SE452088B - Sett och material for skermning av elektromagnetisk energi - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 452 088 2 vänds i betydande utsträckning, är silverbelagt glas.

EMI-skärmande packningar, som utnyttjar silver- belagda glaspartiklar enligt känd teknik, har under vissa vibrationsbetingelser uppvisat ökad resistans och sålunda blivit i huvudsak ineffektiva som skärm- ning.

Eftersom silverbelagda glaspartiklar inte utgör ett helmetallmateríal, har de dessutom inte hög ström- föringsförmåga, vilket är nödvändigt om ett tillstånd med elektromagnetiska pulser inträffar.

Det hänvisas till de amerikanska patentskrifterna 3 140 342, 3 194 860, 3 202 488, 3 476 530 och 3 583 930 beträffande beskrivning av teknikens stånd- punkt.

Föreliggandeuppfinningàstadkommerettsättförskärm- ning och en EMI-skärm, som undviker en del avkostnadsnackdelar- naochövriganackdelarmedEMI-materialbeståendeavsilver- “ä belagda partiklar enligt känd teknik, samtidigt som uppfin- ningen àstadkommer nästan samma EMI-skärmningseffektivitet som EMI-skärmningskompositioner, vilka använder solida silverpartiklar. Det har oväntat visat sig vid uppfin- ningen att det är möjligt att använda silverbelagda partiklar med användning av omkring en tredjedel mindre silver än vad som används på silverbelagda kopparpar- tiklar och likväl uppnå ungefär lika bra konduktivitet som erhålles vid användning av silverbelagda koppar- partiklar som elektriskt konduktiva partiklar. Dess- utom har den maximala temperaturen vid kontinuerlig användning befunnits vara ca 200°C vid användning av ett silikonbindemedel.

Föreliggande uppfinning har också fördelar vid jämförelse med silverbelagd koppar i det att den karak- täristiska gröna korrosionen inte längre utgör en faktor.

Vikten av EMI-skärmen har också reducerats avsevärt vid uppfinningen jämfört med EMI-skärmningssystem base- rade på silver eller silverbelagd koppar, vilket innebär en väsentlig faktor för rymdfartsapplikationer. 10 15 20 25 30 35 452 088 3 Sammanfattning av uppfinningen Uppfinningen hänför sig till ett sätt att åstad- komma skärmning av elektromagnetisk energi mellan tvâ ytor, kännetecknat därav, att ett material i form av en formstabil packning placeras mellan de båda ytorna, och att ytorna sammanspännes för att sammanpressa pack- ningen däremellan, varvid packningen har en för skärmning av elektromagnetisk energi effektiv volymresistivitet, och att packningsmaterialet inbegriper en hartsmatris, som är fylld med elektriskt ledande partiklar, vilka innefattar en aluminiumkärna med ett första skikt av zink eller nickel och ett andra skikt av silver på det första skiktet. tenn, Enligt uppfinningen åstadkommes även ett material för skärmning av elektromagnetisk energi, vilket material har en sådan volymresistivitet att det är effektivt som en skärm för elektromagnetisk energi, kännetecknat därav, W att det inbegriper en hartsmatris, som är fylld med elektriskt ledande partiklar, vilka innefattar en alumi- niumkärna med ett första skikt av tenn, zink eller nickel och ett andra skikt av silver på det första skiktet.

Materialet har företrädesvis en volymresistivitet av mindre än 0,01 ohmcm och allra helst mindre än 0,004 ohmcm. Materialet är företrädesvis fyllt med partiklar, så att det innehåller 20-50 vol%, företrä- desvis 30-42 v0l% och mest föredraget 35-38 vol%.

Partiklarna omfattar företrädesvis 1-l0 vikt%, helst 3-8 vikt% get zink eller minst föredraget nickel), 10-25 vikt% (mest föredraget tenn, mindre föredra- silver och återstoden aluminium. Partiklarna har för- måga att motstå 200°C i 120 h utan att uppvisa bety- dande förlust av konduktivitet. Partiklarna har före- trädesvis en medelkornstorlek av l-60 pm och mest föredraget en medelkornstorlek av 15-30 pm.

Partiklarna har företrädesvis oregelbunden form.

Partikelns ytteryta av silver utgöres företrädesvis av ett stort antal intilliggande silvernoduler, som 10 15 20 25 30 35 452 088 4 kraftigt häftar till den underliggande partikelbelagda kärnan, t ex aluminium som är belagt med tenn.

Med uttrycket "oregelbunden form" avses alla for- mer av oregelbundna partiklar, inbegripet väsentligt sfäriska partiklar. Uttrycket är emellertid inte avsett att inbegripa plana små plattor.

