CN105367809B - 一种制作具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制作具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维板的方法，包括步骤一、碳纤维布表面处理；步骤二、碳纤维布表面磁控溅射镀镍；步骤三、碳纤维布表面电镀铜；步骤四、碳纤维布表面电镀镍；步骤五、干燥；步骤六、压板。所述镀镍碳纤维板在150KHz~18GHz的电磁场中电磁屏蔽效能大于40dB，通过镍‑铜‑镍三层镀层的结构设计，可以有效地提高碳纤维布电磁屏蔽效果的稳定性；复合材料的成型、镀镍碳纤维表面的树脂层提高了制件的耐腐蚀性能。

Description

一种制作具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维板的方法

技术领域

本发明属于电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种制作具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维板的方法。

背景技术

电磁屏蔽的厢体、机箱等是常见的电磁屏蔽领域的制件，而电磁屏蔽的厢体、机箱由具有电磁屏蔽的板材制成，目前其制作工艺流程复杂。首先，为了保证厢体的强度，厢体的板材普遍采用金属蒙皮加泡沫芯材质的“三明治”结构，并且中间设置有起支撑加强作用的金属框架；其次，为了保证屏蔽效果，在板材的搭接处采用贴导电铝箔，在安装角铝时需要控制用胶量及铆钉的间距，在安装包角和附件时需要装配铜丝网和控制铆钉的间距等防止电磁泄漏的防护措施；最后，为了保证板材耐腐蚀效果，通常在厢体拼装完毕之后，在金属蒙皮表面喷涂油漆，甚至是重防腐油漆来提高厢体在极端环境条件下的耐盐雾性能。

目前技术存在以下缺陷:1、传统的“三明治”结构板材中的金属蒙皮和框架都是纯金属，造成厢体存在重量重的问题；2、金属蒙皮的耐盐雾性差，需要表面喷涂油漆来提供保护，但是随着时间延长，油漆层容易出现脱落或是裂纹，从而造成霉斑或是生锈等严重问题，降低厢体的电磁屏蔽效能和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维板的方法，解决现有技术中电磁屏蔽的板材质量重、电磁屏蔽效能差和耐腐蚀差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种制作具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维板的方法，包括如下步骤：

步骤一、碳纤维布表面除污：除去吸附在碳纤维布表面的污染物和有机活性剂，为后续工序提供良好的镀层环境，保证镀层与碳纤维布的结合力。

步骤二、碳纤维布表面磁控溅射镀镍：采用磁控溅射技术对经过步骤一处理后的碳纤维布表面进行真空镀镍，将纳米粒子形态的镍离子均匀的喷镀到碳纤维布的表面，形成一次镀镍碳纤维布，碳纤维布在磁控溅射镀镍设备中的行进速率为90～100m/h。因为铜的导电性能、电磁屏蔽性能较镍更好，但是铜不易直接镀在碳纤维布表面，所以在镀铜之前需要在碳纤维布上先镀一层镍作为镀铜的基层，而采用磁控溅射技术镀镍，镍离子沉积速率快、溅射所获得的镍薄膜与碳纤维布结合较好。

步骤三、电镀铜：采用电镀的方式对一次镀镍碳纤维布表面镀铜，所述电镀铜的电流密度为180～200A/dm2，电压为8V～10V，一次镀镍碳纤维布在镀铜电镀池中的行进速率为4～6m/h，镀铜时电镀液的温度为40～45℃，形成镀铜碳纤维布，电镀铜层保证了该碳纤维布具有更好的导电性能和电磁屏蔽性能。采用现有技术中的镀铜电镀液即可以实现该步骤。

步骤四、电镀镍：采用电镀的方式对镀铜碳纤维布表面二次镀镍，所述电镀镍的电流密度为180～200A/dm2，电压为8V～10V，镀铜碳纤维布在镀镍电镀池中的行进速率为4～6m/h，镀镍时电镀液的温度为40～45℃，得到二次镀镍碳纤维布；因为电镀铜层容易被氧化，故需要在电镀铜层上镀一层镍对齐进行保护。采用现有技术中的镀镍电镀液即可以实现该步骤。

