电磁屏蔽材料的分类和工艺

　　摘要：我国的屏蔽技术起步较晚，最初的屏蔽材料多为进口。我国国力的提升使电磁屏蔽领域有了较大的发展，新型国产屏蔽材料层出不穷。文章对电磁屏蔽材料的分类和工艺进行介绍。

　　我国电磁屏蔽技术的发展起步于20 世纪60 年代，沿用的是美国的技术，采用的屏蔽材料从美国进口，也有的从德国进口，而后才有了国产电磁屏蔽材料的出现。我国的社会主义建设日新月异，电磁屏蔽行业也得到了迅猛的发展。以往的电磁屏蔽专业书籍和专业论文中，很少有对电磁屏蔽材料做细致的分类和研究，以及对电磁屏蔽材料生产工艺鲜有报道。因为最初的电磁屏蔽机房大多使用的是金属板材，后来考虑到电磁屏蔽设备成本，人们对屏蔽材料才有了不同的取向。目前国内对电磁屏蔽材料还没有国标（GB）的细致分类，按照目前常用的电磁屏蔽材料的形制来看，以屏蔽机房和保密会议室为例，本文对分类和工艺进行介绍。

　　1　金属板材屏蔽材料

　　从最初的电磁屏蔽机房到现在仍大量使用的电磁屏蔽机房的用材来看，金属板材始终占据大半江山。所用的金属板材也比较单一，就是钢板。早期的电磁屏蔽机房采用1.5mm 厚钢板作为电磁屏蔽机房的墙板和顶板，地板采用2mm 厚钢板。为了增强电磁屏蔽机房的使用寿命（通常为20 年）和导磁性，现在多用2mm 厚的钢板作为墙板和顶板，底板为3mm 厚，钢板连接处采用二氧化碳保护焊，整个电磁屏蔽机房刷防锈漆防锈。也有单位采用2mm 厚的镀锌钢板作为电磁屏蔽材料的，追求的是防锈效果，可以延长屏蔽机房的使用寿命。

　　金属板材目前来说就是指钢板，钢板分为冷轧钢板和热轧钢板。由《金属工艺学》的理论，铁元素在不同的加工工艺时会变化为不同的铁素体，主要是马氏体和奥氏体。马氏体是三维组织形态，奥氏体是多边形晶粒形态。奥氏体由热轧工艺生成，塑性好、强度较低，有一定的韧性，虽然有导电性，但多边形晶粒增大了磁阻，导磁性很差，不如马氏体。所以电磁屏蔽材料采用的钢板都是冷轧钢板。

　　无论如何，采用钢板作为电磁屏蔽机房的屏蔽材料等于是建造了一个金属屋，虽然电磁屏蔽性能良好，但造价无疑最贵。为了降低屏蔽机房的建造成本，还有一些单位选用镀锌铁皮作为电磁屏蔽机房的屏蔽材料。镀锌铁皮厚度有 0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm 等不同规格，连接处根据铁皮的厚薄不同采用锡焊或二氧化碳保护焊。镀锌铁皮除成本低廉外，还有重量轻、易安装的特定，甚至可以安装在木制框架上。选用此种屏蔽材料一般多用于电磁屏蔽指标要求不太高的机房。

　　镀锌钢板和镀锌铁皮采用的加工工艺是电镀或化学镀，就是工业上常用的电镀工艺，比如防锈的镀锌工艺、镀铬工艺、镀铜工艺、镀锡工艺等，工艺上已经很成熟。把需要屏蔽的非金属体浸入聚甲基丙烯酸中，聚甲基丙烯酸中加进金属颗粒，金属的电子在酸的化学反应下跑向非金属体，形成一层金属薄层，就成了导电良好的屏蔽材料。

　　就电磁屏蔽的需要来看，综合导电性和材料成本，锌粉和铜粉是电镀和化学镀使用最多的材料。经过使用锌粉和铜粉电镀和和化学镀的屏蔽材料，有导电性能好、价格适中、易于安装等优点。铜粉的优点是导电好，缺点是铜分子容易氧化，屏蔽材料表面氧化后导电率迅速下降，于是行业就有了电磁防降技术。防降技术也不复杂，就是在电镀和化学镀的材料中加入特制的抗氧化剂，或者加入不容易氧化的重金属粉，比如镍、锰等，或者加入既导电又抗氧化的物质，如碳黑。锌粉的导电性不如铜粉，但价格低，可以防氧化，减少了后期的维修成本，所以镀锌板材至今在屏蔽行业大行其道。

　　2　金属网电磁屏蔽材料

　　由于钢板材质作为电磁屏蔽机房成本太高，有些边穷地区视如天价，不少单位选取造价低廉的金属网作为电磁屏蔽材料。金属网电磁屏蔽材料的材质大多为黄铜或不锈钢，也有紫铜材质的。黄铜是在紫铜溶液中加入了锌，熔炼后凝固成为黄铜，分为三七铜和四六铜2 种。黄铜比紫铜硬度高强度高，紫铜比黄铜导电性能好，质地较软，成本稍高一些。铜金属导电性能良好，材源充足，工艺简单，便于加工和运输，这样可以大大节省材料成本，比如一平方厘米200 目的黄铜丝网，幅宽80cm，30m 长一卷，目前的价格只有1400 元，与紫铜和不锈钢材质的价格相差不大。

