CN109923954B - 用于电磁干扰(emi)应用的高负载水平复合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了具有高负载水平陶瓷珠的电磁干扰(EMI)屏蔽复合物以及制造和使用该复合物的方法。该复合物包括分布在聚合物基质内的高负载水平的陶瓷珠。该陶瓷珠具有基本上球形的形状。该陶瓷珠通过熔融陶瓷粉末或颗粒来形成。在一些情况下，该陶瓷珠包括铁氧体珠。

Description

用于电磁干扰(EMI)应用的高负载水平复合物及其制备方法

技术领域

本公开涉及用于高频率模式中的电磁干扰(EMI)应用的具有高负载水平磁性颗粒的复合物或制品，以及制造和使用该复合物或制品的方法。

背景技术

电子设备越来越紧密地集成在一起，其中零件、芯片或天线越来越小。当设备部件以更高的频率操作并且彼此更接近时，可增加电磁干扰(EMI)辐射，并且能够加剧电磁兼容性(EMC)问题。零件大小的减小对电路制造提出了挑战，并且经常产生造成EMI辐射的非理想组件。此外，较高频率下的较大信号损失通常通过增加电路板上的信号功率来解决，这意味着增加了无用辐射的功率。当操作频率增加到高频率模式(例如，高于约18GHz)时，封装件的屏蔽效能可显著降低，从而产生增加的辐射问题。

发明内容

期望在用于电磁干扰(EMI)应用(尤其是在高频率模式中)的电子设备中使用具有改善电磁特性的更有效的屏蔽/吸收材料。简而言之，在一个方面，本公开描述了一种电磁干扰(EMI)屏蔽复合物，该复合物包含约20体积％至约60体积％的聚合物基质以及约40体积％至约80体积％的分布在聚合物基质内的陶瓷珠。在一些实施方案中，陶瓷珠可包括具有基本上球形形状的铁氧体珠。

在另一个方面，本公开描述了一种制造电磁干扰(EMI)屏蔽复合物的方法。该方法包括提供铁氧体粉末前体，加工铁氧体粉末前体以形成铁氧体颗粒，熔融铁氧体颗粒以形成铁氧体珠，以及将铁氧体珠与聚合物基质材料复合以形成复合物。

在另一个方面，本公开描述了制造EMI屏蔽复合物的方法。该方法包括提供铁氧体粉末前体，将铁氧体粉末前体与粘结剂材料混合以形成混合物，碾磨混合物，在高温下煅烧混合物以形成铁氧体粉末，以及根据粒度范围将铁氧体粉末分级以分离铁氧体颗粒。可熔融分级的铁氧体颗粒以形成铁氧体珠。

在另一个方面，本公开描述了制造EMI屏蔽复合物的方法。该方法包括提供铁氧体粉末前体，将铁氧体粉末前体与粘结剂材料混合以形成混合物，通过将混合物填充到存在于基底中的微型模具腔中以形成铁氧体颗粒来将混合物成型为铁氧体颗粒，以及在高温下煅烧铁氧体颗粒。可进一步熔融铁氧体颗粒以形成铁氧体珠。

在本公开的示例性实施方案中获取各种意料不到的结果和优点。本公开的示例性实施方案的一个这种优点在于通过包括高负载水平的铁氧体珠， EMI屏蔽复合物表现出优异的EMI吸收性能和具有相对较低刚度的机械特性。

已总结本公开的示例性实施方案的各种方面和优点。上面的发明内容并非旨在描述本公开的当前某些示例性实施方案的每个例示的实施方案或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些优选实施方案。

附图说明

结合附图考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：

图1A示出了M型铁氧体粉末的显微图像。

图1B示出了M型铁氧体珠的显微图像。

图2A示出了CE-1和E-9的测试结果，示出了聚合物复合物的介电常数的实部和虚部相对于频率的曲线。

图2B示出了CE-1和E-9的测试结果，示出了聚合物复合物的磁导率的实部和虚部相对于频率的曲线。

图3示出了各种实施例的测试结果，示出了具有各种负载水平的聚合物复合物的应力相对于应变的曲线。

图4示出了各种实施例的测试结果，示出了聚合物复合物的杨氏模量相对于负载水平的曲线。

图5示出了作为CE-12和E-9的频率的函数的反射损失。

在附图中，相似的附图标号指示相似的元件。虽然可不按比例绘制的上面标识的附图阐述了本公开的各种实施方案，但还可想到如在具体实施方式中所提到的其它实施方案。在所有情况下，本公开以示例性实施方案的表示的方式而非通过表述限制来描述当前所公开的公开内容。应当理解，本领域的技术人员可想出许多其它修改和实施方案，这些修改和实施方案落在本公开的范围和实质内。

具体实施方式

对于以下定义术语的术语表，除非在权利要求书或说明书中的别处提供不同的定义，否则整个申请应以这些定义为准。

术语表

在整个说明书和权利要求书中使用某些术语，虽然大部分为人们所熟知，但仍可需要作出一些解释。应当理解：

术语“聚合物”和“聚合物材料”是指由一种单体诸如均聚物制得的材料，或是指由两种或更多种单体诸如共聚物、三元共聚物等制得的材料，或该两者。同样，术语“聚合”是指制造聚合物材料的工艺，聚合物材料可为均聚物、共聚物、三元共聚物等。术语“共聚物”和“共聚材料”是指由至少两种单体制得的聚合物材料。

