CN113185896A - 一种电磁屏蔽涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种电磁屏蔽涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于电磁屏蔽技术领域，公开了一种电磁屏蔽涂料及其制备方法和应用。所述制备方法为：将厚度为25μm以下的铁基纳米晶合金带材加热晶化和脆化处理，然后破碎成扁平粉末，筛分得到扁平细粉与成膜树脂和稀释溶剂混合均匀，得到所述电磁屏蔽涂料。所得电磁屏蔽涂料在制备电磁屏蔽涂层中的应用方法为：采用喷涂的方式完成电磁屏蔽涂层的制备，将需喷涂电磁屏蔽涂层的工件放置在具有磁性的平台上，在喷涂作业时，扁平的铁基纳米晶磁性细粉在磁场作用下实现扁平面与被喷涂表面平行，提高电磁屏蔽效果。本发明电磁屏蔽涂料的制备方法简单、成本低廉，所得涂层具有显著增强的电磁屏蔽效果，具有非常好的应用前景和商业价值。

Description

一种电磁屏蔽涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种电磁屏蔽涂料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，随着电子信息领域的技术进步和电力电子技术的发展，各类元器件的工作频率越来越高，产生了大量的电磁辐射污染，不仅对元器件本身的工作有影响，还对周边的其他电力电子设施存在潜在危害。例如，光伏发电现在得到了广泛推广，但光伏逆变器在工作时会产生大量电磁辐射，污染局部电网，甚至对周边的电力电子设施产生危害。传统的软磁材料如金属铁粉、铁氧体粉末等，由于其磁导率太低，无法提供有效的电磁屏蔽效果；坡莫合金和钴基非晶等，电磁屏蔽效果尚可，但其使用成本太高。
铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料。它们首先被制成非晶带材，然后经过适当退火，形成微晶和非晶的混合组织。这种材料虽然便宜，但磁性能极好，几乎能够和非晶合金中最好的钴基非晶合金相媲美，但是却不含有昂贵的钴，是工业和民用中高频变压器、互感器、电感的理想材料，也是坡莫合金和铁氧体的换代产品。
将非晶磁粉作为导磁填料应用于电磁屏蔽涂料已有报道。专利CN 1412254A公开了一种低频电磁波磁屏蔽复合涂料及其制备方法。其特点是采用磁性粉、磁性纤维和非晶磁性粉作导磁填料，用高分子树脂作成膜物质，于常温下与偶联剂和溶剂进行调配、混炼、研磨、过滤等工序，制得低频电磁波磁屏蔽涂料。所述非晶磁粉为20～100μm粒径的Fe-Cu-Mn-Si-B、Fe-Cu-Nb-Si-B和/或Fe-Nb-Mo-Cu-Si-B至少一种。它具有抗磁场干扰、防电子信息泄漏和防电磁环境污染的性能，其磁屏蔽效能达14～15dB，可广泛用于电子信息产品的磁屏蔽，建造磁屏蔽室和电子信息保密室方面。该专利虽然通过加入铁基非晶磁粉提高磁屏蔽效能，但需要与磁性粉、磁性纤维复合使用，并需采用偶联剂表面处理，制备复杂，成本较高。专利CN106519776A公开了一种电磁屏蔽型涂料添加剂，其组分包括PMA溶剂、有机改性膨润土、二氧化硅气凝胶粉、纳米导电粉、浸润分散剂、催干剂、增光剂、防沉降剂、防锈剂。该发明将20～100nm的非晶合金粉作为纳米导电粉应用于涂料添加剂中，优选非晶合金为铜基非晶合金、铝基非晶合金、镁基非晶合金、钴基非晶合金、镍基非晶合金中的一种或者多种。获得了意想不到的良好电磁屏蔽效果。但其采用的非晶合金粉相比铁基非晶磁粉成本更高，且成分组成复杂。
因此，研制一种能够增强电磁屏蔽效果，具有综合较优的软磁性能，且其成本较低的电磁屏蔽涂料具有非常好的应用前景和商业价值。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种电磁屏蔽涂料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的电磁屏蔽涂料。
本发明的再一目的在于提供上述电磁屏蔽涂料在制备电磁屏蔽涂层中的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种电磁屏蔽涂料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)将厚度为25μm以下的铁基纳米晶合金带材加热晶化和脆化处理；
(2)将步骤(1)晶化和脆化后的铁基纳米晶带材破碎成扁平粉末，筛分得到扁平细粉；
(3)将步骤(2)的扁平细粉与成膜树脂和稀释溶剂混合均匀，得到所述电磁屏蔽涂料。
