CN112469257A - 一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶 - Google Patents
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Abstract
一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,所述铁基非晶材料的主要成份具有如下化学式FexSiyB1‑X‑Y,x=0.5~0.95,y=0.5~0.05,所述铁基非晶材料的相对磁导率可高达45万,利用所述铁基非晶材料形成桶身、上盖和下盖的电磁屏蔽桶组合,能够降低磁噪声,解决传统的坡莫合金磁屏蔽桶所带来的磁噪声大的缺点,满足高屏蔽系数、低磁场噪声的应用需求,例如满足超高性能原子自旋量子传感器的需求。
Description
技术领域
本发明涉及磁屏蔽技术,特别是一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,所述铁基非晶材料的主要成份具有如下化学式FexSiyB1-X-Y,x=0.5~0.95,y=0.5~0.05,所述铁基非晶材料的相对磁导率可高达45万,利用所述铁基非晶材料形成桶身、上盖和下盖的电磁屏蔽桶组合,能够降低磁噪声,解决传统的坡莫合金磁屏蔽桶所带来的磁噪声大的缺点,满足高屏蔽系数、低磁场噪声的应用需求,例如满足超高性能原子自旋量子传感器的需求。
背景技术
许多基于原子自旋效应的量子传感器,如原子磁强计、原子钟和原子陀螺仪等均需隔离电磁干扰的影响;它们尤其对磁场的干扰非常敏感。环境磁场与电磁噪声会改变原子的自旋状态,降低传感器的稳定性和灵敏度。被动电磁屏蔽装置广泛应用于高精度量子传感器中,可以隔绝外部电磁干扰,并获得与环境磁场无关的零磁环境或稳定、精确的内部调控磁场。之前,具有较高磁导率的坡莫合金被广泛用于制备电磁屏蔽装置,制成的屏蔽桶可实现对环境电磁干扰的有效隔离。但由于坡莫合金较低的电阻率会产生较大的磁噪声,不能满足超高性能原子自旋量子传感器的需求,需要开发新型的具有高磁导率和低电阻率的电磁屏蔽装置来解决上述问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足,提供一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,所述铁基非晶材料的主要成份具有如下化学式FexSiyB1-X-Y,x=0.5~0.95,y=0.5~0.05,所述铁基非晶材料的相对磁导率可高达45万,利用所述铁基非晶材料形成桶身、上盖和下盖的电磁屏蔽桶组合,能够降低磁噪声,解决传统的坡莫合金磁屏蔽桶所带来的磁噪声大的缺点,满足高屏蔽系数、低磁场噪声的应用需求,例如满足超高性能原子自旋量子传感器的需求。
本发明的技术方案如下:
一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,其特征在于,利用铁基非晶材料形成铁基非晶材料桶身、铁基非晶材料上盖和铁基非晶材料下盖的电磁屏蔽桶组合,所述铁基非晶材料的主要成份具有如下化学式FexSiyB1-X-Y,x=0.5~0.95,y=0.5~0.05。
所述铁基非晶材料的相对磁导率高达45万。
所述铁基非晶材料中包括总量不大于2wt%的以下微量元素中的一种或多种的组合:Cu,Nb,Zr,Co。
所述铁基非晶材料为带材,所述铁基非晶材料桶身、铁基非晶材料上盖和铁基非晶材料下盖均为不少于两层的叠层结构。
所述带材采用甩带法制备,所述叠层结构采用高压装夹制备,所述铁基非晶材料桶身、铁基非晶材料上盖和铁基非晶材料下盖均经过氩气/氮气/真空保护的退火热处理,退火温度为300~700℃,退火保温时间为30~120min,所述叠层结构厚度为0.1mm~200mm。
退火冷却为随炉自然冷却,所述叠层结构在退火冷却后采用环氧树脂浸渍工艺固化成型。
所述铁基非晶材料桶身、铁基非晶材料上盖和铁基非晶材料下盖均设置有通光孔,所述铁基非晶材料桶身和所述铁基非晶材料下盖被嵌套在具有桶底的外固定层桶身之内,所述铁基非晶材料桶身和所述铁基非晶材料下盖形成的桶腔中设置有具有桶底的内固定层桶身,所述内固定层桶身的上口设置有内固定层桶盖,所述外固定层桶身的上口设置有外固定层桶盖,固定层材料为无磁的聚四氟乙烯/尼龙/PE绝缘材料,用于固定和/或支撑铁基非晶材料带材形成的叠层结构,并防止带材磨损,固定层厚度在2mm~20mm。