Det här använda uttrycket "harts" avser ett plast- material, varvid plast är avsett att inbegripa gummi, såsom silikongummi, fluorosilikongummi och polyisobuty- lengummi. Andra användbara plaster inbegriper polyamider, akrylplaster, uretanplaster, polyvinylklorid, silikon- plaster och andra plaster, som vanligtvis används i packningar, klister, tätningsföreningar och beläggningar.

Ritningsbeskrivning Fig l är en perspektivvy av en sammanpressbar packning i enlighet med uppfinningen mellan tvâ våg- ledarflänsar. Fig 2 är en frontvy av packningen.

Fig 3 är en sektionsvy av fig 2 längs linjen 3-3.

Fig 4 är en frontvy av en 0-ringspackning. Fig 5 är en sektionsvy av fig 4 längs linjen 5-5. Fig 6 är en sektionsvy av en extruderad kanalremspackning.

Detaljerad beskrivning Det hänvisas till fig l-3. I dessa figurer är en stansad, formstabil packning 20 placerad mellan flän- sarna 21 och 22 hos vågledarna 21 och 22, som samman- hålles av bultar 23. Packningen 20, som utgöres av ett sammanpressbart bindemedel, tätar effektivt skarven mot fukt som intränger i vågledarna samt hindrar bortgång av elektromagnetisk energi från vågledaren.

Medan packningen kan utskäras från ett materialark, inses det, att den också kan pressformas. Packningen 20 har en central öppning för att den elektromagnetiska ener- gin skall kunna passera från en vâgledarsektion till en annan samt hål 20-2 för passage av bultarna 23.

I fig 4 och 5 visas en gjuten O-ring 30 som en skärm för elektromagnetisk energi. 0-ringen 30 place- ras i spår hos två organ och tryck appliceras för att sammanpressa O-ringen för att uppnå en effektiv tätning. "\':::.'.~'.::. : .. : 10 15 20 25 30 35 452 088 5 Fig 6 visar en extruderad kanalremspackning 31, som är gjord av det här beskrivna skärmningsmaterialet.

Det är tydligt av det ovan sagda att packningar (stansade, extruderade, pressade) av många olika former kan framställas med användning av det här beskrivna materialet och följaktligen bör uppfinningen inte anses begränsad till någon särskild form.

Vid uppfinningen inbegriper det mest föredragna materialet ett silikongummibindemedel fyllt med elek- triskt ledande, oregelbundet formade partiklar av en aluminiumkärna, som har en första beläggning av tenn, vartill är applicerat en silverbeläggning.

Andra bindemedel (hartsmatris) kan inbegripa fluorosilikongummi och andra som nämnts i sammanfatt- ningen av uppfinningen. Materialet kan formas till ark,presañb föremål, beläggningar, klister, etc, beroende på naturen hos det bindemedel som använts.

Det inses även att fyllmedel, såsom silika, kan tillsättas för att förhöja de mekaniska egenskaperna hos materialet om så önskas.

I stället för den föredragna partikeln kan man använda partiklar, som inbegriper en aluminiumkärna belagd med zink.eller nickel, vilket sedan är belagt med silver, fastän detta är mindre föredraget.

Materialet innefattar företrädesvis 80-50 vol% hartsmatris (bindemedel) och 20-50 vol% elektriskt ledande partiklar, såsom beskrivits ovan.

Materialetsvolymresistivitet är företrädesvis mindre än 0,01 ohmcm och mest föredraget mindre än 0,005 ohmcm. Partiklarna innehåller företrädesvis 3-6 vikt% tenn, zink eller nickel, 10-25 vikt% silver och återstoden aluminium.

Partiklarna har företrädesvis en medelkornstorlek av l-60 pm, allra helst ca 20-30 pm. De elektriskt ledande partiklarna (pulver), som är användbara vid uppfinningen, kan framställas på olika sätt. 10 15 20 25 30 35 452 088 6 Aluminiumytor, t ex Alcoa Atomized Powder No. 101 (-100 mesh), kan beläggas med zink med användning av en zinkatbehandling, varvid zinkoxid löses i natrium- hydroxid. Under dessa starkt alkaliska betingelser lösgöres oxidskiktet på aluminiumytan och zink pläte- ras på ytan i en undanträngningsreaktion. Standard- formuleringar för behandling av lösa aluminiumdelar återfinnas i 1978 Metal Finishing Guidebook Directory, 46:e årliga utgåvan, sid 171-172, publicerad av Metals and Plastics Publications, Inc. Hackensack, New Jersey, enligt följande: 1) Natriumhydroxid 524 g/ßg (70 oz/gal) Zinkoxid 97 g/2 (13 oz/gal) 2) Natriumhydroxid 50 g/1 (6,7 oz/gal) Zinkoxid 5 g/ß (0,67 oz/gal) 'a tzï 3) Natriumhydroxid 120 g/1 (16 oz/gal) Zinkoxid 20 g/1 (2,7 oz/gal) Vid användning av aluminiumpulver bör mängden förekommande natriumhydroxid regleras, eftersom dess reaktion med aluminiumpulver är häftig och exotermisk.

