CN104746331A - 一种核壳合金结构的电磁屏蔽的机织物加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种核壳合金结构的电磁屏蔽机织物的加工方法，涉及使用等离子技术对棉平纹织物进行预处理，采用等离子沉积技术对织物表面进行双金属核壳合金的沉积，以及氧化铜与氧化亚铜防止合金氧化等技术领域。本发明使用铜和氧化铜与氧气在高温下反应，在棉织物表面沉积氧化亚铜颗粒提高了金属层与织物的结合牢度；一定温度下，使用铜靶和银靶在氦气中形成银铜核壳合金层，提高织物的屏蔽性能；在合金表面形成氧化铜颗粒，防止合金层的氧化。本发明解决了常规电磁屏蔽频谱较窄、屏蔽效能低的缺点，提高了平纹棉织物的电磁屏蔽性能。本发明制备出的电磁屏蔽棉织物可广泛应用于防辐射服、高电磁场防护等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用一种核壳合金结构的电磁屏蔽机织物的加工方法，具体涉及电磁屏蔽平纹棉织物的加工、核壳铜银合金的制备以及合金的抗氧化等技术领域。
电磁波辐射已成为继噪声污染、大气污染、水污染、固体废物污染之后的又一大公害。电磁波辐射产生的电磁干扰(EMI)不仅会影响各种电子设备的正常运行，而且对身体健康也有危害。电磁屏蔽机织物具有良好的导电性能，又能保持织物材料透气、柔韧、可折叠、粘结等特性，可制成屏蔽服、屏蔽帐篷及屏蔽室材料等，以保障人身、信息安全等，是理想的电磁屏蔽材料。
背景技术
针对电磁屏蔽机织物的制备方法，国内外研究人员的研究主要可以分成以下几类：(1)化学镀层的方法，该类方法主要是通过化学反应的方法将金属离子还原成金属单质沉积在织物表面，该方法的优点是加工工艺较为简单(如专利CN201410320790，CN201410245742等)。(2)电镀法，利用金属离子在电流作用下的定向沉积作用在织物表面形成镀层，此类方法需要消耗较多的能量，且对环境不太友好(如专利CN201410280545CN103866364A等)。(3)涂层法，该方法是在涂层粘合剂中加入金属粉末，然后在织物表面进行涂层整理，从而实现织物的电磁屏蔽功能(如专利CN201410456211，CN102747605B)。(4)磁控溅射法，该方法是利用金属材料作为靶材，使用真空等离子技术对它进行轰击，从而在织物表面形成金属镀层，实现屏蔽功能(如专利CN104210168A，CN204031723U)。
除了上述方法以外，目前电磁屏蔽织物或服装的加工与生产一般是在织造面料时，在纱线中加入金属纤维，这种方法生产难度大，生产出来的面料虽然屏蔽效果较好，但手感不好，染色性能较差，一般只能作为外衣使用。织造过程中对电磁屏蔽纤维的破坏较大，直接影响其屏蔽性能。镀银纤维是目前应用较为成熟的一种防电磁辐射的功能性纤维，其不但具有优异的电磁屏蔽性能，而且具有良好的保温性能、抗菌性能和安全性等，已广泛用与军用、民用等领域。但镀银纤维织物使用一段时间后表面一层容易氧化变色。
并且，目前在电磁屏蔽领域的研究中，普遍存在如下两类问题，一是屏蔽电磁波的波长分布较窄，难以适应宽频屏蔽效果，屏蔽效率较低，这主要是由于屏蔽织物的加工一般是在织物本体中加入单一屏蔽材料，造成屏蔽效能难以提高。二是电磁屏蔽材料表面易于氧化，从而屏蔽效果难以持久，这是由屏蔽材料的金属特征所决定的。
本发明针对上述问题，提出采用等离子磁控沉积的方法，在织物表面先沉积一层氧化亚铜基层，提高金属与高分子材料的结合牢度，并且降低棉织物中的水分对金属层的氧化；再在氧化亚铜表层溅射内层为银外包覆铜的核壳合金结构层，提高屏蔽织物的电磁屏蔽效能；然 后再核壳结构的合金层表面沉积氧化铜保护层，提高屏蔽频宽的同时，有效解决金属层易于氧化的问题。同时由于本发明使用的等离子沉积技术，使得功能化加工具有较为明显的环保优势。
发明内容
本发明的目的是提出一种新型的内银外铜的核壳结构合金的加工方法，并将此材料应用在平纹棉机织物材料中，实现电磁屏蔽机织物的加工方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为使用铜、银以及氧化铜为溅射靶材，氦气、氩气以及氧气为等离子发生气体；使用高温低氧条件下生成低频屏蔽效果好的氧化亚铜颗粒，并提高合金层与金属的结合牢度；使用银和铜与氦气为等离子沉积材料，通过工艺条件形成具有核壳结构的合金层，提高织物的屏蔽效能并拓宽屏蔽波范围；并在金属结构外面形成氧化铜结构，防止核壳金属的氧化。具体步骤如下：
(1)织物前处理：在高真空情况下，反应气体为氩气，使用等离子沉积装置对平纹棉织物进行预处理；
(2)氧化亚铜的沉积：使用高反应温度，低氧气密度的情况下，将预处理过的平纹棉织物放入充满氧气的等离子沉积室中，通过金属铜与氧化铜靶材和氧气的反应沉积，在织物表面形成氧化亚铜基层；
(3)核壳合金结构的生成：将步骤(2)中的织物移入具有银靶和铝靶的反应室中，通入氦气，形成内银外铜的核壳合金属结构层，借助双靶功率和溅射温度的差异，形成核壳结构的合金层
(4)抗氧化层的形成：将溅射过合金的的织物移入具有氧化铜靶的反应室中，在核壳合金表面生成氧化铜保护层，并提高电磁屏蔽的效能。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：
