CN114713817A - 一种电磁屏蔽铁基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子复合材料领域,具体涉及一种电磁屏蔽铁基复合材料及其制备方法。采用微米或纳米级纯铁粉颗粒和液态硅氧烷均匀混合烘干后,采用冷压工艺制成坯体,然后在真空中高温烧结成型,最终可以通过挤压或轧制工艺制备成所需要尺寸的电磁屏蔽材料。通过该工艺,使硅氧烷在高温裂解时形成的二氧化硅呈网状均匀分布在铁基材料中,既保证了轧制后铁基复合材料的电磁屏蔽效果,又显著提高了铁基材料的抗拉强度,同时满足了电子材料的散热需求。
Description
技术领域
本发明属于电子复合材料领域,具体涉及一种电磁屏蔽铁基复合材料及其制备方法。
背景技术
随着微波技术的迅速发展与应用,该技术给人类生活带来诸多便利,如移动电话、收音机、电视机、微波炉以及各种医疗机械设备等,但是这些电器设备在使用过程中会产生电磁辐射,对人们的生活和工作环境造成了一定的污染,严重危害着人们的身心健康。这些电磁干扰或辐射严重时还会造成
自动控制飞机导航失事、自动控制失灵、信息泄漏失真等安全事故。电磁环境污染己经成为继噪音污染、空气污染、水污染之后的第四大公害,因此围绕解决电磁污染的电磁屏蔽材料成为近年来研究的热点之一。
一般当材料的屏蔽效果达到30dB以上时认为有效,屏蔽电磁干扰的方法很多,在选择具体的屏蔽方法时,要综合考虑屏蔽效能、成本和工艺等因素。目前主要的电磁屏蔽主要有:
(1)表层导电型屏蔽材料,导电涂料是用金属粉末、炭黑等导电填料与各种合成树脂混合制成的,涂敷于塑料表面。作为电磁屏蔽材料,导电涂料的优点是可在复杂形状上涂敷,成本低、简单实用且适用面广,可批量生产等,缺点是施工环境较为恶劣。
(2)填充复合型屏蔽材料是由电绝缘性较好的合成树脂和具有优良导电性能的导电填料及其它添加剂组成,经注射成型或挤出成型等方法加工成各种电磁屏蔽材料制品。其中常用的合成树脂有聚苯醚、聚碳酯、ABS尼龙和热塑性聚醋等等,导电填料一般选用大尺寸的纤维状与片状材料。
(3)防电磁辐射纤维和导电织物,根据电磁波屏蔽作用原理,已经开发出几种防电磁辐射纤维,包括导电玻璃纤维、导电高聚物纤维、金属纤维、碳纤维等;导电织物使用导电纤维编织,具有抗静电、导电、电磁屏蔽等性能和广泛的适用性,在电子工业日益发展的今天,越来越显示出巨大的市场潜力。
(4)非晶型屏蔽材料,该材料利用在原始屏蔽体上增加一层某一厚度的非晶态物质,通过非晶态物质的特殊性质,和原来屏蔽体复合后达到较好的电磁屏蔽效能。这类材料可以充分利用各种非晶镀层的优点,进一步提高材料的最终屏蔽性能值,但该方法目前还面临许多技术难题,如非晶层之间的粘接、各镀层厚度的优化组合等,有待于更深一步的研究。
以上这些材料强度较低,成型性差,不符合目前电子行业要求的多功能以及宽、薄、强、轻等发展方向,因此,提供一种高强度、高韧性、宽频率的电子产品用电磁屏蔽复合材料,已经成为本领域亟待解决的技术问题。纯铁是目前屏蔽性能最好的材料,但纯铁强度低,一般抗拉强度约200MPa,电子类产品既需要在有限的空间实现电磁屏蔽,又需要材料具有高强度以满足结构性能要求,
发明内容
正如背景技术所描述的,现有电磁屏蔽材料存在各种性能不良的问题,为了解决上述技术问题,本发明提供一种电磁屏蔽铁基复合材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)用硅氧烷对铁粉进行处理,得到表面包覆硅氧烷的铁粉;所述硅氧烷20-30℃下为液态,分子链为线型。
(2)将所述表面包覆硅氧烷的铁粉定型成坯体,烧结,得到所述电磁屏蔽铁基复合材料。
优选的,所述铁粉直径为0.03-200μm。
优选的,所述步骤(1)中处理的方法为将硅氧烷溶解在醇类溶剂中,得到硅氧烷溶液;将铁粉与所述硅氧烷溶液混合研磨,烘干。
进一步地,所述硅氧烷的质量为铁粉质量的0.1%-10%;所述醇类溶剂质量为硅氧烷质量的1-20倍;所述醇类溶剂为甲醇或乙醇。
进一步地,所述烘干的温度为90-150℃,时间为30-120min。
进一步地,所述步骤(2)中,定型采用冷压坯体工艺,使用设备为液态压力机或冷等静压机。
进一步地,所述冷压坯体工艺的压强为10-200MPa。
进一步地,所述步骤(2)中,烧结采用真空高温烧结成型工艺。
进一步地,所述真空高温烧结成型工艺的真空度为10-3-10-2Pa,烧结温度为900-1300℃。
本发明还提供一种电磁屏蔽铁基复合材料。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点:
本发明用纯铁为基体,加入液态硅氧烷后高温真空烧结,硅氧烷形成的二氧化硅成网状均匀分布在铁基材料中,既保证了轧制后铁基复合材料的电磁屏蔽效果,又显著提高了铁基材料的强度,抗拉强度超过700MPa,同时满足了电子材料的散热需求。
本发明中,在电子类屏蔽塑料复合材料中,创造性地在纯铁基体中形成了网状分布的二氧化硅材料,制备方法简单,无需额外的反应步骤,显著提高了铁基体的抗拉强度,既实现电磁屏蔽效果,同时满足了电子材料的散热需求。
附图说明
图1为电磁屏蔽铁基复合材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