För att hålla reaktionen under kontroll vid relativt fina aluminiumpulver (medelkornstorlek ca 20 pm) bör man företrädesvis använda en lösning, som innehåller ca 10 g natriumhydroxid och 1,5 g zinkoxid med 100 g aluminiumpulver (Alcoa Atomized Powder No. 101) i omkring 750 ml avjoniserat vatten. De bästa resultaten erhölls när reaktionsblandningen omrördes i l h. Pulv- ret fick avsätta sig och sköljdes 5 ggr. Natriumhydroxid- -zinkoxidbehandlingen upprepades sedan och pulvret sköljdes 5 ggr. Man har konstaterat att en andra zinkat- behandling föredrages vid pulver för att uppnå optimala egenskaper efter silverplätering.

För att sensibilisera pulvret för silverplätering nedsänks det zinkbelagda aluminiumpulvret i en utspädd 10 15 20 25 30 35 452 088 7 lösning av ett reduktionsmedel. Teoretiskt adsorberas reduktionsmedlet på pulverytan och initierar silver- plätering vid adsorptionssätena. I praktiken disperge- ras 100 g prov av zinkatbehandlat pulver i ca 750 ml avjoniserat vatten innehållande 100 ml 37 % formaldehyd, och omröres 15 min. Pulvret får avsätta sig och sköljes 3 eller 4 ggr.

Silverplätering utföres medelst konventionella metoder. Det sensibiliserade pulvret dispergeras i en lösning, som beretts genom att upplösa 30 g silver- nitrat i 500 ml avjoniserat vatten och tillsätta ca 50 ml 28 % ammoniumhydroxid. Till denna dispersion tillsättes ca 150 ml 37 % formaldehyd under 15 min.

Det silverpläterade pulvret, som har en ljust brun- aktig färg, tvättas flera gånger med vatten och tvät- tas sedan med aceton och ugnstorkas. När pulvret är torrt värmebehandlas det vid 205°C i 3 h före använd- ning. Aluminiumpulver, som belagts med zink och sedan silverpläterats på detta sätt, är kraftigt ledande.

En annan metall, som kan användas för att skapa en sammansatt partikel med aluminium och silver, är nickel. Aluminiumpulvret belägges genom nedsänkning med nickel från en syralösning, som företrädesvis innehåller klorid- eller fluoridjoner, vilka hjälper till att avlägsna oxidbeläggningen från aluminiumet.

Den ovannämnda 1978 Metal Finishing Guidebook and Directory (sid 484) beskriver en neddoppningsprocess för avsättning av nickel på aluminium med användning av ll g nickelsulfat per liter och 30 g aluminiumklorid per liter, som används vid kokningen. Man fann att fördubbling av nickelkoncentrationen gav förbättrade silverpläteringsegenskaper åt aluminiumpulvret. Vid ett typiskt experiment dispergerades sålunda 100 g aluminiumpulver i 750 ml avjoniserat vatten, som inne- höll 20 g nickelsulfat och 30 g ammoniumklorid. Disper- sionen upphettades till ca 95°C och omrördes i l h.

Pulvret fick avsätta sig och sköljdes 5 ggr. 10 15 20 25 30 35 452 088 8 Sensibilisering för silverplätering utfördes med användning av metoder, som är konventionella för icke- ledare. Först dispergerades pulvret i en lösning inne- hållande 1 g stannoklorid per liter och 4 g 36 % salt- syra per liter.

Efter fem sköljningar dispergerades pulvret i en lösning, som innehöll 0,2 g palladiumklorid per liter och 0,2 g 36 % saltsyra per liter. Efter omröring 15 min fick pulvret avsätta sig och sköljdes 5 ggr.

Plätering utfördes genom att dispergera pulvret i en lösning, som beretts genom att upplösa 30 g silver- nitrat vid 500 ml avjoniserat vatten och tillsätta ca 50 ml 28 % ammoniumhydroxid. Till denna dispersion sattes ca 150 ml 37 % formaldehyd under 15 min. Pulvret tvättades flera gånger med vatten, sköljdes med aceton och torkades. Det torra pulvret värmebehandlades i 3 h vid 2o4°c.

Tenn kan undanträngningspläteras på aluminium- pulver, t ex Alcoa Atomized Powder No. 101, med använd- ning av alkaliska lösningar av tennföreningar. Den ovannämnda 1978 Metal Finishing Guidebbok and Directory, beskriver på sid 484 45 g per liter (6 oz/gal)avnatrium- stannat Vid 52-82°C för plätering av tenn på aluminium.