所述通光孔采用电弧或线切割开孔。
本发明的技术效果如下:本发明一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,可以克服现有的采用坡莫合金磁屏蔽桶存在约翰逊电流噪声大的问题。本发明采用主要成份独特的电阻率较大的非晶材料替代坡莫合金材料制作成磁磁屏蔽桶,非晶的主要成份为FexSiyB1-X-Y(添加少量Cu、Nb、Zr、Co、等元素,微量元素含量≤2%)。非晶带材采用甩带法制备。成型后进行高温退火,保持良好的电磁学特性。热处理为氩气/氮气/真空保护热处理,退火温度在300-700℃范围,保温时间控制在30-120min,然后随炉自然冷却。退火后固化成型。采用环氧树脂固化剂进行浸渍,采用多次浸渍工艺,然后保温固化。固化之后的非晶屏蔽桶采用电弧或者线切割开孔。
本发明与现有技术相比:常规的高屏蔽系数坡莫合金磁屏蔽桶磁场噪声大,本发明属于一种基于铁基非晶材料的低噪声高屏蔽系数的电磁屏蔽桶,以铁基非晶材料(主要成份为FexSiyB1-X-Y(x=0.5-0.95,y=0.5-0.05))作为屏蔽装置材料,该种材料有较高的磁导率和电阻率,例如与坡莫合金相比,本发明非晶材料的磁导率与电阻率均有较大提升,满足高屏蔽系数、低磁场噪声的应用需求。本发明一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶中的低噪声是指与坡莫合金电磁屏蔽桶相比具有较低的磁场噪声,所述高屏蔽系数是指与坡莫合金电磁屏蔽桶相比能够提高屏蔽系数或将屏蔽系数维持在高位。
附图说明
图1是实施本发明一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶结构示意图。
附图标记列示如下:1-铁基非晶材料桶身;2-铁基非晶材料上盖;3-铁基非晶材料下盖;4-外固定层桶身;5-内固定层桶身;6-通光孔;7-内固定层桶盖;8-外固定层桶盖。
具体实施方式
下面结合附图(图1)对本发明进行说明。
图1是实施本发明一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶结构示意图。参考图1所示,一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,利用铁基非晶材料形成铁基非晶材料桶身1、铁基非晶材料上盖2和铁基非晶材料下盖3的电磁屏蔽桶组合,所述铁基非晶材料的主要成份具有如下化学式FexSiyB1-X-Y,x=0.5~0.95,y=0.5~0.05。所述铁基非晶材料的相对磁导率高达45万(与真空磁导率的比值)。所述铁基非晶材料中包括总量不大于2wt%的以下微量元素中的一种或多种的组合:Cu,Nb,Zr,Co。所述铁基非晶材料为带材,所述铁基非晶材料桶身、铁基非晶材料上盖和铁基非晶材料下盖均为不少于两层的叠层结构。所述带材采用甩带法制备,所述叠层结构采用高压装夹制备,所述铁基非晶材料桶身、铁基非晶材料上盖和铁基非晶材料下盖均经过氩气/氮气/真空保护的退火热处理,退火温度为300~700℃,退火保温时间为30~120min,所述叠层结构厚度为0.1mm~200mm。退火冷却为随炉自然冷却,所述叠层结构在退火冷却后采用环氧树脂浸渍工艺固化成型。所述铁基非晶材料桶身1、铁基非晶材料上盖2和铁基非晶材料下盖3均设置有通光孔6,所述铁基非晶材料桶身1和所述铁基非晶材料下盖3被嵌套在具有桶底的外固定层桶身4之内,所述铁基非晶材料桶身1和所述铁基非晶材料下盖3形成的桶腔中设置有具有桶底的内固定层桶身5,所述内固定层桶身5的上口设置有内固定层桶盖7,所述外固定层桶身4的上口设置有外固定层桶盖8,固定层材料为无磁的聚四氟乙烯/尼龙/PE绝缘材料,用于固定和/或支撑铁基非晶材料带材形成的叠层结构,并防止带材磨损,固定层厚度在2mm~20mm。所述通光孔6采用电弧或线切割开孔。
一种基于铁基非晶材料的低噪声高屏蔽系数电磁屏蔽桶,是一种尤其适用于基于原子自旋效应的量子传感器的高屏蔽系数和低噪声磁屏蔽桶。通过利用非晶材料替代坡莫合金材料,采用卷绕、冲压剪切、高压装夹、高温退火热处理、固化剂浸渍、保温固化和线切割开孔成型等工艺制作成磁屏蔽桶。所研制的非晶材料(FexSiyB1-X-Y)的磁导率与电阻率均较坡莫合金均有较大提升,非晶材料制作成型的磁屏蔽桶降低了磁噪声,解决了传统的坡莫合金磁屏蔽桶所带来的磁噪声大的缺点,满足高屏蔽系数、低磁场噪声的应用需求。