(1)本发明采用了氧化亚铜、银-铜合金、氧化铜三层金属及其氧化物结构层，有效提高了电磁波屏蔽效能，扩宽了屏蔽波长范围。
(2)本发明采用了在金属与棉平纹织物中间增加了金属氧化物，提高了核壳合金与织物的结合牢度。
(3)本发明使用使用了金属氧化物作为与空气接触层，有效防止了合金结构的氧化。
附图说明
图1合金电磁屏蔽机织物结构示意图
图2核壳结构表面显微镜图
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步描述本发明，本发明不仅仅限于以下实施例。在本发明的范围内或者在不脱离本发明的内容、精神和范围内，对本发明进行的变更、组合或替换，对于本领域的技术人员来说是显而易见的，且包含在本发明的范围之内。
实施例1
将经纱为60支，纬纱为60支的平纹棉织物放入等离子沉积装置，靶材位置为空，抽真空至0.0001Pa，加入反应气体为氩气，等离子功率为20W，清洗10分钟；然后将预处理过的平纹棉织物放入等离子沉积室，抽真空至0.00005Pa，充入氧气，控制反应压强为0.1Pa，铜和氧化铜为靶材，射频等离子功率为200W，在织物表面形成平均尺寸为552nm的氧化亚铜颗粒；重新抽真空，充入0.5Pa的氦气，铜靶功率16W，银靶反应功率160W，铜靶反应温度为100℃，银靶反应温度为250℃，共同沉积15分钟，然后铜靶单独等离子沉积30分钟，功率为100W；换靶材为氧化铜，抽真空至0.00001Pa，溅射时间为30分钟，得到的织物如图1所示，包括基材1，氧化亚铜2，银铜核壳合金3，氧化铜4，织物实测在1000MHz下的屏蔽效能为52dB。
实施例2
将经纱为60支，纬纱为50支的平纹棉织物放入等离子沉积装置，靶材位置为空，抽真空至0.00001Pa，加入反应气体为氩气，等离子功率为20W，清洗10分钟；然后将预处理过的平纹棉织物放入等离子沉积室，抽真空至0.00005Pa，充入氧气，控制反应压强为0.1Pa，铜和氧化铜为靶材，射频等离子功率为200W，在织物表面形成平均尺寸为552nm的氧化亚铜颗粒；重新抽真空，充入0.5Pa的氦气，铜靶功率16W，银靶反应功率180W，铜靶反应温度为100℃，银靶反应温度为250℃，共同沉积15分钟，然后铜靶单独等离子沉积30分钟，功率为100W；换靶材为氧化铜，抽真空至0.00001Pa，溅射时间为30分钟，得到的织物如图1所示，包括基材1，氧化亚铜2，银铜核壳合金3，氧化铜4，织物实测在1000MHz下的屏蔽效能为55dB。
实施例3
将经纱为40支，纬纱为40支的平纹棉织物放入等离子沉积装置，靶材位置为空，抽真空至0.00005Pa，加入反应气体为氩气，等离子功率为20W，清洗10分钟；然后将预处理过的平纹 棉织物放入等离子沉积室，抽真空至0.00001Pa，充入氧气，控制反应压强为0.1Pa，铜和氧化铜为靶材，射频等离子功率为200W，在织物表面形成平均尺寸为573nm的氧化亚铜颗粒；重新抽真空，充入0.5Pa的氦气，铜靶功率20W，银靶反应功率200W，铜靶反应温度为100℃，银靶反应温度为250℃，共同沉积15分钟，然后铜靶单独等离子沉积30分钟，功率为100W；换靶材为氧化铜，抽真空至0.00001Pa，溅射时间为30分钟，得到的织物如图1所示，包括基材1，氧化亚铜2，银铜核壳合金3，氧化铜4，织物实测在1000MHz下的屏蔽效能为59dB。
Claims (5)
1.一种核壳合金结构的电磁屏蔽机织物的加工方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)织物前处理：使用等离子沉积装置对平纹棉织物进行预处理；
(2)沉积第一层氧化亚铜：将步骤(1)中预处理过的平纹棉织物放入充满氧气的等离子沉积室中，通过金属铜、氧化铜靶材和氧气的反应沉积，在织物表面形成氧化亚铜基层；
(3)核壳合金结构的生成：将步骤(2)中的织物移入具有银靶和铜靶的反应室中，通入氦气，形成内银外铜的核壳合金属结构层；
(4)抗氧化层的形成：将步骤(3)中的织物移入具有氧化铜靶的反应室中，在核壳合金表面生成氧化铜保护层。
2.根据权利1所述的核壳合金结构的电磁屏蔽机织物的加工方法，其特征在于：所述步骤(1)的装置为去除靶材的等离子沉积装置，反应气体为氩气，反应室的真空度等于或低于0.0001Pa。
3.根据权利1所述的核壳合金结构的电磁屏蔽机织物的加工方法，其特征在于：所述步骤(2)控制氧气的压强为0.1Pa，氧气为反应气体，氧化铜与铜靶为反应物，功率为200W，在机织物表面形成氧化亚铜颗粒。
4.根据权利1所述的核壳合金结构的电磁屏蔽机织物的加工方法，其特征在于：所述步骤(3)的反应条件是，0.5Pa的氦气为共同溅射气体，铜靶与银靶的反应功率比为1∶10，铜靶反应温度为100℃，铜靶的反应功率160-200W，银靶的反温度为250℃，共同沉积时间为15分钟，然后铜靶单独等离子沉积30分钟。
5.根据权利1所述的核壳合金结构的电磁屏蔽机织物的加工方法，其特征在于：所述步骤(4)中的反应气体为氩气，反应室的真空度达0.00001Pa。
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