专利名称：一种低频强磁场屏蔽材料的制作方法
技术领域：
本发明属于电磁屏蔽技术领域，尤其针对低频强磁场的屏蔽。磁场的频率范围为IOKHz 500KHz，磁场强度范围为2.3Gs 0.3Gs。
背景技术：
电子设备、仪器仪表等在工作过程中容易受到周围环境电磁场的干扰，为了保证电子设备、仪器仪表的正常运行，需要对它们进行电磁屏蔽。如果干扰源辐射场属于低电压、大电流的特性，其电磁波辐射场主要表现为低频强磁场，这种低频强磁场的屏蔽是比较困难的:一方面低频磁场属于低阻抗场，传统的高电导率材料如铜等虽然对电场以及500KHZ以上高频电磁场有较好的屏蔽作用，但是对于这种低阻抗磁场波的屏蔽效果很不理想；另一方面导磁材料虽然能够用来屏蔽磁场，但事实上材料的磁导率是磁场频率和磁场强度的函数，它会随磁场频率的升高而降低，尤其是当磁场强度很大时，导磁材料的磁导率急剧降低，进入磁饱和状态，从而降低屏蔽效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于低频强磁场屏蔽技术领域的材料的设计与验证方法。一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的屏蔽材料由单层或多层高电导率材料和铁磁性材料构成；在高电导率材料和铁磁性材料均为单层时，在该屏蔽材料中，从屏蔽前磁场到屏蔽后磁场，依次排列高电导率材料、铁磁性材料；在高电导率材料和铁磁性材料均为多层时，在该屏蔽材料中，从屏蔽前磁场到屏蔽后磁场，依次排列高电导率材料、铁磁性材料，并在每层铁磁性材料之间有一层高电导率材料。一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的低频强磁场是指磁场的频率范围为IOKHz 500KHz，磁场强度范围为2.3Gs 0.3Gs。一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的高电导率材料是指铜、银或铝。—种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的铁磁性材料为高抗磁饱和铁磁性材料和/或高磁导率材料。一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的铁磁性材料为高抗磁饱和材料和高磁导率材料时，它们排列顺序是高抗磁饱和材料比高磁导率材料更靠近屏蔽前磁场。一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的高抗磁饱和铁磁性材料为纯度>99.9%的纯铁或铁钴合金1J22。一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的高磁导率材料为铁镍合金1J50、1J79UJ85中的任意一种。一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的每层铁磁性材料厚度范围为0.05mm 0.5mm0一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的单层或多层的高电导率材料中的每层高电导率材料厚度范围为0.0l 0.1mm。一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的屏蔽材料总体厚度范围为0.06mm 1.0mm0一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的铁磁性材料需在真空或氢气条件下进行热处理，热处理温度为700°C 1300°C，保温时间2 10h，快冷时降温速率>200 0C /h。所述的高电导率材料和铁磁性材料分别按照不同的次序、层数及厚度等方式进行组合，图1为当铁磁性材料为两层时的屏蔽材料的结构示意图。如附图1所示，本发明的低频强磁场屏蔽材料从屏蔽前磁场Htl到屏蔽后磁场H1，依次排列高电导率材料1、高抗磁饱和材料2、高电导率材料I和高磁导率材料3。本发明针对低频强磁场很难被屏蔽的技术难题，从屏蔽材料的设计为出发点，使用高电导率材料和铁磁性材料并分别按照不同的次序、层数及厚度等方式组合进行复合屏蔽。采用高抗磁饱和材料来初步减弱强磁场，采用高磁导率材料进一步屏蔽弱化后的磁场，在高抗磁饱和材料层和高磁导率材料层之间使用高电导率材料一方面作为磁阻挡层，另一方面也具有部分屏蔽交变磁场的作用。本发明应用于电子设备、仪器仪表等电磁屏蔽领域可有效提高它们抗低频强磁场干扰的能力，同时对于提高长期困扰我国电子设备电磁兼容的低频磁场屏蔽技术水平也具有重要的意义。本发明的低频强磁场屏蔽材料的测试样品是通过以下技术方案实现的:(I)制备长450mm,外径30mm,壁厚0.5mm的PVA圆柱管作为测试样品的支撑骨架。