术语“室温”和“环境温度”可互用，意指20℃-25℃范围内的温度。

本文使用的术语“球形的”是描述至少基本上是球形的并且不必是完全球形的颗粒(例如，珠)。类似地，当术语“球体”在本文中与珠互换使用时，它是指至少基本上是球形并且不必是完美球形的颗粒。本文使用的术语“珠”是指基本上球形的形状，其中从颗粒表面上的点到颗粒质心的距离 (即，径向距离)可以变化，例如，比平均径向距离小约25％、小约15％、小约10％或小约5％。

关于数值或形状的术语“约”或“大约”意指该数值或属性或特征的 +/-5％，但明确地包括确切的数值。例如，“约”1Pa-sec的粘度是指粘度为 0.95Pa-sec至1.05Pa-sec，但也明确地包括刚好1Pa-sec的粘度。类似地，“基本上正方形”的周边旨在描述具有四条侧棱的几何形状，其中每条侧棱的长度为任何其它侧棱的长度的95％至105％，但也包括其中每条侧棱刚好具有相同长度的几何形状。

关于属性或特征的术语“基本上”意指该属性或特征表现出的程度大于该属性或特征的相背对面表现出的程度。例如，“基本上”透明的基底是指与不透射(例如，吸收和反射)相比透射更多辐射(例如，可见光)的基底。因此，透射入射在其表面上的可见光多于50％的基底是基本上透明的，但透射入射在其表面上的可见光的50％或更少的基底不是基本上透明的。

如本说明书和所附实施方案中所用，除非内容清楚指示其它含义，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括多个指代物。因此，例如，关于包含“一种复合物”的细旦纤维包括两种或更多种复合物的混合物。如本说明书和所附实施方案中所用的，除非内容清楚指示其它含义，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用。

如本说明书中所用的，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包括的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。

除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、性质测量等的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望属性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，每个数值参数应至少根据所报告的数值的有效数位的数量并通过应用惯常的四舍五入法来解释。

本公开描述了一种电磁干扰(EMI)屏蔽复合物或制品，该复合物或制品包含约20体积％至约60体积％的聚合物基质以及约40体积％至约80体积％的分布在聚合物基质内的陶瓷珠。分布在聚合物基质内的陶瓷颗粒(例如，陶瓷珠)在本文中也称为陶瓷填料。在一些实施方案中，陶瓷珠可包括具有基本上球形形状的铁氧体珠。本文所述的EMI屏蔽复合物或制品能够主要通过在例如约0.1GHz至约200GHz、约1GHz至约100GHz或约10GHz至约40GHz的范围内的吸收来减轻电磁干扰。

本文所述的聚合物复合物包括具有所需的固有介电损耗特性的聚合物基质。合适的聚合物基质材料可与陶瓷颗粒复合以形成聚合物复合物。例如，在一些实施方案中，聚合物基质材料可包括固化的聚合物体系，诸如环氧树脂、硅氧烷聚碳酸酯、聚酯、丁腈橡胶、聚氨酯树脂等。例如，在一些实施方案中，聚合物基质材料可包括可复合的聚合物体系，诸如聚丙烯、聚乙烯、热塑性硅氧烷、聚烯烃共混物(例如，可以商品名Engage 8200从密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical Company,Midland,Michigan)商购获得的)等。

本文所述的聚合物复合物还包括分布在聚合物基质内以形成聚合物复合物的陶瓷颗粒。在本公开中，大部分的陶瓷颗粒为珠的形式(即，陶瓷珠)。陶瓷颗粒可包括例如不小于50体积％、不小于75体积％、不小于90体积％或不小于95体积％的陶瓷珠。

在一些实施方案中，陶瓷珠可以是具有低孔隙率水平的基本上致密的球形颗粒。陶瓷珠的内部或表面上的孔的体积可以例如，比颗粒的总封闭体积低15体积％、低10体积％、低5体积％、低于2体积％或低1体积％。在本公开中，陶瓷颗粒的总封闭体积是由颗粒的最外表面限定的体积。在此类实施方案中，本文所述的颗粒分别包括小于15体积％的孔隙率、小于10％的孔隙率、小于5体积％的孔隙率、小于2体积％的孔隙率或小于1体积％的孔隙率。如本文所用，复合物材料中的陶瓷颗粒(例如，铁氧体珠)的体积％是指被复合物中颗粒的最外表面封闭的复合物的体积％；因此，陶瓷颗粒 (例如铁氧体珠)的体积％可包括陶瓷相以及与陶瓷相一起存在于陶瓷颗粒内的孔。

合适的陶瓷珠可包括铁氧体珠。本文所用的术语“铁氧体”是指铁磁性陶瓷复合物。在一些实施方案中，铁氧体珠可具有包含M型六方AB12O19 铁氧体的组合物，其中A＝Ba、Sr或La，B＝Fe、Co、Ti、Al或Mn。

