CN203882760U

CN203882760U - 复合磁性薄膜

Info

Publication number: CN203882760U
Application number: CN201420204853.2U
Authority: CN
Inventors: 周作成; 刘付胜聪
Original assignee: SUZHOU YUQI MATERIALS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU YUQI MATERIALS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2024-04-24

Abstract

本实用新型提供了一种复合磁性薄膜，所述复合磁性薄膜包括：若干磁性金属粉末颗粒；包覆于每个磁性金属粉末颗粒的表面的钛酸钡层，其中，每个磁性金属粉末颗粒与包覆于其表面的钛酸钡层形成一个两元复合磁性粉体颗粒；将所有两元复合磁性粉体颗粒连接成型的有机聚合物粘结剂，其中，所有两元复合磁性粉体颗粒与有机聚合物粘结剂形成三元复合磁性薄膜,钛酸钡层的引入有利于改善磁性金属粉体和粘结剂之间的界面连接性能，提高复合磁性薄膜的抗剥离强度、抗老化性和电气绝缘性，以及增加磁性金属粉末颗粒的最大填充比，提升复合磁性薄膜的电磁波吸收能力。

Description

复合磁性薄膜

技术领域

本实用新型涉及一种复合磁性薄膜。

背景技术

数字化工作和生活的今天，移动电话和计算机等电子产品已成为众多人不必可少的工具。功能的集成化、厚度的薄型化和频段的高频化使电子器件内部的电磁干扰和对外部的辐射干扰成为人们不得不面对和必须解决的问题。为了隔绝外部不需要的电磁波向电子仪器的侵入，通常是用导体将电子器件屏蔽起来。但该导体在反射外部电磁波的同时，也把来自电子器件内部的辐射波反射了，这种二次噪声把不利的影响施加到屏蔽罩内部其它元器件上。特别是，近年来电子设备的多功能化和薄型化的设计使诸多复杂的电路和元器件都集中在一起，使得无论是外部电磁波干扰还是内部电磁波所引起的二次噪声问题都比较突出。而结构设计时通过使用滤波器，或者通过保持电子部件之间，或和微带传输线之间的距离来抑制电磁波干扰的方法已不符合空间越来越有限的技术趋势。

利用电磁波吸收体能够在有限的空间内抑制不需要的电磁波的干扰，它可以配置在电子仪器的表面，或者在易于受到外部电磁波影响的电子元件周围，或者配置在两块印刷电路板之间。电磁波吸收材料可分为传导损失、介电损失和磁性损失，或者同时含有这些损失中的至少两种。现有技术中，采用通过将金属磁性粉末与有机粘结剂混合制备出的复合磁性薄膜是解决前述电磁干扰问题的有效方法。具体是将磁性金属粉末和有机粘结剂加入溶剂中形成悬浮液，然后采用压膜、旋涂、带涂、印刷、喷涂或滚涂等方式制备出薄膜，最后经热处理的方式除去溶剂得到复合磁性薄膜。然而，此方法在制备过程中容易出现金属颗粒团聚不能形成独立个体，以及空气混入悬浮液的问题，以致干燥后微小气泡出现在复合薄膜内部，常见存在于在金属粉末和粘结剂之间，导致（1）薄膜磁性能降低，机械强度下降，容易剥落的问题；（2）气孔的出现为水汽的进入和储存留下了空间，影响材料的老化性能；（3）使磁性金属粉末在复合体中的填充比难以进一步提高，进而使复合薄膜的吸波效果的提升受到了限制。此外，仅由金属粉末和粘结剂两相组成的复合薄膜在高填充状态下的介电性能差，难以形成有效的阻抗匹配使不少电磁波在入射界面即被反射回去，降低了薄膜的吸波能力，也难以符合电气绝缘材料的要求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种复合磁性薄膜，能够改善磁性金属粉体和粘结剂之间的界面连接性能，提高复合磁性薄膜的抗剥离强度、抗老化性和电气绝缘性，以及增加磁性金属粉末颗粒的最大填充比，提升复合磁性薄膜的电磁波吸收能力。