(2)在PVA圆柱管外壁贴覆一层或多层热处理后的铁磁性材料，其中高磁导率材料作为内层屏蔽层，高抗磁饱和材料作为外层屏蔽层，铁磁性材料每层厚度为0.05 0.5mm,长度为 450mm。(3)在样品最外层或多层铁磁性材料之间贴覆高电导率材料如铜、银、铝等，每层高电导率材料厚度为0.01 0.1mm，长度为450mm。本发明的有益效果为:本发明的屏蔽材料在厚度为0.2mm左右时，对IOkHz 500kHz的低频强磁场的屏蔽效能达到了 40dB，证明该材料是一种有效的低频强磁场屏蔽材料。目前，在屏蔽材料允许厚度有限的条件下如何提高低频强磁场屏蔽效能是一个技术难题，本发明的技术成果可对该技术难题的解决提供设计依据和技术指导。
图1为当铁磁性材料为两层时的屏蔽材料的结构示意图。图中所示I为高电导率材料，2为高抗磁饱和材料，3为高磁导率材料。Htl为屏蔽前磁场，H1为屏蔽后磁场。图2为实施例1测试样品的低频磁场屏蔽效能。图3为实施例2测试样品的低频磁场屏蔽效能。图4为实施例3测试样品的低频磁场屏蔽效能。图5为实施例4测试样品的低频磁场屏蔽效能。图6为实施例5测试样品的低频磁场屏蔽效能。图7为实施例6测试样品的低频磁场屏蔽效能。
图8为实施例7测试样品的低频磁场屏蔽效能。 图9为实施例8测试样品的低频磁场屏蔽效能。图10为实施例9测试样品的低频磁场屏蔽效能。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明:在下述实施例中，在实施例1和实施例2中，高电导率材料和铁磁性材料均为单层。在实施例3-9中，高电导率材料和铁磁性材料均为多层，但是，在实施例3中，1J79和1J50均为高磁导率材料；在实施例9中，1J85和1J50均为高磁导率材料。只有实施例4_8中的铁磁性材料为高磁导率材料和高抗磁饱和材料。实施例4中的“ IJ50 (高磁导率材料)和IJ22 (高抗磁饱和材料)”，实施例5中的“ IJ50带材(高磁导率材料)和电工纯铁(高抗磁饱和材料)”，实施例6中的“ IJ85 (高磁导率材料)、IJ50 (高磁导率材料)和IJ22铁磁性带材(高抗磁饱和材料)”，实施例7中的“ 1J79 (高磁导率材料)和1J22铁磁性带材(高抗磁饱和材料)”，实施例8中的“ IJ85 (高磁导率材料)和IJ22铁磁性带材(高抗磁饱和材料)”的高抗磁饱和材料和高磁导率材料排列顺序都是高抗磁饱和材料比高磁导率材料更靠近屏蔽前磁场。实施例1首先按照发明内容所述技术方案制备PVA圆柱管，然后在外壁贴覆一层厚度为0.1mm厚的1J85铁磁性带材,最后在测试样品的最外面贴覆一层厚度为0.03mm的招箔。铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度1180°C，保温4小时，然后经3小时冷却到600°C，充氩气以500°C /h的冷却速率快冷至150°C出炉。将该样品置于均匀磁场中测试其屏蔽性能，该磁场的频率范围为IOKHz 500KHz，磁场强度范围为2.3Gs 0.3Gs。测试结果如图2所示，材料在IOKHz时屏蔽效能小于40dB，在20KHz以上屏蔽效能大于40dB。实施例2首先按照发明内容所述技术方案制备PVA圆柱管，然后在外壁贴覆一层厚度为0.1mm厚的1J50铁磁性带材,最后在测试样品的最外面贴覆一层厚度为0.03mm的招箔。铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度1150°C，保温5小时，然后经3小时冷却到600°C，充氩气以400°C /h的冷却速率快冷至150°C出炉。将该样品置于均匀磁场中测试其屏蔽性能，该磁场的频率范围为IOKHz 500KHz，磁场强度范围为2.3Gs 0.3Gs。测试结果如图3所示，材料在IOKHz 30KHz时屏蔽效能小于40dB，在40KHz以上屏蔽效能大于40dB。实施例3首先按照发明内容所述技术方案制备PVA圆柱管，然后分别在外壁贴覆一层0.05mm厚的1J79和0.1mm厚的1J50铁磁性带材,最后分别在铁磁性带材之间和测试样品的最外层贴覆一层厚度为0.03mm的铝箔。1J79铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度1180°C，保温4小时，然后经3小时冷却到600°C，充氩气以500°C /h的冷却速率快冷至150°C出炉。1J50铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度1150°C，保温5小时，然后经3小时冷却到600°C，充氩气以400°C /h的冷却速率快冷至150°C出炉。将该样品置于均匀磁场中测试其屏蔽性能，该磁场的频率范围为IOKHz 500KHz，磁场强度范围为2.3Gs 0.3Gs。