Vid aluminiumpulver bör lägre koncentrationer av natriumstannat och lägre temperaturer användas på grund av den kraftiga exoterma reaktionen. I praktiken disper- geras lO0 g aluminiumpulver i 700 ml vatten och en lös- ning av 13 g natriumstannat tillsätts under 30 min.

Blandningen omröres under l h och får avsätta sig och sköljes 5 ggr. Stannatbehandlingen upprepas och pulvret torkas. Sensibilisering och silverplätering utföres, såsom vid zink.

Det skall förstås att andra kända metoder även kan användas för att utföra plätering på aluminium.

I det följande ges exempel på uppfinningen.

EXEMPEL l Ett starkt elektriskt ledande ark, varifrån den utstansade packningen enligt fig 1-3 framställes, be- 10 15 20 25 30 35 452 088 9 skrives nedan. 33,5 g konventionellt Dow Corning sili- kongummi (harts) eg°440 blandas i kvarn med 3,76 g CAB-O-SIL MS7 silika, 0,29 g R.T. Vanderbilt Varox (2,5-dimetyl-, 2,5~di(t-butylperoxi)hexan). Till denna blandning i kvarnen sattes 62 g aluminium-tenn-silver- partiklar (pulver) med en medelkornstorlek av 20 pm och blandningen fortsattes till homogenitet. Blandningen tages ur kvarnen och formas till ett 1,575 mm tjockt ark, som placeras i en form och pressas vid l63°C vid ett tryck av 30 ton under 15 min. Efter uttagning ur formen efterhärdas materialet vid l49°C i 3 h. Arket innehåller 38,5 vol% partiklar och 59 vol% gummi (harts).

Packningen utstansas sedan från arket.

EXEMPEL 2 Ett elektriskt ledande klister framställdes genom att blanda 75 viktdelar silver-zink-aluminiumpulver (medelkornstorlek 20|nn), såsom beskrivits ovan, i en N lösning av ' 20 viktdelar fast polyamidharts (Versalon 1100) 5 viktdelar flytande polyamidharts (Versamide 125) 25 viktdelar toluen 25 viktdelar etanol.

EXEMPEL 3 En elektriskt ledande tätningskomposition fram- ställdes genom att blanda 288 viktdelar silver-nickel-aluminiumpulver (medelkorn- storlek 30 pm) såsom beskrivits ovan, med en lösning av 34 viktdelar toluen 34 viktdelar etanol och 32 viktdelar polyamidharts.

EXEMPEL 4 Förfarandet enligt exempel l följdes, utom att silver-zink-aluminiumpulvret som beskrivits ovan an- vändes.

EXEMPEL 5 Förfarandet enligt exempel l följdes, utom att silver-nickel-aluminiumet som beskrivits ovan användes.

Claims (9)

10 15 20 25 30 452 088 10 PATENTKRAV

1. l. Sätt att åstadkomma skärmning av elektromagnetisk energi mellan två ytor, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett material i form av en formstabil packning place- ras mellan de båda ytorna, och att ytorna sammanspännes för att sammanpressa packningen däremellan, varvid pack- ningen har en för skärmning av elektromagnetisk energi effektiv volymresistivitet, och att packningsmaterialet inbegriper en hartsmatris, som är fylld med elektriskt ledande partiklar, vilka innefattar en aluminiumkärna med ett första skikt av tenn, zink eller nickel och ett andra skikt av silver pà det första skiktet.

2. Material för skärmning av elektromagnetisk energi, vilket material har en sådan volymresistivitet att det är effektivt som en skärm för elektromagnetisk energi,. a t därav, att det inbegriper en fylld med elektriskt ledande partik- lar, vilka innefattar en aluminiumkärna med ett första k ä n n e t e c k n hartsmatris, som är skikt av tenn, zink eller nickel och ett andra skikt av silver på det första skiktet.

3. Material enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att kompositionen har formen av en beläggning, en tätningsförening, ett klister, ett ark eller pressat föremål.

4. Material enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att kompositionen är sammanpressbar och har formen av en formstabil packning.

5. Material enligt något av kraven 2-4, k ä n n e - t e c k n a t därav, att det första skiktet utgör l-10 vikt% av partiklarna, och att det andra skiktet ut- gör lO-25 vikt% av partiklarna. k ä n n e t e c k - därav, att det första skiktet utgör 3-8 vikt% av partiklarna.

6. Material enligt kravet 5, n a t 10 452 088 ll

7. Material enligt något av kraven 2-6, k ä n n e - t e c k n a t därav, att partiklarna utgör 20-50 vol% av materialet.

8. Material enligt något av kraven 2-7, k ä n n e - t e c k och att volymresistiviteten är mindre än 0,01 ohmcm. n a t därav, att medelkornstorleken är 1-60 pm,

9. Material enligt något av kraven 2-8, k ä n n e ~ t e c k n a t därav, att hartsmatrisen utgöres av silikon- eller fluorosilikongummi.