步骤五、干燥：除去二次镀镍碳纤维布表面的残留电镀液，并对其进行烘干。

步骤六、压制成板：将经过步骤五处理后的二次镀镍碳纤维布与树脂压制形成具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维板，树脂层覆盖整个二次镀镍碳纤维布的表面。因为镀镍碳纤维布比较柔软，需要增加树脂层提高强度，树脂固化后起到定型和保护布的作用，提高了镀镍碳纤维布的耐腐蚀性能，但是树脂不宜太厚，因为树脂的密度较大，过厚会增加板材的重量。

进一步改进，所述步骤五中，对二次镀镍碳纤维布进行三级水洗除去表面的残留电镀液，所述烘干温度为160～170℃，碳纤维布在烘干器中的行进速率为4～6m/h。二次镀镍镀结束后必须要对二次镀镍碳纤维布进行烘干，防止生锈。

进一步改进，所述步骤一中，采用离子轰击的方式除去吸附在碳纤维布表面的污染物和活性剂，碳纤维布在除污设备中的行进速率为90～100m/h，碳纤维布表面的活性剂被汽化，根据汽化气体量来控制碳纤维布表面污物的处理程度。

进一步改进，镀镍碳纤维板的厚度为0.9-1mm。

进一步改进，所述碳纤维布为T300-3K的斜纹碳纤维布，

进一步改进，所述步骤三结束后，对镀铜碳纤维布进行三级水洗除去布表面的残液，再经过单层95～100℃烘干，因为有可能步骤三结束后没有立即进行步骤四，防止镀层生锈，需要进行烘干处理。

进一步改进，所述步骤二中磁控溅射镀镍的镀层厚度为0.04-0.05mm。

进一步改进，所述步骤三中电镀铜的镀层厚度为0.04-0.05mm。

进一步改进，所述步骤四中电镀镍的镀层厚度为0.04-0.05mm。

进一步改进，所述镀镍碳纤维板在150KHZ～18GHZ的电磁场中电磁屏蔽效能大于40dB，满足一般军用电子屏蔽效能的要求。

进一步改进，还包括步骤七，将经过步骤六制成的多个镀镍碳纤维板采用如下步骤按设计尺寸搭接连成具有电磁屏蔽性能的大板：

(1)、采用高能激光烧蚀掉各个镀镍碳纤维板搭接部的树脂层。因为两个具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维板表面树脂层的存在，会造成导电受阻，则肯定会存在电磁泄露，从而必须消除掉搭接面上的树脂层。

(2)、在经过步骤(1)处理的镀镍碳纤维板的搭接部刷涂导电液；保证相搭接的两个镀镍碳纤维板的镀镍层之间导通。

(3)、将经过步骤(2)处理的各个镀镍碳纤维板搭接拼成大板，在镀镍碳纤维板搭接部涂覆导电胶，并结合紧固装置将多个镀镍碳纤板连接在一起制成具有电磁屏蔽性能的大板。导电胶用来密封两个镀镍碳纤维板之间的搭接缝隙，防止电磁波从搭接缝隙中泄露，保证搭接连成的大板的电磁屏蔽效能满足要求。

进一步改进，所述导电胶为ZB2561有机硅导电胶，ZB2561有机硅导电胶为南京中贝电子有限公司生产，具有很好的弹性很韧性，性能稳定，体积电阻率10^-3Ω·cm。

碳纤维布具有轻质、高强、抗腐蚀、耐老化、耐久性好、抗震性能好、物理性能稳定等诸多优点，其抗拉强度是同等截面钢材的7-10倍。采用碳纤维布作为基材制作的镀镍碳纤维板质量轻，便于搬运；高强性能保证了在使用过程中不易被外力破坏、耐腐蚀性能则进一步提高了镀镍碳纤维板的使用寿命、降低了成本。