测试结果如图4所示，材料在IOKHz 500KHz频率范围内屏蔽效能大于40dB。实施例4首先按照发明内容所述技术方案制备PVA圆柱管，然后分别在外壁贴覆一层0.1mm厚的1J50和0.1mm厚的1J22铁磁性带材,最后分别在铁磁性带材之间和测试样品的最外层贴覆一层厚度为0.05mm的铜箔。1J22铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度880°C，保温3小时，然后经2小时冷却到750°C，充氩气以200°C /h的冷却速率快冷至150°C出炉。1J50铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度1200°C，保温4小时，然后经3小时冷却到600°C，充氩气以400°C /h的冷却速率快冷至100°C出炉。将该样品置于均匀磁场中测试其屏蔽性能，该磁场的频率范围为IOKHz 500KHz，磁场强度范围为2.3Gs 0.3Gs。测试结果如图5所示，材料在20KHz 500KHz频率范围内屏蔽效能大于 40dB。实施例5首先按照发明内容所述技术方案制备PVA圆柱管，然后分别在外壁贴覆一层0.1mm厚的1J50带材和0.1mm厚的电工纯铁，最后分别在1J50带材和电工纯铁之间和测试样品的最外层贴覆一层厚度为0.03mm的铜箔。1J50铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度1150°C，保温4小时，然后经4小时冷却到650°C，充氩气以500°C /h的冷却速率快冷至150°C出炉。将该样品置于均匀磁场中测试其屏蔽性能，该磁场的频率范围为IOKHz 500KHz，磁场强度范围为2.3Gs 0.3Gs。测试结果如图6所示，材料在20KHz 500KHz频率范围内屏蔽效能大于40dB。实施例6首先按照发明内容所述技术方案制备PVA圆柱管，然后分别在外壁贴覆一层0.1mm厚的1J85、0.1mm厚的1J50和0.1mm厚的1J22铁磁性带材，最后分别在各铁磁性带材之间和测试样品的最外层贴覆一层厚度为0.03mm的铝箔。1J85铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度1180°C，保温4小时，然后经3小时冷却到600°C，充氩气以500°C/h的冷却速率快冷至150°C出炉。1J50铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度1150°C，保温5小时，然后经3小时冷却到600°C，充氩气以400°C /h的冷却速率快冷至150°C出炉。1J22铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度800°C，保温3小时，然后经2小时冷却到700°C，充氩气以200°C /h的冷却速率快冷至150°C出炉。将该样品置于均匀磁场中测试其屏蔽性能，该磁场的频率范围为IOKHz 500KHz，磁场强度范围为2.3Gs 0.3Gs。测试结果如图7所示，材料在IOKHz 500KHz频率范围内屏蔽效能大于 40dB。实施例7首先按照发明内容所述技术方案制备PVA圆柱管，然后分别在外壁贴覆一层0.05mm厚的1J79和0.1mm厚的1J22铁磁性带材，最后分别在铁磁性带材之间和测试样品的最外层贴覆一层厚度为0.05mm的铜箔。1J79铁磁性材料的热处理工艺为:氢气气氛，热处理温度1200°C，保温4小时，然后经3小时冷却到600°C，以500°C /h的冷却速率快冷至100°C出炉。1J22铁磁性材料的热处理工艺为:氢气气氛，热处理温度880°C，保温4小时，然后经2小时冷却到750°C，充氩气以200°C /h的冷却速率快冷至100°C出炉。将该样品置于均匀磁场中测试其屏蔽性能，该磁场的频率范围为IOKHz ΙΟΟΚΗζ，磁场强度范围为
2.3Gs 1.2Gs。测试结果如图8所示，材料在IOKHz IOOKHz频率范围内屏蔽效能大于40dB。实施例8首先按照发明内容所述技术方案制备PVA圆柱管，然后分别在外壁贴覆一层
0.1mm厚的1J85和0.1mm厚的1J22铁磁性带材,最后分别在铁磁性带材之间和测试样品的最外层贴覆一层厚度为0.05mm的铜箔。1J85铁磁性材料的热处理工艺为:氢气气氛，热处理温度1180°C，保温4小时，然后经3小时冷却到600°C，以500°C /h的冷却速率快冷至100°C出炉。1J22铁磁性材料的热处理工艺为:氢气气氛，热处理温度850°C，保温4小时，然后经2小时冷却到700°C，充氩气以200°C /h的冷却速率快冷至100°C出炉。将该样品置于均匀磁场中测试其屏蔽性能，该磁场的频率范围为IOKHz ΙΟΟΚΗζ，磁场强度范围为