铁氧体可包括，例如，基于氧化铁(II,III)的一般类别的氧化物。铁氧体还可包括尖晶石铁氧体(例如镍锌铁氧体)，该尖晶石铁氧体是用于变压器芯的立方铁氧体和用于信号电缆的高频率滤波器。六方铁氧体含有少量的大阳离子(例如Sr、Ba、La、Pb)，导致具有与其它图案混合的尖晶石铁氧体结构单元的六方晶体结构。六方铁氧体具有非常强的磁晶各向异性，这导致具有硬直流磁特性(对永磁体和记录介质有益)以及非常高频率(例如，300MHz至100GHz)的磁共振(对高频率磁吸收有益)。示例性六方铁氧体描述于R.C.Pullar,“Hexagonal ferrites:A review of the synthesis,properties and applications ofhexaferrite ceramics(六方铁氧体：六方铁氧体陶瓷的合成、特性和应用综述),”Prog.Mater.Sci.(材料科学进展),第57卷,第7号,第1191 –1334页,2012年9月。铁氧体颗粒形成磁性复合物的应用描述于例如U.S. 2013/0130026(Heikkila等人)中。

本公开感兴趣的陶瓷填料包括具有AB12O19的化学通式的M型六方铁氧体，其中A＝Ba、Sr或La，B＝Fe、(Co,Ti)、Al或Mn。AB12O19的示例包括：BaM＝BaFe12O19、SrM＝SrFe12O19等。六方铁氧体粉末可以是作为以下可商购获得的：例如，单晶片的小粒度粉末(例如，0.1微米至5微米)、由融合的六方晶粒或喷雾干燥的粉末构成的大多晶粉末(例如，0.5微米至 100微米)。

本公开提供了大的(例如，约5微米至约500微米)基本上致密的六方铁氧体的球体，这提供了一种简易的方式来产生具有非常高的体积分数的铁氧体负载(例如，约50体积％至约70体积％)的复合物，以用作高频率EMI 吸收剂。

本文所述的陶瓷珠可分散在聚合物基质(例如，可固化的或可复合的基质材料)中以形成复合物，该复合物可以赋予分散在其中的陶瓷珠EMI吸收特性。所形成的复合物可包括例如约20体积％至约60体积％、约20体积％至约50体积％、约20体积％至约45体积％或约20体积％至约40体积％的聚合物基质。基质材料可包括例如，环氧树脂、硅氧烷、聚碳酸酯、聚酯、丁腈橡胶、聚氨酯树脂等。例如，在一些实施方案中，聚合物基质材料可包括可复合的聚合物体系，诸如聚丙烯、聚乙烯、热塑性硅氧烷、聚烯烃共混物(例如，可以商品名Engage 8200从密歇根州米德兰的陶氏化学公司商购获得的)等。基质材料可包括可通过例如辐射或加热固化的可固化基质材料，以形成辐射固化的聚合物体或热固化的聚合物体。

复合物还可包括例如约40体积％至约80体积％、约50体积％至约80 体积％、约55体积％至约80体积％、约60体积％至约80体积％、约65体积％至约80体积％、约70体积％至约80体积％、或约75体积％至约80体积％的陶瓷珠，以表现出所需的EMI吸收特性。在一些实施方案中，复合物可包括高负载水平的本文所述的铁氧体珠，例如，负载水平不小于约50体积％、不小于约55体积％、不小于约60体积％、不小于约65体积％、不小于约70体积％或不小于约75体积％。

在一些实施方案中，陶瓷珠可具有约2微米至约500微米、约5微米至约500微米、约5微米至约300微米或约10微米至约300微米的平均尺寸。在一些实施方案中，陶瓷珠可包括第一组珠和第二组珠的混合物。第一组珠具有约5微米至约30微米的平均尺寸，并且第二组珠可具有约100微米至约300微米的平均尺寸。在一些实施方案中，陶瓷珠可包括比第一组珠(较小珠)更多的第二组珠(较大的珠)。第一组珠和第二组珠的重量比可以在例如约1:4和约2:3之间。

在一些实施方案中，EMI屏蔽复合物具有第一组铁氧体填料颗粒和第二组铁氧体填料颗粒的混合物，其中第一组和第二组的形状、平均粒度和粒度分布(例如，粒度分布的宽度)是独立选择的，以便改善聚合物基质中铁氧体颗粒的可加工性和高负载水平。例如，在一些实施方案中，第一组铁氧体颗粒可具有约5微米至约30微米的平均尺寸或粒度(例如，直径)，并且第二组铁氧体颗粒可具有约100微米至约300微米的平均尺寸或粒度(例如，直径)。在一些此类实施方案中，第二组铁氧体颗粒是铁氧体珠，如本文所述基本上是球形的。此外，第二组铁氧体颗粒可具有窄的粒度分布，例如如所述的跨度(第90百分位粒度减去第10百分位粒度，除以第50百分位粒度)小于0.5，在一些实施方案中小于0.4，在一些实施方案中小于0.3，在一些实施方案中小于0.2，并且在其它实施方案中小于0.1。在一些实施方案中，以下类型的第一组铁氧体颗粒可以与前述的第二组铁氧体颗粒组合，例如以在约1:4和约2:3之间的第一组和第二组的重量比组合。第一组铁氧体颗粒可以是球形或非球形的。第一组铁氧体颗粒可具有宽的粒度分布，例如如所述的跨度大于0.5，在一些实施方案中大于0.75，在一些实施方案中大于1，并且在其它实施方案中大于2。