电磁屏蔽的原理：当电磁波到达屏蔽体表面时会产生两种情况：1、由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续，对入射电磁波产生反射；2、未被屏蔽体表面反射掉而进入屏蔽体的电磁波，在屏蔽体内向前传播的过程中，被屏蔽材料所衰减，也就是所谓的吸收；而在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量，传到屏蔽体另一表面时，遇到金属－空气阻抗不连续的交界面，会形成再次反射，并重新返回屏蔽体内，这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。总之，电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收。铜因为具有良好的导电性能，对电磁波具有良好的吸收衰减性能，因此办发明镀镍碳纤维板中的镀铜层具有良好的电磁屏蔽性能。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、采用碳纤维布作为基材制作的镀镍碳纤维板质量轻，便于搬运；高强性能保证了在使用过程中不易被外力破坏、耐腐蚀性能则进一步提高了镀镍碳纤维板的使用寿命、降低了成本。

2、通过镍-铜-镍三层镀层的结构设计，一次镀镍为镀铜提供了良好的基础，二次镀镍则对镀铜层进行保护、防止氧化，有效地提高镀镍碳纤维板电磁屏蔽效果的稳定性。

3、镀镍碳纤维表面的树脂层提高了镀镍碳纤维板强度，便于后序电磁屏蔽箱体的制作。

4、镀镍碳纤维板的重量仅增加了20％左右，满足电磁防护体轻量化的要求。

5、通过填充导电胶来密封两个镀镍碳纤维板之间的搭接缝隙，防止电磁波从搭接缝隙中泄露，保证搭接连成的大板的电磁屏蔽效能满足要求。

附图说明

图1为本发明所述镀镍碳纤维布板的制作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一：

采用如下步骤制作具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维布：

步骤一、碳纤维布表面除污：采用离子轰击的方式除去吸附在碳纤维布表面的污染物和活性剂，碳纤维布在除污设备中的行进速率为90m/h，碳纤维布表面的活性剂被汽化，根据汽化气体量来控制碳纤维布表面污物的处理程度，所述碳纤维布为T300-3K的斜纹碳纤维布。

步骤二、碳纤维布表面磁控溅射镀镍：采用磁控溅射技术对经过步骤一处理后的碳纤维布表面进行真空镀镍，将纳米粒子形态的镍离子均匀的喷镀到碳纤维布的表面，形成一次镀镍碳纤维布，碳纤维布在磁控溅射镀镍设备中的行进速率为90m/h。

步骤三、电镀铜：采用电镀的方式对一次镀镍碳纤维布表面镀铜，所述电镀铜的电流密度为180A/dm2，电压为8V，镀铜电镀池的宽度为1.2m、长度为2m，一次镀镍碳纤维布在镀铜电镀池中的处理速率为4m/h，镀铜时电镀液的温度为40℃，形成镀铜碳纤维布，对镀铜碳纤维布进行三级水洗除去布表面的残液，再经过单层95℃烘干。

四、电镀镍：采用电镀的方式对镀铜碳纤维布表面二次镀镍，所述电镀镍的电流密度为180A/dm2，电压为8V，镀镍电镀池的宽度为1.2m、长度为2m，碳纤维布在镀镍电镀池中的处理速率为4m/h，镀镍时电镀液的温度为40℃，得到二次镀镍碳纤维布。

步骤五、干燥：对二次镀镍碳纤维布进行三级水洗除去表面的残留电镀液，再对经过三级水洗的二次镀镍碳纤维布进行烘干，烘干温度为160℃，碳纤维布在烘干器中的行进速率为4m/h。

根据上述步骤制成的镀镍碳纤维布，磁控溅射镀镍的镀层厚度为0.045mm。电镀铜的镀层厚度为0.045mm，电镀镍的镀层厚度为0.045mm。

实施例二：

采用如下步骤制作具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维布：

步骤一、碳纤维布表面除污：采用离子轰击的方式除去吸附在碳纤维布表面的污染物和活性剂，碳纤维布在除污设备中的行进速率为100m/h，碳纤维布表面的活性剂被汽化，根据汽化气体量来控制碳纤维布表面污物的处理程度，所述碳纤维布为T300-3K的斜纹碳纤维布。