为解决上述问题，本实用新型提供一种复合磁性薄膜，包括：

若干磁性金属粉末颗粒；

包覆于每个磁性金属粉末颗粒的表面的钛酸钡层，其中，每个磁性金属粉末颗粒与包覆于其表面的钛酸钡层形成一个两元复合磁性粉体颗粒；

将所有两元复合磁性粉体颗粒连接成型的有机聚合物粘结剂，其中，所有两元复合磁性粉体颗粒与有机聚合物粘结剂形成三元复合磁性薄膜。

进一步的，在上述复合磁性薄膜中，所述磁性金属粉末颗粒的形状为球形、方形、片形、针状、纤维状或其它不规则形状。

进一步的，在上述复合磁性薄膜中，所述磁性金属粉末颗粒的化学组成包括铁、钴、镍、铌和铬中的任一种，铁、钴、镍、铌和铬中的任几种所形成的合金。

进一步的，在上述复合磁性薄膜中，所述磁性金属粉末颗粒的径大小的范围区间为[1, 200]微米。

进一步的，在上述复合磁性薄膜中，所述磁性金属粉末颗粒的径大小的范围区间为[20, 80]微米。

进一步的，在上述复合磁性薄膜中，所述磁性金属粉末颗粒的径大小的范围区间为[1, 20]微米或[80, 200]微米。

进一步的，在上述复合磁性薄膜中，所述钛酸钡层的厚度的区间范围为[1 nm, 10 μm]。

进一步的，在上述复合磁性薄膜中，所述钛酸钡层的厚度的区间范围为[20 nm, 1 μm]。

进一步的，在上述复合磁性薄膜中，所述钛酸钡层的厚度的区间范围为 [1 nm, 20 nm]或[1 μm, 10 μm]。

与现有技术相比，本实用新型的复合磁性薄膜包括：若干磁性金属粉末颗粒；包覆于每个磁性金属粉末颗粒的表面的钛酸钡层，其中，每个磁性金属粉末颗粒与包覆于其表面的钛酸钡层形成一个两元复合磁性粉体颗粒；将所有两元复合磁性粉体颗粒连接成型的有机聚合物粘结剂，其中，所有两元复合磁性粉体颗粒与有机聚合物粘结剂形成三元复合磁性薄膜,钛酸钡层的引入有利于改善磁性金属粉体和粘结剂之间的界面连接性能，提高复合磁性薄膜的抗剥离强度、抗老化性和电气绝缘性，以及增加磁性金属粉末颗粒的最大填充比，提升复合磁性薄膜的电磁波吸收能力。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的三元复合磁性薄膜的剖面示意图；

图2是现有的磁性金属粉末/有机粘结剂二元复合磁性薄膜的剖面示意；

图3是本实用新型实施例1的三元复合磁性薄膜和比较例1的现有二元复合磁性薄膜的剥离强度性能对比图；

图4是本实用新型实施例2中复合的制备过程化学气相沉积装置示意图；

图5是本实用新型实施例2和比较例2中的薄膜的抗电磁干扰测试装置的示意图；

图6是本实用新型实施例2三元复合磁性薄膜和比较例2二元复合磁性薄膜的电磁吸收性能比较图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供一种复合磁性薄膜，包括：

若干磁性金属粉末颗粒11；

包覆于每个磁性金属粉末颗粒11的表面的高电阻的的钛酸钡层13，其中，每个磁性金属粉末颗粒与包覆于其表面的钛酸钡层形成一个金属/钛酸钡两元复合磁性粉体颗粒；具体的，钛酸钡层的引入能够改善磁性金属粉体和粘结剂之间的界面连接性能，提高复合磁性薄膜的抗剥离强度，同时也提高磁性颗粒的最大填充比；