在一些实施方案中，EMI屏蔽复合物具有包含第一组颗粒和第二组颗粒的陶瓷填料，这些颗粒具有如上所述的定制的粒度分布(在一些实施方案中为定制的形状)，EMI屏蔽复合物可包括约40体积％至约80体积％、约50 体积％至约80体积％、约55体积％至约80体积％、约60体积％至约80体积％、约70体积％至约80体积％、大于70体积％至约80体积％、或大于75 体积％至约80体积％的陶瓷珠(例如铁氧体珠)；以及约20体积％至约60 体积％、约20体积％至约50体积％、约20体积％至约45体积％或约20体积％至约40体积％的聚合物基质。

在本公开中，通过在聚合物基质中引入高负载水平的铁氧体珠，EMI 屏蔽复合物可表现出优异的EMI吸收性能和机械特性(例如，低刚度)。本文所述的EMI屏蔽复合物可包括约40体积％至约80体积％、约50体积％至约80体积％、约55体积％至约80体积％或约60体积％至约80体积％的陶瓷珠；以及约20体积％至约60体积％、约20体积％至约50体积％、约 20至体积％约45体积％或约20体积％至约40体积％的聚合物基质。本公开的复合物可包括位于聚合物基质内或在聚合物基质和陶瓷填料之间的界面处的孔隙，本文称为基质孔隙。在构成本公开的屏蔽复合物的组分的量(例如，体积％)的表达中，描述聚合物基质的量的值包括聚合物相占据的体积和基质孔隙的体积。

在一些实施方案中，EMI屏蔽复合物可含有其它任选的填料，诸如导电填料、铁磁填料、介电填料等。示例性任选的填料可包括羰基铁粉(CIP)，导电炭黑，铝硅铁粉，铁、铬和硅的合金，碳化硅等。

本公开提供了制造EMI屏蔽复合物的各种方法。在一些实施方案中，这些方法可包括提供铁氧体粉末前体。合适的铁氧体粉末前体可包括，例如，金属A和B的一种或多种氧化物，其中A＝Ba、Sr或La，并且B＝Fe、Co、 Ti、Al或Mn。铁氧体粉末前体可以是六方铁氧体粉末，该粉末可以是作为以下可商购获得的：例如，单晶片的小粒度粉末(例如，0.1微米至5微米)、由融合的六方晶粒或喷雾干燥的粉末构成的大多晶粉末(例如，0.5微米至 100微米)。可将铁氧体粉末前体与粘结剂材料混合以形成混合物。合适的粘结剂材料可包括，例如，水溶性粘结剂和水分散性粘结剂，包括例如，糊精、淀粉、纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧乙基纤维素、羧甲基纤维素、角叉菜胶、小核菌葡聚糖、黄原胶、瓜耳胶、羟丙基瓜耳胶以及它们的组合。可将水加入混合物中以形成浆液，该浆液可被研磨并干燥。

在一些实施方案中，可将铁氧体粉末前体的混合物碾磨成更精细的颗粒。在一些实施方案中，可通过分解有机物和碳酸盐来煅烧该混合物以形成铁氧体粉末。铁氧体粉末可以是具有各种粒度或尺寸的粉末的集合。在一些实施方案中，铁氧体粉末可通过例如筛选器分级，以根据所需的粒度范围分离铁氧体颗粒。可以进一步加工具有所需粒度的铁氧体粉末以形成铁氧体珠。

在一些实施方案中，铁氧体粉末前体的混合物可通过微模制方法成型为具有所需粒度的铁氧体颗粒。示例性微模制方法描述于美国专利申请公布 2008/0041103(Kramlich等人)中有，该公布以引用方式并入本文。在一些实施方案中，可将混合物填充到存在于基底中的多个微型模具腔中。微型模具腔可被构造成具有与由模制颗粒形成的球体的所需粒度成比例的体积。成型的铁氧体颗粒可以是包括微型模具腔的幅材上的图案的复制品(例如，具有精确体积的微结构化模具)。微型模制颗粒可通过干燥、煅烧等进一步加工。

在一些实施方案中，可将铁氧体颗粒熔融以形成具有基本上球形形状的铁氧体珠。可使用合适的热加工方法来熔融颗粒。一个实施方案是使用火焰处理颗粒，例如通过使颗粒(例如，通过重力)穿过火焰。火焰可以是例如 H2-O2火焰、CH4-O2火焰、等离子炬等。熔融的颗粒可在离开火焰时在室温下空气淬火，并以已成形的珠的形式收集。熔融不规则形状(例如，非球形) 的陶瓷颗粒(例如，铁氧体陶瓷颗粒)以产生具有基本球形形状的陶瓷颗粒 (例如，陶瓷珠或铁氧体陶瓷珠)的过程在本文中被描述为熔融球化。假定熔融球化过程中的球体形成是由在用火焰处理陶瓷颗粒时形成的熔融陶瓷液滴的表面张力驱动的。当表面张力不够高时，相对于熔融液滴的粘度和热加工(例如，火焰处理)中的停留时间，可能存在一些非球形的所得陶瓷珠，如上文所述。

尽管不希望受理论的束缚，但据信熔融铁氧体颗粒有助于形成具有低孔隙率水平的基本上致密球形的珠。与常规铁氧体颗粒、喷雾干燥颗粒以及压碎和筛分的颗粒相比，本公开所述的熔融形成的珠或球体可以在形成高负载 EMI屏蔽复合物的应用中表现出优异的特性。熔融形成的珠或球体的一些有利特征可包括：