步骤二、碳纤维布表面磁控溅射镀镍：采用磁控溅射技术对经过步骤一处理后的碳纤维布表面进行真空镀镍，将纳米粒子形态的镍离子均匀的喷镀到碳纤维布的表面，形成一次镀镍碳纤维布，碳纤维布在磁控溅射镀镍设备中的行进速率为100m/h。

步骤三、电镀铜：采用电镀的方式对一次镀镍碳纤维布表面镀铜，所述电镀铜的电流密度为200A/dm²，电压为10V，镀铜电镀池的宽度为1.2m、长度为2m，一次镀镍碳纤维布在镀铜电镀池中的处理速率为6m/h，镀铜时电镀液的温度为45℃，形成镀铜碳纤维布，对镀铜碳纤维布进行三级水洗除去布表面的残液，再经过单层95℃烘干。

四、电镀镍：采用电镀的方式对镀铜碳纤维布表面二次镀镍，所述电镀镍的电流密度为200A/dm²，电压为10V，镀镍电镀池的宽度为1.2m、长度为2m，碳纤维布在镀镍电镀池中的处理速率为6m/h，镀镍时电镀液的温度为45℃，得到二次镀镍碳纤维布。

步骤五、干燥：对二次镀镍碳纤维布进行三级水洗除去表面的残留电镀液，再对经过三级水洗的二次镀镍碳纤维布进行烘干，烘干温度为170℃，碳纤维布在烘干器中的行进速率为6m/h。

根据上述步骤制成的镀镍碳纤维布，磁控溅射镀镍的镀层厚度为0.0427mm。电镀铜的镀层厚度为0.0427mm，电镀镍的镀层厚度为0.0427mm。

对比例一：

为T300，3K斜纹的碳纤维布。

实施例一、二与对比例一相比：

对实施例一、二中制成的镀镍碳纤维布与对比例一中制成的碳纤维布进行特性测定，测定结果如表1所示。

表1三种纤维布性能对比

通过表1表明：

(1)、通过镀镍-镀铜-镀镍所制碳纤维布相比对比例一中碳纤维布质量仅增加20％左右，满足重量轻的要求；

(2)、通过镀镍-镀铜-镀镍所制碳纤维布相比对比例一中碳纤维布的电阻值下降，导电能力大幅上升。

实施例三：

如图1所示，与实施例一相比，将经过步骤五处理后的二次镀镍碳纤维布与树脂压制形成具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维板，树脂层覆盖整个二次镀镍碳纤维布的表面。其他步骤与实施例一相同制成镀镍碳纤维板。

实施例四：

与实施例二相比，将经过步骤五处理后的二次镀镍碳纤维布与树脂压制形成具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维板，树脂层覆盖整个二次镀镍碳纤维布的表面，树脂层的厚度与实施例三中相同，其他步骤与实施例二相同制成镀镍碳纤维板。

对比例二：

采用T300-3K斜纹的碳纤维布，将该碳纤维布与树脂压制形成碳纤维板，树脂层覆盖整个碳纤维布的表面，树脂层的厚度与实施例三、四中的相同。

实施例三、四与对比例二相比：

对镀镍碳纤维板与碳纤维板的电磁屏蔽性能检测，按照GB/T 12190-2006的规定进行电磁屏蔽效能试验，得出的结果如表2所示。

表2电磁频率与屏蔽效能关系图

从表2中可以看出，电磁波频率在150K～18G之间时镀镍碳纤维板的电磁屏蔽效能均大于40dB，满足一般军用电子屏蔽效能的要求。

实施例五：

与实施例三相比，实施例缺少二次镀镍的过程，其他步骤与实施例三相同制成镀铜碳纤维板。

实施例三与实施例五相比：

对通过实施例三的制成的镀镍碳纤维板和实施例五所制的镀铜碳纤维板分别进行盐雾试验：盐雾试验是检测镀镍碳纤维板耐腐蚀性能的主要手段，实施例一和对比例二所制碳纤维板表面光亮、纹路清晰、无缺胶和针眼等缺陷。按照GJB150.11A-2009中7.2的条件进行盐雾试验，试验时间144h(72h喷盐雾和72h干燥程序)。实验检测结果表明：实施例五中未经过镀镍处理所制碳纤维板碳纤维布表面有明显的铜绿，表明树脂层被腐蚀，镀铜层与NaCl溶液在空气中直接接触，发生电化学腐蚀，镀铜层被破坏。实施例三中经过镀镍处理所制碳纤维板表面依旧光滑、光亮、无铜绿等金属腐蚀杂质，表明镀镍层起到保护镀铜层的作用，保证碳纤维板具有良好的的电磁屏蔽效能。