将所有两元复合磁性粉体颗粒连接成型的有机聚合物粘结剂12，其中，所有两元复合磁性粉体颗粒与有机聚合物粘结剂12形成三元复合磁性薄膜。具体的，有机聚合物粘结剂为热塑性聚合物，包括但不限于：聚酯类树脂、聚乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、尼龙、环氧树脂、聚丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、纤维类树脂、腈基丁二烯类橡胶、苯乙烯丁二烯类橡胶、丁基橡胶、氯化聚乙烯橡胶、乙烯丙烯橡胶、丁腈橡胶、聚硫化物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、硅橡胶、天然橡胶等，然而，有机粘结剂材料不限于上述材料，并最适合的材料要依据复合薄膜的具体用途和制造装置的不同来选择确定。有机聚合物粘结剂与包覆于每个磁性金属粉末颗粒表面的钛酸钡层复合，以使所有磁性金属粉末颗粒连接成型，每个两元复合磁性粉体颗粒相对独立地存在于连续的有机聚合物粘结剂之中，本实用新型的三元复合磁性薄膜可提高该薄膜对电磁波的吸收效果，本实用新型的三元复合磁性薄膜可与双层胶带、胶水等结合，然后贴在需要抗电磁干扰的电子元器件上。图1为本实用新型的三元复合磁性薄膜的剖面图，图2为现有的二元复合磁性薄膜的剖面图，图2中二元复合磁性薄膜包括金属磁性颗粒21和有机粘结剂22，图1和图2的根本区别在于图1的金属磁性颗粒表面被钛酸钡层包覆，使金属颗粒独立存在于连续的有机粘结剂基体之中。

优选的，所述磁性金属粉末颗粒的形状为球形、方形、片形、针状、纤维状或其它不规则形状。具体的，磁性金属粉末颗粒是引起电磁波衰减吸收的主要成分。

优选的，所述磁性金属粉末颗粒的化学组成包括铁、钴、镍、铌和铬中的任一种，铁、钴、镍、铌和铬中的任几种所形成的合金，如铁镍系列合金（坡莫合金）、钼坡莫合金、铁铝硅系列合金、硅钢、羰基铁、铁硅铬合金、Fe-P-B-Nb-Cr合金、Fe-Si-B-P-Cr合金、Fe-Si-P-Nb-Cr合金、Fe-Co-Nb、Fe-Co-V、Fe-Co-V、Fe-Co-Mo等。

优选的，所述磁性金属粉末颗粒的径大小的范围区间为[1, 200]微米。较佳的，所述磁性金属粉末颗粒的径大小的范围区间为[1, 20]微米或[80, 200]微米。更佳的，所述磁性金属粉末颗粒的径大小的范围区间为[20, 80]微米。具体的，所述金属粉末粒径大小用D₅₀表示，D₅₀的测试方法为激光粒度法。其范围区间用[a, b]表示，其中a为D₅₀下限值，b为D₅₀上限值，单位为微米。其平均粒径D₅₀为[1, 200]，最好为[20, 80]，较好为[1, 20]或[80, 200]。

优选的，所述钛酸钡层的厚度的区间范围为[1 nm, 10 μm]。较佳的，所述钛酸钡层的厚度的区间范围为 [1 nm, 20 nm]或[1 μm, 10 μm]。更佳的，所述钛酸钡层的厚度的区间范围为[20 nm, 1 μm]。具体的，钛酸钡层包覆于每个磁性金属粉末颗粒的表面，钛酸钡层的厚度在[1 nm, 10 μm]区间，最好为[20 nm, 1 μm]，较好为[1 nm, 20 nm]或[1 μm, 10 μm]。

制备上述复合磁性薄膜的步骤，包括：

步骤S1，根据实际应用环境确定磁性金属材料的种类，并将磁性金属材料制成磁性金属粉末颗粒；

步骤S2，在每个磁性金属粉末颗粒的表面包覆钛酸钡层以得到金属颗粒/钛酸钡两元复合磁性粉体颗粒；具体的，金属颗粒/钛酸钡两元复合磁性粉体颗粒相对独立存在，要求钛酸钡绝缘层厚度符合前述要求；

步骤S3，将所述两元复合磁性粉体颗粒和粘结剂按照一定重量比稀释在溶剂之中得到悬浮浆料，通过薄膜工艺在底材上形成薄膜状材料；具体的，所述可通过旋涂、带涂、压膜涂覆、印刷涂覆、刮涂、滚涂等方式在塑料、金属、陶瓷、玻璃等底材上形成薄膜状材料，其中，电子领域常见的是涂覆在如PE、PET等塑料和Cu、Al、Au、Ag等金属材料表面，溶剂依据粘结剂的类型而选择，可以是水、甲苯、环己酮、乙酸乙酯、二甲苯等或其至少两种的组合；

步骤S4，除去所述薄膜状材料中的溶剂以得到金属颗粒/钛酸钡/有机粘结剂三元复合磁性薄膜。具体的，可通过加热、真空处理、吹风等除去薄膜中溶剂即可得到金属颗粒/钛酸钡/有机粘结剂三元复合磁性薄膜。该三元复合磁性薄膜可与双层胶带、胶水等结合，然后贴在需要抗电磁干扰的电子元器件上。