(1)熔融形成的珠是致密的球形颗粒，这些颗粒的表面积小于类似粒度的非球形颗粒。当与聚合物基质材料复合以形成复合物时，(i)需要较少的界面改性剂，并且复合物中较小部分的改性剂意味着铁氧体珠的更多空间，和(ii)较少的界面相互作用可能降低给定负载下的粘度；

(2)球形颗粒(与板状或锯齿状颗粒相反)具有较低的渗透倾向和较小的颗粒间摩擦，因此降低了给定负载水平下的粘度；以及

(3)与常规颗粒相比，熔融形成的颗粒可达到接近全密度(例如，喷雾干燥的颗粒更多孔)。

在一些实施方案中，已成形的铁氧体珠可以在高温下，例如在800℃和 1400℃之间，后退火。尽管不希望受理论的束缚，但据信后退火可有助于再氧化已成形珠的复合物，降低它的导电性并改善它的电磁特性。用于熔融颗粒的火焰可以是能够引入氧气缺乏和高导电性水平的还原环境。这可能导致由珠制成的复合物中的介电常数和介电损耗升高，这在一些实施方案中可能是期望的并且在其它实施方案中是不期望的。此外，已成形珠的复合物可具有纳米结晶度(即，其中晶粒具有至少一个小于约100纳米的尺寸的多晶晶粒结构)，其中磁原子在磁环境中可能经历大的变化，导致铁磁共振(FMR) 频率的广泛分散。作为已成形珠的复合物可表现出更宽且更短的磁损耗峰。

在一些实施方案中，在第一高温(例如，约900℃或更高)下在氧气氛 (诸如例如空气)中对已成形珠进行退火可以使珠再氧化并降低导电性。在一些实施方案中，在第二高温(例如，约1100℃或更高)下对已成形珠进行退火可以使其中的晶粒粗化到足以在磁损耗峰中产生明显的锐化。在一些实施方案中，晶粒的完全粗化可能需要在甚至更高的温度(例如，约1300℃或更高)下退火。后退火可导致较大的晶粒(例如，大于约1微米)和尖锐的共振峰(例如，当相对于log10(Hz)绘制时，FWHM mu(im)≤0.175)。在一些实施方案中，可加入少量(例如0.1至2.0重量％)的氧化铋以将必要的后退火温度降低至例如低于1200℃。

在一些实施方案中，铁氧体珠用以下粒度范围的晶粒制备：例如，约 0.01微米至约0.1微米，在一些实施方案中约0.1微米至约0.5微米，并且在其它实施方案中约0.5微米至约10微米。在一些实施方案中，制备铁氧体珠的晶粒的粒度小于它们包含的珠的直径的20％，在一些实施方案中小于 10％，在一些实施方案中小于5％，在一些实施方案中小于2％。

在本公开中，引入铁氧体珠以与聚合物基质材料混合，并任选地与其它所需填料混合，以形成聚合物复合物。例如，在一些实施方案中，基质材料可包括可固化聚合物材料，诸如环氧树脂、硅氧烷、聚碳酸酯、聚酯、丁腈橡胶、聚氨酯树脂等。例如，在一些实施方案中，聚合物基质材料可包括可复合的聚合物体系，诸如聚丙烯、聚乙烯、热塑性硅氧烷、聚烯烃共混物(例如，可以商品名Engage 8200从密歇根州米德兰的陶氏化学公司商购获得的)等。

在一些实施方案中，铁氧体珠可以均匀地分散在聚合物基质材料中以形成均一的复合物。在一些实施方案中，铁氧体珠可以不均匀地分散在基质材料中。例如，可以采用渐变层方法，其中铁氧体珠和/或其它磁性/介电填料具有渐变分布，使得EMI屏蔽复合物在成分上渐变以减少EMI屏蔽复合物和自由空间之间的阻抗失配。在一些实施方案中，其它类型的填料，包括例如，导电填料、介电填料、它们的混合物等，可以与铁氧体珠混合，并分散在聚合物基质材料中以获得所需的热特性、机械特性、电特性、磁特性或介电特性。

本文所述的EMI复合物可表现出优异的EMI吸收性能和机械特性。已知通过增加磁性填料的负载水平可以改善EMI吸收性能。当EMI复合物中的对流磁性填料(诸如可商购获得的铁氧体粉末)的负载水平高于某一范围时，复合物的刚度可能太高，使得由复合物制成的EMI屏蔽制品可能表现出较差的机械特性(例如，易于破碎)。在本发明中，铁氧体珠的负载水平可以增加到一定范围(例如，55体积％或更高)，以获得优异的吸收性能，同时保持足够低的相应的刚度。这打开了一个窗口，用于获得高负载水平的磁性颗粒，用于高频率EMI吸收的应用。

在不脱离本公开实质和范围的情况下，可对本公开的示例性实施方案进行各种修改和更改。因此，应当理解，本公开的实施方案并不限于以下描述的示例性实施方案，而应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制因素控制。

现在将具体参考附图对本公开的各种示例性实施方案进行描述。在不脱离本公开实质和范围的情况下，可对本公开的示例性实施方案进行各种修改和更改。因此，应当理解，本公开的实施方案并不限于以下所述的示例性实施方案，而应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制因素的控制。