　　金属网作为电磁屏蔽材料可以安装在木制的框架上，有安装1 层金属网的，也有为了追求屏蔽效果安装2 层甚至3 层金属网的。安装时，金属网的连接处用木板压条压住需要连接的金属网即可。屏蔽机房的金属网屏蔽做好以后，机房的内装修和外装修可以根据图纸设计和用户的喜好任意装修。

　　金属网生产工艺并不复杂，我国河北省衡水市安平县全县的支柱产业就是生产织网，主要是金属网，被称为中国丝网之乡，中国丝网产销基地，技术非常成熟。但丝网也有其缺憾。屏蔽网的网孔虽然很小，有1 平方厘米60、 100、120、200、1400、1500 目等不同型号。即使选用最小的网目，电磁信号仍有可能通过或逃逸，屏蔽效果并不理想，因为电磁场是一个粒子流动的空间，现在国内用户并不太多。

　　3　复合型电磁屏蔽塑料板材

　　复合型电磁屏蔽塑料板材又称为填充型复合屏蔽塑料，材质不是纯塑料（合成树脂）。纯塑料是一种聚合物，由较小而结构简单的小分子籍共价键组合而成，因此，合成树脂是不导电的，它本身可以成型，也可以与其他材料混合成型。复合型电磁屏蔽塑料是合成树脂和多种材料的混合体，在合成树脂中填充了金属粉、金属纤维、炭黑、碳纤维、导电玻璃纤维、导电高分子纤维、尼龙、橡胶，这些填充物和合成树脂混炼，通过喷射或注膜成型或过开炼机或捏合机等工艺成型。此种复合屏蔽材料，由于工艺复杂，成本很高，如果按重量销售，高昂的价格客户可能接受不了。但由于此类屏蔽材料可以做成不同的厚度，即使采用较厚的规格，重量也很轻、易加工、用量少，再加上可以降低施工成本和后期维护成本，仍然受到客户的青睐。目前欧美市场大量采用此类屏蔽材料，国内尚未见此类产品。

　　复合型电磁屏蔽塑料板材有诸多优点，且寿命长，防潮防水，但短板是不阻燃。尽管如此，此类屏蔽材料仍应该引起国内有关屏蔽材料生产行业的重视。

　　4　喷涂型电磁屏蔽材料

　　我国的金属钢板和金属网工艺已经相当成熟，由这2 种屏蔽材料做成的屏蔽机房遍布全国各地。近几年，国内出现了成本低、更易施工的喷涂型和涂抹型金属复合屏蔽材料。喷涂型屏蔽材料 表层导电涂料可以喷涂在织物、塑料、玻璃钢、木板上，一般涂层厚度50μm。需要加厚时可以再次喷涂。

　　表层导电型屏蔽材料导电性强，施工简便、重量轻，应用范围广，价格适中，目前欧美各国大量使用此类材料。国内有多家企业生产此类屏蔽材料，例如山西大同墨西科技有限责任公司生产的水性石墨烯内墙屏蔽涂料。此类屏蔽材料有用户使用后反映出现起皮现象，产品的质量还有待提高，或可在涂料中添加防起皮的有关物质。

　　稀土有工业“黄金”之称，有优良的光、电、磁物理性能。我国稀土矿源丰富，主要分布在内蒙古的白云鄂博，是世界上最大的稀土矿床。稀土可以与其他材料组合，生产品种繁多的新型材料。系统与其他材料组合，显著的功能就是大幅提高其他材料的质量和物理性能。目前稀土用于军事领域比较多，用于民用较少。按照稀土的物理性能，把它用于电磁屏蔽行业是个不错的选择，比如用于屏蔽喷涂材料。当然，并不是说在石墨烯中简单地加入稀土就可以了，它需要复杂的加工工艺。目前试用中的喷涂型屏蔽材料最大的问题是喷涂厚度不易掌握，喷不好干了以后会出现剥皮现象。这种现象的原因有可能是以下原因：屏蔽层的薄膜导电层屏蔽效能几乎与频率无关，一般为50，只有屏蔽层厚度时，屏蔽效能将随频率升高而增加。因此，对于科技含量很高的电场屏蔽机房的施工，施工人员需要严格的技术培训。

　　5　结语

　　2021 年，陕西广天科技有限公司开始研制不起皮的新型石墨烯（graphene）喷涂型屏蔽材料，已经开始申请国家专利。石墨是一种耐高温、高导电的矿物质，把石墨和有关金属微粒做成石墨烯涂抹材料，这样的涂抹层就会有电磁屏蔽效能，并且还有重量轻、价格低、施工便捷的优势。这种新产品正在等待市场的检验。

　　（作者单位：陕西广天科技有限公司）

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