优选的，步骤S2中，通过如下方式将钛酸钡层包覆于每个磁性金属粉末颗粒的表面：

（1）在溶液中浸涂，如溶胶凝胶法，化学浴沉积法等；

（2） 在气氛中蒸镀，如化学气相沉积法或物理气相沉积法等；

（3） 或在每个磁性金属粉末颗粒喷涂，如等离子喷涂、液相喷涂等。

具体的，这里可以通过液相法或气相法将钛酸钡层包覆于每个磁性金属粉末颗粒的表面形成一个个两元复合磁性粉体颗粒，然后将所有两元复合磁性粉体颗粒在含有有机结合剂的溶剂中混合，最后通过成膜工艺而制成三元复合磁性薄膜。

实施例1

以金属粉为初始材料制备Fe_64.6Co_7.4Ni₂₈合金的铸坯，利用机械破碎的方法对其进行粗粉碎以后，用砂磨机进行磨碎加工。将得到的平均粒径为50微米的磁性粉末放入钛酸钡的前驱体溶液之中，缓慢搅拌2小时之后取出，于580 ^oC下真空热处理。其中，钛酸钡的前驱体溶液采用溶胶凝胶方式获得。具体过程：称取150克的氢氧化钡（分析纯）溶于600毫升的乙二醇甲醚（分析纯）之中，充分振荡使之形成氢氧化钡的乙二醇甲醚溶液。将297.6克的钛酸丁酯（分析纯）溶入600毫升的甲醇（分析纯）之中，充分搅拌形成钛酸丁酯甲醇溶液。将上述两种溶液混合，并不停的搅拌使其充分互溶形成溶胶，在这过程中加入5克的水。对由此获得的粉末做微观结构分析和表面成分分析，证实了钛酸钡层的生成。通过重量差法和比表面积计算出钛酸钡层的厚度为110纳米。

三元复合磁性薄膜的制备按照以下重量比例进行混合：

Fe-Co-Ni/BaTiO₃复合粉末：70、80、90或95重量份；

甲苯：40重量份；

聚乙烯醇缩丁醛：8重量份；

得到的悬浮浆料通过压膜法制备在100微米厚的PET薄膜上，经60 ^oC加热除去甲苯得到所需的厚度为150微米的三元复合磁性薄膜。

比较例1

采用与实施例1相同的方法获得Fe-Co-Ni合金粉末，同时粘结剂和溶剂的用法用量相同也与实施例1相同，去除Fe-Co-Ni合金与钛酸钡复合这一环节，薄膜材料的其它工艺方法均与实施例1相同，从而获得二元复合磁性薄膜。

采用行业IPC-TM-650标准里2.4.1描述的方法测试薄膜中磁性粉末的附着力，胶带选择3M的600号压敏胶带，并通过试验前后重量的变化计算出复合薄膜的失重比。图3为实施例1和比较例1中薄膜磁性颗粒含量不同时失重比的变化情况。从图3中可以看出：随着磁性颗粒含量的增加，失重在逐步增大，三元复合磁性薄膜的失重较二元薄膜的失重缓慢；值得指出的是三元薄膜在颗粒含量高时仍有低的失重比，说明三元复合磁性薄膜的抗剥离能力较二元复合薄膜的抗剥离能力突出。

实施例2

以金属粉为初始材料制备Fe83Cr9Si5Mn3合金的铸坯，利用机械破碎的方法对其进行粗粉碎以后，用砂磨机进行磨碎加工，得到的平均粒径为82微米的磁性粉末。采用化学气相沉积法获得Fe-Cr-Si-Mn/BaTiO3复合体，装置如图4所示，包括超声波雾化器41、乙酰丙酮钡的发生器42、精密转子流量计43、二异丙氧基-钛-二乙酰丙酮发生器44、带加热保温功能的气传输管45、气体均匀室46、装粉体的容器板47、加热器48、热电偶49和排气口40，具体过程如下：