示例性实施方案列表

以下列出示例性实施方案。应当理解，实施方案1-实施方案10以及实施方案11-实施方案19中的任一项可组合。

实施方案1是一种电磁干扰(EMI)屏蔽复合物，该电磁干扰(EMI)屏蔽复合物包含：

约20体积％至约60体积％的聚合物基质；以及

分布在聚合物基质内的约40体积％至约80体积％的铁氧体珠，

其中该铁氧体珠具有基本上球形的形状。

实施方案2是实施方案1的复合物，该复合物包含至少55体积％的铁氧体珠。

实施方案3是实施方案2的复合物，其中铁氧体珠包括M型六方AB12O19 铁氧体，其中A＝Ba、Sr或La，B＝Fe、Co、Ti、Al或Mn。

实施方案4是实施方案1-3中任一项的复合物，其中铁氧体珠具有约5 微米至约500微米的平均尺寸。

实施方案5是实施方案4的复合物，其中铁氧体珠包括第一组珠和第二组珠的混合物，第一组珠具有约5微米至约30微米的平均尺寸，而第二组珠具有约100至约300微米的平均尺寸。

实施方案6是实施方案5的复合物，其中第一组珠和第二组珠的重量比在约1:4和约2:3之间。

实施方案7是实施方案1-实施方案6中任一项的复合物，其中聚合物基质包括一种或多种聚硅氧烷、环氧树脂、聚碳酸酯、聚酯、丁腈橡胶和聚氨酯树脂的聚合物基质材料。

实施方案8是实施方案1-实施方案7中任一项的复合物，该复合物还包含约0体积％至约1.0体积％的表面改性剂，包括硬脂酸或二氧化硅纳米颗粒。

实施方案9是一种电磁干扰(EMI)屏蔽制品，该电磁干扰(EMI)屏蔽制品包含实施方案1-实施方案8中任一项的复合物。

实施方案10是实施方案9的EMI屏蔽制品，该EMI屏蔽制品主要通过吸收能够屏蔽在约0.1GHz至约200GHz范围内的电磁辐射。

实施方案11是一种制造电磁干扰(EMI)屏蔽复合物的方法，该方法包括：

提供铁氧体粉末前体；

加工铁氧体粉末前体以形成铁氧体颗粒；

熔融铁氧体颗粒以形成铁氧体珠；以及

使铁氧体珠与聚合物基质材料复合以形成复合物。

实施方案12是实施方案11的方法，其中加工铁氧体粉末前体还包括将铁氧体粉末前体与粘结剂材料混合以形成混合物。

实施方案13是实施方案12的方法，该方法还包括碾磨混合物。

实施方案14是实施方案11-实施方案13中任一项的方法，该方法还包括根据预定粒度范围对铁氧体颗粒进行分级。

实施方案15是实施方案11-实施方案14中任一项所的方法，其中加工铁氧体粉末前体还包括形成铁氧体粉末前体的浆液，并将浆液填充到微型模具腔中以形成铁氧体颗粒。

实施方案16是实施方案11-实施方案15中任一项的方法，该方法还包括在高温下煅烧铁氧体颗粒。

实施方案17是实施方案11-实施方案16中任一项的方法，该方法还包括在800℃和1400℃之间的温度下对铁氧体珠进行后退火。

实施方案18是实施方案17的方法，其中铁氧体珠在氧气氛中后退火。

实施方案19是实施方案11-实施方案18中任一项的方法，其中复合物包含约20体积％至约60体积％的聚合物基质材料以及约40体积％至约80 体积％的铁氧体珠。

本公开的操作将参照以下详述的实施例另外描述。提供这些实施例以另外说明各种具体和优选的实施方案和技术。然而，应当理解，可做出许多变型和修改而仍落在本公开的范围内。

实施例

这些实施例仅是为了例示性目的，且并非意在过度地限制所附权利要求书的范围。尽管示出本公开的广义范围的数值范围和参数为近似值，但尽可能精确地记录具体示例中示出的数值。然而，任何数值都固有地包含某些误差，在它们各自的测试测量中所存在的标准偏差必然会引起这种误差。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到权利要求书的范围内的前提下，每个数值参数应当至少根据所报告的数值的有效数位并通过应用惯常的四舍五入法来解释。

材料汇总

表1提供下面的实施例中使用的所有材料的缩写和来源：

表1

测试方法

采用以下测试方法和过程来评估以下实施例。

测试方法1(TM-1)：介电常数(ε)和磁导率(μ)的表征

通过使用样品位置独立的全双端口传输线方法来表征通过将M型铁氧体粉末或珠与树脂(环氧树脂、硅氧烷等)复合制成的复合物的电磁(EM) 特性，如在J.Baker-Jarvis等人，Transmission/Reflection and Short-Circuit Line Methods for MeasuringPermittivity and Permeability(用于测量介电常数和磁导率的传输/反射和短路线方法)。NIST Technical Note(NIST技术说明) 1355-R(1993年)中所述。

对于这种方法，在8.2GHz-40GHz使用矩形波导。由于错误，跨带测量的特性通常不能完美排列。通过拟合介电常数和磁导率的现象学模型与所测量的数据来确定最终的交叉带特性。

测试方法2(TM-2)：吸收性能的建模

金属背衬的吸收片材的反射损失是吸收材料的常见性能评估。它可使用以下公式由所测量的介电常数(ε)和磁导率(μ)的值来计算：

测试方法3(TM-3)：用有效介质近似估计EM特性

使用Bruggemen的有效介质近似(EMA)估计假想复合物的有效介电和磁特性，如在D.A.G.Bruggemen,“Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten vonheterogenenSubstanzen.I.