进一步地，步骤(1)中所述铁基纳米晶合金带材的成分体系为Febal.CuaNbbSicBdXe(at.％)，其中X表示常见的P、S、C、O、Zn、Mn、Mo等至少一种元素，分子式中各元素含量如下：0.8≤a≤1.2，1.5≤b≤3.5，11≤c≤17，5≤d≤10，0＜e≤0.5。
进一步地，步骤(1)中所述加热晶化和脆化处理的温度为530～620℃，时间为0.5～1.5h。晶化处理可获得纳米晶/非晶的双相结构使合金的磁导率相比制备态提高一个数量级从而提高屏蔽效果，脆化处理使带材在后续破碎过程中更好的维持扁平状。
进一步地，步骤(1)中所述加热晶化和脆化处理在氮气等惰性气氛或真空环境下进行。
进一步地，步骤(2)中所述破碎采用气流磨的方法破碎。
进一步地，步骤(2)中所述筛分采用100～500目的筛网筛分。
进一步地，步骤(3)中所述成膜树脂为环氧树脂或丙烯酸树脂。
进一步地，步骤(3)中所述稀释溶剂为乙醇或乙二醇。
一种电磁屏蔽涂料，通过上述方法制备得到。
上述电磁屏蔽涂料在制备电磁屏蔽涂层中的应用，所述应用方法为：采用喷涂的方式完成电磁屏蔽涂层的制备，将需喷涂电磁屏蔽涂层的工件放置在具有磁性的平台上，在喷涂作业时，扁平的铁基纳米晶磁性细粉在磁场作用下实现扁平面与被喷涂表面平行，提高电磁屏蔽效果。
进一步地，所述磁性的平台的磁场强度为0.1～2.0T，磁场由电磁铁或永磁体提供。
本发明原理为：将很薄的铁基纳米晶合金带材(厚度为25μm以下)首先经加热晶化和脆化处理，后续破碎(如气流磨的方法破碎)的时候，发生的是比较整齐的、主要是带材平面方向的断裂，沿带材厚度方向很难发生断裂，经过筛分即可得到扁平细粉。利用扁平细粉的导磁特性，在磁场作用下实现扁平面与被喷涂表面平行的取向，提高电磁屏蔽效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将廉价的铁基纳米晶合金带材，通过加热晶化和脆化处理后破碎制成扁平粉末，再将此扁平磁性粉末与树脂混合为具有磁屏蔽效用的涂料，具有成本低廉、制备方法简单的优点。在喷涂作业时，将需要磁屏蔽涂层的工件放置在磁性工作平台上，通过磁场取向工艺实现扁平状粉末的取向，提高电磁屏蔽效果。
附图说明
图1为实施例1所得扁平细粉的扫描电镜图；
图2为实施例2所得扁平细粉的扫描电镜图；
图3为实施例3所得扁平细粉的扫描电镜图；
图4为行业常规屏蔽涂料S-U3003导磁填料颗粒的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的一种电磁屏蔽涂料，通过如下方法制备得到：
(1)将成分为Febal.Cu1Nb3Si15.5B7(at.％)，厚度为18～20μm的铁基纳米晶合金带材在氮气保护气氛的炉腔内升温至550℃保温1h晶化和脆化处理。
(2)将步骤(1)晶化和脆化后的铁基纳米晶带材采用气流磨的方法破碎成扁平粉末，将破碎后的粉末采用200～270目粒径的筛网筛分，得到扁平细粉；所得扁平细粉的扫描电镜图如图1所示。
(3)将步骤(2)的扁平细粉与环氧树脂和稀释溶剂乙醇混合均匀，得到所述电磁屏蔽涂料。
实施例2
本实施例的一种电磁屏蔽涂料，通过如下方法制备得到：
(1)将成分为Febal.Cu1Nb3Si15.5B7(at.％)，厚度为14～16μm的铁基纳米晶合金带材在氮气保护气氛的炉腔内升温至530℃保温1.5h晶化和脆化处理；
(2)将步骤(1)晶化和脆化后的铁基纳米晶带材采用气流磨的方法破碎成扁平粉末，将破碎后的粉末采用500目粒径的筛网筛分，得到扁平细粉；所得扁平细粉的扫描电镜图如图2所示。
(3)将步骤(2)的扁平细粉与丙烯酸树脂和稀释溶剂乙二醇混合均匀，得到所述电磁屏蔽涂料。
实施例3
本实施例的一种电磁屏蔽涂料，通过如下方法制备得到：
(1)将成分为Febal.Cu1Nb3Si15.5B7(at.％)，厚度为23～25μm的铁基纳米晶合金带材在氮气保护气氛的炉腔内升温至620℃保温0.5h晶化和脆化处理；
(2)将步骤(1)晶化和脆化后的铁基纳米晶带材采用气流磨的方法破碎成扁平粉末，将破碎后的粉末采用100～200目粒径的筛网筛分，得到扁平细粉；所得扁平细粉的扫描电镜图如图3所示。
(3)将步骤(2)的扁平细粉与丙烯酸树脂和稀释溶剂乙二醇混合均匀，得到所述电磁屏蔽涂料。
实施例4
实施例1～3所得电磁屏蔽涂料在制备电磁屏蔽涂层中的应用，所述应用方法为：采用喷涂的方式完成电磁屏蔽涂层的制备，将需喷涂电磁屏蔽涂层的工件放置在具有磁性的平台上，所述磁性的平台的磁场强度为1.0T，磁场由电磁铁提供。在喷涂作业时，扁平的铁基纳米晶磁性细粉在磁场作用下实现扁平面与被喷涂表面平行，提高电磁屏蔽效果。
实施例5
采用GB/T 25471:2010电磁屏蔽涂料的屏蔽效能测量方法，对以下方案进行屏蔽效能测试。
1.实施例1所得电磁屏蔽涂料，喷涂时采用实施例4的磁场取向工艺。
2.实施例2所得电磁屏蔽涂料，喷涂时采用实施例4的磁场取向工艺。