1. 将磁性粉末颗粒平铺在有振动和旋转功能的容器板47上，密闭舱室，抽真空到10^-2 Torr；

2. 金属有机化合物乙酰丙酮钡为钡源，浓度为0.05摩尔每升，通过装置41和42用氮气稀释和引入气体均匀室46；

3. 金属有机化合物二异丙氧基-钛-二乙酰丙酮为钛源，钛的摩尔浓度为0.05 M，通过装置44和45用氮气稀释和引入气体均匀室46；

4. 将46中的混合气体喷出到被48加热器控温的47容器板侧上部，热电偶49测出温度为180摄氏度。BaTiO₃材料缓慢地生长在金属颗粒表面，得到Fe83-Cr9-Si5-Mn3/BaTiO₃复合体。

三元复合磁性薄膜的制备按照以下重量比例进行混合：

Fe-Cr-Si-Mn/BaTiO₃复合粉末： 80重量份；

环己酮：40重量份；

聚氯乙烯树脂：8重量份；

得到的悬浮浆料通过压膜法制备在100微米厚的PET薄膜上，经60 ^oC加热除去环己酮得到所需的厚度为200微米的三元复合薄膜。

比较例2

采用与实施例2相同的方法获得Fe-Cr-Si-Mn合金粉末，同时粘结剂和溶剂的用法用量相同也与实施例1相同，去除与钛酸钡复合这一环节，薄膜的其它工艺方法均与实施例2相同，从而获得二元复合磁性薄膜。

下面对照实施例2和比较例2说明本实用新型的三元复合磁性薄膜的电磁干扰抑制效果。图5是用于评估电磁干扰抑制效果的装置示意图，该装置包括电磁场波源振荡器55、电磁场强度测量终端（波普分析仪）53、发射电磁场的微型环路天线54、用于接收电磁场的微型环路天线52、测试薄膜样品51。把三元复合磁性薄膜或二元复合磁性薄膜样品51放置在两个微型环路天线52之间。以没有薄膜样品的穿透测量作为参考值，测量结果如图6显示。由图6可见，增加了BaTiO₃复合的磁性薄膜具有更强的电磁波吸收，即更好的电磁干扰抑制效果。

综上所述，本实用新型的复合磁性薄膜包括：若干磁性金属粉末颗粒；包覆于每个磁性金属粉末颗粒的表面的钛酸钡层，其中，每个磁性金属粉末颗粒与包覆于其表面的钛酸钡层形成一个两元复合磁性粉体颗粒；将所有两元复合磁性粉体颗粒连接成型的有机聚合物粘结剂，其中，所有两元复合磁性粉体颗粒与有机聚合物粘结剂形成三元复合磁性薄膜,钛酸钡层的引入有利于改善磁性金属粉体和粘结剂之间的界面连接性能，提高复合磁性薄膜的抗剥离强度、抗老化性和电气绝缘性，以及增加磁性金属粉末颗粒的最大填充比，提升复合磁性薄膜的电磁波吸收能力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims

1. 一种复合磁性薄膜，其特征在于，包括：

若干磁性金属粉末颗粒；

2. 如权利要求1所述的复合磁性薄膜，其特征在于，所述磁性金属粉末颗粒的形状为球形、方形、片形、针状、纤维状或其它不规则形状。

3. 如权利要求1所述的复合磁性薄膜，其特征在于，所述磁性金属粉末颗粒的化学组成包括铁、钴、镍、铌和铬中的任一种，铁、钴、镍、铌和铬中的任几种所形成的合金。

4. 如权利要求1所述的复合磁性薄膜，其特征在于，所述磁性金属粉末颗粒的径大小的范围区间为[1, 200]微米。

5. 如权利要求4所述的复合磁性薄膜，其特征在于，所述磁性金属粉末颗粒的径大小的范围区间为[20, 80]微米。

6. 如权利要求4所述的复合磁性薄膜，其特征在于，所述磁性金属粉末颗粒的径大小的范围区间为[1, 20]微米或[80, 200]微米。

7. 如权利要求1所述的复合磁性薄膜，其特征在于，所述钛酸钡层的厚度的区间范围为[1 nm, 10 μm]。

8. 如权利要求7所述的复合磁性薄膜，其特征在于，所述钛酸钡层的厚度的区间范围为[20 nm, 1 μm]。

9. 如权利要求7所述的复合磁性薄膜，其特征在于，所述钛酸钡层的厚度的区间范围为 [1 nm, 20 nm]或[1 μm, 10 μm]。