微米级纯铁粉和硅氧烷电磁屏蔽复合材料和制备工艺,将微米级纯铁粉,直径为30μm,质量为500g,液态硅氧烷2.5g,先将液态硅氧烷溶解在20g无水乙醇中,然后将溶解在无水乙醇中的液态硅氧烷加入微米级纯铁粉中球磨,球磨时间为30min,球磨后烘干,烘干温度为100℃,烘干时间40min,烘干后将表面包覆硅氧烷的微米级纯铁粉经冷压机压制成若干直径为20mm,厚度为2mm的圆形片,压强为100MPa,将圆片在真空中高温烧结,真空度为10-3Pa,烧结温度为1000℃,烧结成型后轧制到厚度为0.3mm的电磁屏蔽铁基复合材料片材。
实施例2
微米级、纳米级纯铁粉和硅氧烷电磁屏蔽复合材料和制备工艺,将微米级纯铁粉,直径为10μm,质量为300g,纳米级纯铁粉,直径为500nm,质量为300g,液态硅氧烷10g,先将液态硅氧烷溶解在50g无水乙醇中,然后将溶解在无水乙醇中的液态硅氧烷加入微米级、纳米级纯铁粉中球磨,球磨时间为60min,球磨后烘干,烘干温度为120℃,烘干时间60min,烘干后将表面包覆硅氧烷的微米级、纳米级纯铁粉经冷压机压制成若干长、宽各50mm,高25mm的长方体,压强为150MPa,将长方体在真空中高温烧结,真空度为10-3Pa,烧结温度为1100℃,烧结成型后轧制到厚度为1mm的电磁屏蔽铁基复合材料片材。
实施例3
纳米级纯铁粉和硅氧烷电磁屏蔽复合材料和制备工艺,将纳米级纯铁粉,直径为200nm,质量为500g,液态硅氧烷20g,先将液态硅氧烷溶解在120g无水乙醇中,然后将溶解在无水乙醇中的液态硅氧烷加入纳米级纯铁粉中球磨,球磨时间为90min,球磨后烘干,烘干温度为150℃,烘干时间90min,烘干后将表面包覆硅氧烷的纳米级纯铁粉经冷等静压机压制成若干内径为30mm,外径为60mmm,长为100mm的空心圆柱体,压强为180MPa,将空心圆柱体体在真空中高温烧结,真空度为10-3Pa,烧结温度为1200℃,烧结成型后轧制到厚度为1mm,内径为10mm的电磁屏蔽铁基复合材料管材。
效果评价1
对实施例1-3进行抗拉强度和电磁屏蔽功能测试,结果见表1:
表1抗拉强度和电磁屏蔽功能测试结果
抗拉强度/MPa | 电磁屏蔽频率/MPa | 屏蔽效能/dB | |
实施例1 | 750 | 200 | 60 |
实施例2 | 800 | 300 | 65 |
实施例3 | 900 | 600 | 70 |
从表1中可以看出,实施例1-3的抗拉强度均大于700MPa,远大于一般抗拉强度200MPa,显著提高了铁基材料的强度。
同时,实施例1-3的电磁屏蔽功能在200-600MHz时屏蔽效能可到达60-70dB,实现了电磁屏蔽效果。
图1是铁基电磁屏蔽材料扫描电镜照片,图中基体为纯铁,球状物和线型网状物为二氧化硅,可以看出二氧化硅在铁基体中呈网状分布,有效提高了铁基体的抗拉强度。
本发明用纯铁为基体,加入液态硅氧烷后高温真空烧结,硅氧烷形成的二氧化硅成网状均匀分布在铁基材料中,既保证了轧制后铁基复合材料的电磁屏蔽效果,又显著提高了铁基材料的强度,抗拉强度超过700MPa,同时满足了电子材料的散热需求。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种电磁屏蔽铁基复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)用硅氧烷对铁粉进行处理,得到表面包覆硅氧烷的铁粉;所述硅氧烷常温下为液态,分子链为线型;
(2)将所述表面包覆硅氧烷的铁粉定型成坯体,烧结,得到所述电磁屏蔽铁基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述铁粉直径为0.03-200μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中处理的方法为将硅氧烷溶解在醇类溶剂中,得到硅氧烷溶液;将铁粉与所述硅氧烷溶液混合研磨,烘干。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述硅氧烷的质量为铁粉质量的0.1%-10%;所述醇类溶剂的质量为硅氧烷质量的1-20倍;所述醇类溶剂为甲醇或乙醇。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述烘干的温度为90-150℃,时间为30-120min。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,定型采用冷压坯体工艺。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述冷压坯体工艺的压强为10-200MPa。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,烧结采用真空高温烧结成型工艺。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述真空高温烧结成型工艺的真空度为10-3-10-2Pa,烧结温度为900-1300℃。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的电磁屏蔽铁基复合材料。
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