℃，保温3.5小时一次烧成具有电磁屏蔽和装饰功能磁砖。经检测，所制备的磁砖密度为4.91g/cm³，在30～300MHz频率范围的反射损耗≥-20dB。

实施例8

以质量份数计，在100份去离子水中加入30份按照质量比20∶1混合制备的甲基丙烯酸羟乙酯与三缩四乙二醇双丙烯酸酯混合物，再加入8份水溶性高分子材料PVP、10份分散剂Duramax^TM D-3005、0.9份过硫酸胺，制成单体溶液。随后，以质量份数计，将88份Ni-Zn软磁铁氧体粉末与12份上一步制备的单体溶液混合，制得悬浮体系，并将悬浮体系浇注到成型模具中，加热至70℃，保温8小时，脱模，干燥，制成磁砖素坯。然后，将磁砖素坯施釉印花；并将施釉印花磁砖素坯在1400℃，保温4小时一次烧成具有电磁屏蔽和装饰功能磁砖。经检测，所制备的磁砖密度为4.98g/cm³，在30～300MHz频率范围的反射损耗≥-20dB。

Claims

1、具有电磁屏蔽和装饰功能的磁砖制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：

2、根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽和装饰功能的磁砖的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)为以质量份数计，将70～90份Ni-Zn软磁铁氧体粉末与10～30份(1)制备的单体溶液混合，制得悬浮体系；随后将悬浮体系浇注到成型模具中，加热至60～70℃，保温3小时后，将温度升至80～100℃继续保温，然后脱模，干燥，制成磁砖素坯。