und

der

ausisotropenSubstanzen,”Ann.Phys.(物理学年报)，第416卷,第636–664页(1935年)。使用这种近似，组成材料的特性可以根据TM-1的复合物特性的测量结果来确定。然后可以使用这些组成值来估计以不同比率混合的相同组分的假想复合物的特性。

测试方法4(TM-4)：拉伸强度的表征

使用TA-Q800以拉伸模式测量复合物的应力相对于应变的曲线。将测量厚度为0.75-1.00mm的复合物样品切成25mm×5.3mm的条。通过施加3N/ 分钟持续递增的负载，最高达18N，来完成拉伸测试。

实施例

制备例1(PE-1)：铁氧体粉末

在不锈钢烧杯中，使用高剪切混合10分钟将0.89g细胞胶粘结剂分散在39.64g水中。通过混合化学计量比的下列粉末来制备BaFe12-2xCoxTixO19(x ＝0.55)的最终铁氧体化学物质：碳酸钡(BaCO3)；氧化铁(III)(Fe2O3)；氧化钴 (II,III)(Co3O4)；氧化钛(IV)(TiO2)。然后使用高剪切混合10分钟将铁氧体前体粉末(59.64g)加入水分散体中。将所得浆液球磨16-20小时并干燥成饼。然后将饼碾磨成粉末，分级成1000μm以下，并且在900℃下煅烧2小时。将煅烧的粉末在1300℃下于空气中退火1小时，之后进一步碾磨并通过筛分将它分级成所需的粒度范围。

制备例2(PE-2)：铁氧体珠

以与铁氧体粉末相同的方式制备铁氧体珠，其中附加步骤是将粉末向下给料通过火焰(H2–O2、CH4–O2或等离子炬)，使得所有颗粒熔融以形成球体。球形颗粒在离开火焰时进行空气淬火以保持它们的形状。通过筛分将所收集的铁氧体珠分级成所需的粒度范围。

比较例1(CE-1)：包含铁氧体粉末的复合物

根据PE-1制备铁氧体粉末，其中最终粒度范围为50μm-300μm。制备双组分Sylgard182硅氧烷弹性体套件。相应地称量铁氧体粉末以获得55体积％的铁氧体复合物混合物，并手动将该混合物混合到硅氧烷基质中。然后将混合物用速度混合器均化。使用热压机将复合物压制成1mm厚的片材，并在250℉下在10吨力下固化1小时。

比较例2(CE-2)：

遵循与CE-1类似的过程，除了相应地称量铁氧体粉末以获得包含10体积％的铁氧体粉末的复合物。

比较例3(CE-3)：

遵循与CE-1类似的过程，除了相应地称量铁氧体粉末以获得包含20体积％的铁氧体粉末的复合物。

比较例4(CE-4)：

遵循与CE-1类似的过程，除了相应地称量铁氧体粉末以获得包含40体积％的铁氧体粉末的复合物。

实施例5(E-5)：含有铁氧体珠的复合物

根据PE-2制备铁氧体珠，其中平均珠直径为50μm至200μm。制备双组分Sylgard182硅氧烷弹性体套件。相应地称量铁氧体珠以获得55体积％的铁氧体复合物混合物，并手动将该混合物混合到硅氧烷基质中。然后将混合物用速度混合器均化。使用热压机将复合物压制成1mm厚的片材，并在 250℉下在10吨力下固化1小时。

实施例6(E-6)

遵循与E-5类似的过程，除了相应地称量铁氧体珠以获得包含10体积％的铁氧体珠的复合物。

实施例7(E-7)：

遵循与E-5类似的过程，除了相应地称量铁氧体珠以获得包含20体积％的铁氧体珠的复合物。

实施例8(E-8)：

遵循与E-5类似的过程，除了相应地称量铁氧体珠以获得包含40体积％的铁氧体珠的复合物。

实施例9(E-9)：含有铁氧体珠的复合物

使用TM-3分析由硅氧烷基质中的70体积％铁氧体珠制成的假想复合物来计算理论介电常数和磁导率。用于计算的假定复合物描述如下。

根据PE-2制备两组铁氧体珠，其中第一组具有约5微米至约30微米的平均珠直径，而第二组具有180微米至220微米的平均珠直径。相应地混合双峰珠以得到在硅氧烷基质中含有70体积％铁氧体珠的最终复合物。假想复合物E-9中使用的硅氧烷基质是由双组分Sylgard 182硅氧烷弹性体套件制备的基质。

比较例10(CE-10)

QZorb 2240-S是商业复合物吸收剂，由硅氧烷和羰基铁粉(CIP，一种常用的EMI吸收填料)制成，负载为约为40体积％，并且可以不同的厚度获得。

比较例11(CE-11)

将一种常用的商业EMI吸收剂EW-I CIP以40体积％负载到固化的环氧树脂(具有XTJ-568固化剂的Epon 826，在120℃下固化)中。CE-11表现出非常类似于CE-10的磁特性和介电特性。

比较例3(CE-12)

假想复合物包括23体积％的EW-I CIP和77体积％的环氧树脂。使用所测量的CE-11的介电特性和磁特性作为起始点来估计由23体积％的EW-I CIP和77体积％的环氧树脂制成的复合物的特性(根据TM-3)。