综上所述，本发明所述镀镍碳纤维板具有重量轻、电磁屏蔽效能好、耐腐蚀强的优点。

本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种制作具有电磁屏蔽性能镀镍碳纤维板的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、碳纤维布表面除污：除去吸附在碳纤维布表面的污染物和有机活性剂；

步骤二、碳纤维布表面磁控溅射镀镍：采用磁控溅射技术对经过步骤一处理后的碳纤维布表面进行真空镀镍，将纳米粒子形态的镍离子均匀的喷镀到碳纤维布的表面，形成一次镀镍碳纤维布，碳纤维布在磁控溅射镀镍设备中的行进速率为90~100m/h，磁控溅射镀镍的镀层厚度为0.04-0.05mm；

步骤三、电镀铜：采用电镀的方式对一次镀镍碳纤维布表面镀铜，所述电镀铜的电流密度为180~200A/dm2，电压为8V~10V，一次镀镍碳纤维布在镀铜电镀池中的行进速率为4~6m/h，镀铜时电镀液的温度为40~45℃，形成镀铜碳纤维布，电镀铜的镀层厚度为0.04-0.05mm；

步骤四、电镀镍：采用电镀的方式对镀铜碳纤维布表面二次镀镍，所述电镀镍的电流密度为180~200 A/dm2，电压为8V~10V，镀铜碳纤维布在镀镍电镀池中的行进速率为4~6m/h，镀镍时电镀液的温度为40~45℃，得到二次镀镍碳纤维布，电镀镍的镀层厚度为0.04-0.05mm；

步骤五、干燥：除去二次镀镍碳纤维布表面的残留电镀液，并对其进行烘干；

步骤六、压制成板：将经过步骤五处理后的二次镀镍碳纤维布与树脂压制形成镀镍碳纤维板，树脂层覆盖整个二次镀镍碳纤维布的表面。

2.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能碳纤维板的制作方法，其特征在于，所述步骤一中，采用离子轰击的方式除去吸附在碳纤维布表面的污染物和活性剂，碳纤维布在除污设备中的行进速率为90~100m/h。

3.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能碳纤维板的制作方法，其特征在于，所述镀镍碳纤维板的厚度为0.9-1mm。

4.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能碳纤维板的制作方法，其特征在于，所述步骤三结束后，对镀铜碳纤维布进行三级水洗除去布表面的残液，再经过单层95~100℃烘干。

5.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能碳纤维板的制作方法，其特征在于，所述步骤五中，对二次镀镍碳纤维布进行三级水洗除去表面的残留电镀液，所述烘干温度为160~170℃，碳纤维布在烘干器中的行进速率为4~6m/h。

6.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽性能碳纤维板的制作方法，其特征在于，所述镀镍碳纤维板在150KHz~18GHz的电磁场中电磁屏蔽效能大于40dB。

7.根据权利要求1-6任一项所述的具有电磁屏蔽性能碳纤维板的制作方法，其特征在于，还包括步骤七，将经过步骤六制成的多个镀镍碳纤维板采用如下步骤按设计尺寸搭接连成具有电磁屏蔽性能的大板：

（1）、采用高能激光烧蚀掉各个镀镍碳纤维板搭接部的树脂层；

（2）、在经过步骤（1）处理的镀镍碳纤维板的搭接部刷涂导电液；

（3）、将经过步骤（2）处理的各个镀镍碳纤维板搭接拼成大板，在镀镍碳纤维板搭接部涂覆导电胶，并结合紧固装置将多个镀镍碳纤板连接在一起制成具有电磁屏蔽性能的大板。

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