2.3Gs 1.2Gs。测试结果如图9所示，材料在IOKHz IOOKHz频率范围内屏蔽效能大于40dB。实施例9首先按照发明内容所述技术方案制备PVA圆柱管，然后分别在外壁贴覆一层
0.1mm厚的1J85和0.1mm厚的1J50铁磁性带材,最后分别在铁磁性带材之间和测试样品的最外层贴覆一层厚度为0.05mm的铝箔。1J85铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度1180°C，保温4小时，然后经3小时冷却到600°C，以500°C /h的冷却速率快冷至150°C出炉。1J50铁磁性材料的热处理工艺为:真空气氛，热处理温度1150°C，保温5小时，然后经2小时冷却到600°C，充氩气以400°C /h的冷却速率快冷至150°C出炉。将该样品置于均匀磁场中测试其屏蔽性能，该磁场的频率范围为IOKHz ΙΟΟΚΗζ，磁场强度范围为
2.3Gs 1.2Gs。测试结果如图10所示，材料在IOKHz IOOKHz频率范围内屏蔽效能大于50dB。
权利要求
1.一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的屏蔽材料是由单层或多层的高电导率材料和单层或多层的铁磁性材料构成；在高电导率材料和铁磁性材料均为单层时，在该屏蔽材料中，从屏蔽前磁场到屏蔽后磁场，依次排列高电导率材料、铁磁性材料；在高电导率材料和铁磁性材料均为多层时，在该屏蔽材料中，从屏蔽前磁场到屏蔽后磁场，依次排列高电导率材料、铁磁性材料，并在每层铁磁性材料之间有一层高电导率材料。
2.根据权利要求1所述的一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的低频强磁场是指磁场的频率范围为IOKHz 500KHz，磁场强度范围为2.3Gs 0.3Gs。
3.根据权利要求1所述的一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的高电导率材料是指铜、银或铝。
4.根据权利要求1所述的一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的铁磁性材料为高抗磁饱和铁磁性材料和/或高磁导率材料。
5.根据权利要求1所述的一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的高抗磁饱和铁磁性材料为纯度> 99.9%的纯铁或铁钴合金1J22。
6.根据权利要求1所述的一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的高磁导率材料为铁镍合金1J50、1J79、1J85中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的单层或多层的铁磁性材料中的每层铁磁性材料厚度范围为0.05mm 0.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的单层或多层的高电导率材料中的每层高电导率材料厚度范围为0.0lmm 0.1mm。
9.根据权利要求1所述的一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的铁磁性材料在真空或氢气条件下进行热处理，热处理温度为700°C 1300°C，保温时间2 10h，快冷时降温速率> 200°C /h。
10.根据权利要求4所述的一种低频强磁场屏蔽材料，其特征在于:所述的铁磁性材料为高抗磁饱和材料和高磁导率材料时,它们排列顺序是高抗磁饱和材料比高磁导率材料更靠近屏蔽前磁场。
全文摘要
一种低频强磁场屏蔽材料。这种屏蔽材料由单层或多层高电导率材料和铁磁性材料构成。屏蔽材料是高电导率材料和铁磁性材料分别按照不同的次序、层数及厚度等方式进行组合。在屏蔽材料制备过程中需对铁磁性材料进行热处理。考虑到高磁导率铁磁性材料在强磁场环境下易发生磁饱和现象，首先选用高抗磁饱和材料来初步减弱强磁场，然后采用高磁导率材料进一步屏蔽弱化后的磁场，在高抗磁饱和材料层和高磁导率材料层之间使用高电导率材料作为磁阻挡层，同时也具有部分屏蔽交变磁场的作用。本发明的屏蔽材料在厚度为0.2mm左右时，对10kHz～500kHz的低频强磁场的屏蔽效能达到了40dB，解决了在屏蔽材料允许厚度有限的条件下如何提高低频强磁场屏蔽效能是一个技术难题。
文档编号H05K9/00GK103171184SQ20111043078
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者马书旺, 杨剑, 毛昌辉, 刘坤, 梁秋实 申请人:北京有色金属研究总院