结果

相对于它们的介电常数和磁导率特性来评估铁氧体复合物CE-1和E-9，并且结果分布示于图2A和2B中。与含有类似的烧结陶瓷的复合物相比(即含有55体积％铁氧体粉末的硅氧烷复合物CE-1)，含有高负载水平(例如， 70体积％)的完全致密的火焰形成的铁氧体珠的硅氧烷复合物(例如，E-9) 中出现了优异的介电吸收特性和磁特性。实施例CE-1和实施例E-9表现出类似的机械特性，例如拉伸强度和杨氏模量值。对于铁氧体粉末颗粒(例如， CE-1)实现相同的高负载水平(例如，70体积％)在技术上具有挑战性，因为铁氧体粉末颗粒不期望的高刚度。

与用铁氧体粉末制成的复合物相比，在较高的铁氧体珠负载水平下观察到改善的复合物完整性。图3示出了各种实施例的测试结果，示出了具有各种负载水平的聚合物复合物的应变相对于应力的曲线。随着复合物填料负载水平增加，用铁氧体粉末制成的复合物(CE-1至CE-4)示出增加的刚度，这可能使对应的制品在一定的负载水平下破碎。相比之下，当负载水平高于一定值(例如，大于20体积％)时，用铁氧体珠制成的复合物(E-5至E-8) 具有较低的刚度。这允许制备具有铁氧体珠的复合物，该复合物具有较高体积％的负载，而不会破碎。

基于铁氧体的复合物(E-9)和基于EW-1CIP的复合物(CE-12)的EM 特性示于图5中。对于25GHz左右的雷达吸收模型，与基于CIP的复合物 (约1.25mm)相比，基于铁氧体的复合物在约一半的板厚度(约0.65mm) 下实现了近乎完美的阻抗匹配条件。

整个本说明书中关于的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”，无论在术语“实施方案”前是否包括术语“示例性的”都意指结合该实施方案描述的特定特征部、结构、材料或特征包括在本公开的某些示例性实施方案中的至少一个实施方案中。因此，在整个本说明书的各处出现的短语诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定是指本公开的某些示例性实施方案中的同一实施方案。此外，特定特征、结构、材料或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。

虽然本说明书已经详细地描述了某些示例性实施方案，但是应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可很容易地想到这些实施方案的更改、变型和等同物。因此，应当理解，本公开不应不当地受限于以上示出的示例性实施方案。特别地，如本文所用，用端值表述的数值范围旨在包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4 和5)。另外，本文所用的所有数字都被认为是被术语“约”修饰。此外，对各种示例性实施方案进行了描述。这些实施方案以及其它实施方案均在如下权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种电磁干扰屏蔽复合物，所述电磁干扰屏蔽复合物包含：

20体积百分比至60体积百分比的聚合物基质；和

分布在所述聚合物基质内的至少55体积百分比至80体积百分比的熔融形成的、致密的铁氧体珠，

其中所述铁氧体珠具有基本上球形的形状。

2.根据权利要求1所述的复合物，其中所述复合物包含至少70体积百分比的所述铁氧体珠。

3.根据权利要求2所述的复合物，其中所述铁氧体珠包括M型六方AB₁₂O₁₉铁氧体，其中A＝Ba、Sr或La，B＝Fe、Co、Ti、Al或Mn。

4.根据权利要求1所述的复合物，其中所述铁氧体珠具有5微米至500微米的平均尺寸。

5.根据权利要求4所述的复合物，其中所述铁氧体珠包括第一组珠和第二组珠的混合物，所述第一组珠具有5微米至30微米的平均尺寸，并且所述第二组珠具有100微米至300微米的平均尺寸。

6.根据权利要求5所述的复合物，其中所述第一组珠和所述第二组珠的重量比在1:4和2:3之间。

7.一种电磁干扰屏蔽制品，所述电磁干扰屏蔽制品包含权利要求1所述的复合物。

8.根据权利要求7所述的电磁干扰屏蔽制品，所述电磁干扰屏蔽制品主要通过吸收能够屏蔽在0.1GHz至200GHz范围内的电磁辐射。

9.一种制造电磁干扰屏蔽复合物的方法，所述方法包括：

提供铁氧体粉末前体；

加工所述铁氧体粉末前体以形成铁氧体颗粒；

熔融所述铁氧体颗粒以形成基本上球形形状的、致密的铁氧体珠；以及

使所述铁氧体珠与聚合物基质材料复合以形成复合物，

其中所述复合物包含至少55体积百分比至80体积百分比的所述铁氧体珠。

10.根据权利要求9所述的方法，其中加工所述铁氧体粉末前体还包括将所述铁氧体粉末前体与粘结剂材料混合以形成混合物。

11.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括根据预定粒度范围对所述铁氧体颗粒进行分级。

12.根据权利要求9所述的方法，其中加工所述铁氧体粉末前体还包括形成所述铁氧体粉末前体的浆液，并将所述浆液填充到微型模具腔中以形成所述铁氧体颗粒。

13.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括在800℃和1400℃之间的温度下对所述铁氧体珠进行后退火。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述铁氧体珠在氧气氛中后退火。

15.根据权利要求9所述的方法，其中所述复合物包含20体积百分比至60体积百分比的所述聚合物基质材料以及至少70体积百分比至80体积百分比的所述铁氧体珠。

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