3.实施例3所得电磁屏蔽涂料，喷涂时采用实施例4的磁场取向工艺。
4.行业常规屏蔽涂料，型号S-U3003(该屏蔽涂料采用的是环氧树脂作为成膜物质，银粉颗粒作为导电物质。SEM图如图4所示)，喷涂时采用实施例4的磁场取向工艺。
测试数据如下表1所示：
表1
序号 材料方案 屏蔽效能 涂层厚度
1 实施例1 16.7dB 30um
2 实施例2 15.9dB 25um
3 实施例3 17.2dB 40um
4 行业常规屏蔽涂料，型号S-U3003 14.0dB 25um
由表1结果可见，本发明采用铁基纳米晶合金带材经加热晶化和脆化处理后破碎制成扁平粉末与树脂混合所得屏蔽涂料，相比行业常规屏蔽涂料具有显著提高的电磁屏蔽效果。
实施例6
采用GB/T 25471:2010电磁屏蔽涂料的屏蔽效能测量方法，对以下方案进行屏蔽效能测试。
1.实施例1所得电磁屏蔽涂料，喷涂时采用实施例4的磁场取向工艺。
2.实施例1所得电磁屏蔽涂料，喷涂时不采用磁场取向工艺。
测试数据如下表2所示：
表2
序号 工艺方案 屏蔽效能 涂层厚度
1 喷涂时采用磁场取向工艺 16.7dB 30um
2 喷涂时不采用磁场取向工艺 14.6dB 30um
通过以上结果可以看出，本发明通过加热晶化和脆化处理后破碎制成扁平粉末，再将此扁平磁性粉末与树脂混合为具有磁屏蔽效用的涂料，结合喷涂作业时通过磁场取向工艺实现扁平状粉末的取向，可显著提高涂层的电磁屏蔽效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁屏蔽涂料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
(1)将厚度为25μm以下的铁基纳米晶合金带材加热晶化和脆化处理；
(2)将步骤(1)晶化和脆化后的铁基纳米晶带材破碎成扁平粉末，筛分得到扁平细粉；
(3)将步骤(2)的扁平细粉与成膜树脂和稀释溶剂混合均匀，得到所述电磁屏蔽涂料。
2.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽涂料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述加热晶化和脆化处理的温度为530～620℃，时间为0.5～1.5h。
3.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽涂料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述铁基纳米晶合金带材的成分体系为Febal.CuaNbbSicBdXe，其中X表示P、S、C、O、Zn、Mn、Mo中的至少一种元素，分子式中各元素含量如下：0.8≤a≤1.2，1.5≤b≤3.5，11≤c≤17，5≤d≤10，0＜e≤0.5。
4.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽涂料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述加热晶化和脆化处理在惰性气氛或真空下进行。
5.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽涂料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述破碎采用气流磨的方法破碎；所述筛分采用100～500目的筛网筛分。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种电磁屏蔽涂料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述成膜树脂为环氧树脂或丙烯酸树脂。
7.根据权利要求6所述的一种电磁屏蔽涂料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述稀释溶剂为乙醇或乙二醇。
8.一种电磁屏蔽涂料，其特征在于：通过权利要求1～7任一项所述的方法制备得到。
9.权利要求8所述的一种电磁屏蔽涂料在制备电磁屏蔽涂层中的应用，其特征在于所述应用方法为：采用喷涂的方式完成电磁屏蔽涂层的制备，将需喷涂电磁屏蔽涂层的工件放置在具有磁性的平台上，在喷涂作业时，扁平的铁基纳米晶磁性细粉在磁场作用下实现扁平面与被喷涂表面平行，提高电磁屏蔽效果。
10.权利要求9所述的一种电磁屏蔽涂料在制备电磁屏蔽涂层中的应用，其特征在于：所述磁性的平台的磁场强度为0.1～2.0T，磁场由电磁铁或永磁体提供。
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