一种基于铁基非晶材料的低噪声高屏蔽系数电磁屏蔽桶,包括铁基非晶材料桶身1,铁基非晶材料上盖2,铁基非晶材料下盖3,外固定层桶身4,内固定层桶身5,通光孔6,内固定层桶盖7,外固定层桶盖8,起电磁屏蔽作用的为非晶材料制成的铁基非晶材料桶身1、铁基非晶材料上盖2和铁基非晶材料下盖3。铁基非晶材料为非晶带材,非晶合金(即非晶带材)采用甩带法制备。非晶的主要成份为FexSiyB1-X-Y(添加少量Cu、Nb、Zr、Co、等元素,微量元素含量≤2%),该成分可调,最高可实现磁导率在45万。厚度在0.1mm-200mm可调。铁基非晶材料上盖2和铁基非晶材料下盖3结构完全相同,铁基非晶材料桶身1、铁基非晶材料上盖2和铁基非晶材料下盖3由多层非晶带材采用高压装夹制备。固定层为无磁的聚四氟乙烯材料,用于固定多层非晶屏蔽桶,防止带材磨损。铁基非晶材料桶身1、铁基非晶材料上盖2和铁基非晶材料下盖3,成型后进行高温退火,保持良好的磁学特性。热处理为氩气保护热处理,注意避免非晶合金的高温氧化。退火温度在300-700℃范围,保温时间控制在30-120min,然后随炉自然冷却。退火后固化成型,采用环氧树脂固化剂进行浸渍,采用多次浸渍工艺,然后保温固化。固化之后的非晶屏蔽桶采用线切割开孔。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (8)
1.一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,其特征在于,利用铁基非晶材料形成铁基非晶材料桶身、铁基非晶材料上盖和铁基非晶材料下盖的电磁屏蔽桶组合,所述铁基非晶材料的主要成份具有如下化学式FexSiyB1-X-Y,x=0.5~0.95,y=0.5~0.05。
2.根据权利要求1所述的一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,其特征在于,所述铁基非晶材料的相对磁导率高达45万。
3.根据权利要求1所述的一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,其特征在于,所述铁基非晶材料中包括总量不大于2wt%的以下微量元素中的一种或多种的组合:Cu,Nb,Zr,Co。
4.根据权利要求1所述的一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,其特征在于,所述铁基非晶材料为带材,所述铁基非晶材料桶身、铁基非晶材料上盖和铁基非晶材料下盖均为不少于两层的叠层结构。
5.根据权利要求4所述的一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,其特征在于,所述带材采用甩带法制备,所述叠层结构采用高压装夹制备,所述铁基非晶材料桶身、铁基非晶材料上盖和铁基非晶材料下盖均经过氩气/氮气/真空保护的退火热处理,退火温度为300~700℃,退火保温时间为30~120min,所述叠层结构厚度为0.1mm~200mm。
6.根据权利要求5所述的一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,其特征在于,退火冷却为随炉自然冷却,所述叠层结构在退火冷却后采用环氧树脂浸渍工艺固化成型。
7.根据权利要求1所述的一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,其特征在于,所述铁基非晶材料桶身、铁基非晶材料上盖和铁基非晶材料下盖均设置有通光孔,所述铁基非晶材料桶身和所述铁基非晶材料下盖被嵌套在具有桶底的外固定层桶身之内,所述铁基非晶材料桶身和所述铁基非晶材料下盖形成的桶腔中设置有具有桶底的内固定层桶身,所述内固定层桶身的上口设置有内固定层桶盖,所述外固定层桶身的上口设置有外固定层桶盖,固定层材料为无磁的聚四氟乙烯/尼龙/PE绝缘材料,用于固定和/或支撑铁基非晶材料带材形成的叠层结构,并防止带材磨损,固定层厚度在2mm~20mm。
8.根据权利要求7所述的一种低噪声和高屏蔽系数的铁基非晶材料电磁屏蔽桶,其特征在于,所述通光孔采用电弧或线切割开孔。
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