利用真空熱加工技術(shù)制備了具有不同結(jié)構(gòu)的高孔率泡沫鈦，研究了它們?cè)跓o線電波頻率范圍的電磁屏蔽效能。這些泡沫鈦樣品的孔隙尺寸在毫米級(jí)，孔率都在85%以上。工作結(jié)果表明，這些泡沫鈦具有明顯的電磁屏蔽效能，低頻段的屏蔽效果良好。在整個(gè)測試頻率范圍內(nèi)，屏蔽效果大致隨頻率的增大而降低，超過某一頻率值后，屏蔽效能曲線出現(xiàn)一個(gè)具有起伏性的平臺(tái)。該平臺(tái)區(qū)跨幅較大，包含數(shù)個(gè)吉赫茲的范圍。分析還表明，本泡沫鈦樣品在低頻區(qū)的電磁屏蔽機(jī)制主要是反射損耗，在頻率較高的區(qū)間主要是吸收損耗。因此，上述平臺(tái)出現(xiàn)在整個(gè)屏蔽效能曲線的低值區(qū)。

　　現(xiàn)代通信、自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域廣泛使用日益復(fù)雜的大規(guī)模集成電路，大量單元安裝在較小的機(jī)腔內(nèi)，因而相互之間產(chǎn)生電磁干擾以及設(shè)備對(duì)環(huán)境發(fā)生電磁輻射的可能性大為增加。電磁輻射不但會(huì)影響人們的身體健康，并對(duì)周圍的電子儀器設(shè)備造成干擾，此外還會(huì)因此泄露信息。電磁輻射的防護(hù)措施可分為屏蔽、隔離和吸收等方式，但通常以屏蔽方式為主。

　　泡沫金屬不但以其體密度低和比強(qiáng)度高而廣泛作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)體，而且以其優(yōu)異的物理性能而應(yīng)用于消音降噪、吸能減震、隔熱阻火、熱交換等場合。作為近些年來興起的一種新型電磁屏蔽材料，泡沫金屬的屏蔽效能高于傳統(tǒng)的網(wǎng)材，且質(zhì)量輕、耐候性強(qiáng)、易于安裝，能滿足精密儀器和設(shè)備的屏蔽要求。多孔結(jié)構(gòu)可以在相關(guān)方面有效地處理電磁波。盡管泡沫金屬因其重量輕和適度的力學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車工業(yè)，但很少有對(duì)其電磁屏蔽方面的工作。雖然電導(dǎo)率小于致密金屬，但泡沫金屬的電磁屏蔽效能派上實(shí)際用場是完全有可能的，而且這一用途可以在同一件產(chǎn)品上附加到多孔材料減震、緩沖、降噪等其他方面的應(yīng)用上。

　　在泡沫金屬的眾多研究方面，工作主要集中于泡沫鋁。泡沫鈦比泡沫鋁具備更好的耐高溫性、耐腐蝕性和隔熱性，適于溫度和環(huán)境等要求更高的場合。由于實(shí)際可行的制備工藝的限制，已研制的泡沫鈦孔率一般都不高，大多在70% 以下。少數(shù)情況下能夠很高，但也在80%以下。泡沫金屬的性能研究以力學(xué)性能為最。

　　對(duì)泡沫鈦的研究遠(yuǎn)少于泡沫鋁，而且工作主要限于鈦合金多孔植入材料。相比之下，泡沫金屬的電磁屏蔽性能研究更少，而關(guān)于泡沫鈦在該方面的工作更是暫未發(fā)現(xiàn)其報(bào)道。考慮到在滿足力學(xué)性能要求的基礎(chǔ)上具有更低的體密度和更高的孔率是泡沫金屬發(fā)展的方向，本文研究不同孔隙結(jié)構(gòu)的高孔率泡沫鈦的電磁屏蔽效果。

1、泡沫鈦的制備

　　通過真空熱加工技術(shù)，分別采用粉體熔化發(fā)泡法和掛漿燒結(jié)法，以鈦鎳合金粉末或鈦粉和鎳粉的混合粉末為主原料制備不同結(jié)構(gòu)的泡沫鈦。為了得到孔率較高的球孔泡沫鈦，本文對(duì)有關(guān)工藝方法進(jìn)行了改進(jìn)。首先選取粒度均為- 300 目的脫氫鈦粉和電解鎳粉，配料比例75：25 ～85：15 (質(zhì)量比) ，球磨混料2 h，將金屬粉末混合均勻。然后通過掛漿燒結(jié)法制備網(wǎng)孔泡沫鈦，通過改進(jìn)的粉體熔化發(fā)泡法制備球孔泡沫鈦。在制備球孔泡沫鈦過程中，將干燥的預(yù)制型( 連同模具) 在8 × 10^-3 Pa 的真空環(huán)境中快速加熱到1000 ～1200℃保溫一定時(shí)間后，再按照一定的工藝制度在真空條件下冷卻，得到高度多孔的泡沫鈦制品。圖1(a) 為本文制得的球孔泡沫鈦制品(總孔率約90%) 示例，由于制品孔率很高，其中尺度在毫米級(jí)的宏觀球形孔隙被相互打通；圖1(b) 是對(duì)應(yīng)多孔體的孔壁結(jié)構(gòu)示例，顯示固相結(jié)合良好，其中尺度在微米級(jí)的不規(guī)則細(xì)孔進(jìn)一步提高了球形宏觀孔隙之間的連通性。在制備網(wǎng)孔泡沫鈦過程中，將干燥的浸漿坯體放入真空爐中，室溫抽真空到5 × 10^-2 Pa 的水平，然后以較慢的加熱速度將爐溫提高到800 ～1000℃，保溫2 h 以上，完成后關(guān)機(jī)爐冷。圖2(a) 為本文制得的網(wǎng)孔泡沫鈦制品( 總孔率約88%) 示例。從圖2(a) 可以看出，所得泡沫制品的主孔隙尺寸約為1 ～2 mm，這些主孔相互連通形成孔棱骨架的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，總體結(jié)構(gòu)主要取決于原聚合物基體的孔隙結(jié)構(gòu)；圖2(b) 顯示，在這種泡沫體的孔棱上還存在著許多尺寸更小的微孔，它們是通過預(yù)制體中孔棱部分的有機(jī)質(zhì)在燒結(jié)過程中的熱分解所產(chǎn)生的，而金屬粉末顆粒之間的燒結(jié)情況良好。

圖1 所制球孔泡沫鈦的形貌示例

圖2 所制網(wǎng)孔泡沫鈦的形貌示例

　　對(duì)所得泡沫鈦制品的X 射線衍射(XRD) 分析測試結(jié)果表明，制品由兩個(gè)物相組成，其中金屬鈦相為主體，此外還生成了NiTi 新相，而原料中的金屬鎳都與金屬鈦發(fā)生了反應(yīng)，不再顯示衍射峰。

2、實(shí)驗(yàn)方法

　　本泡沫鈦試樣的電磁屏蔽效能測試采用北京鼎容實(shí)創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)制造的同軸法蘭裝置DRS01平面材料屏蔽效能測試儀，整體裝置見圖3。

圖3 DR-S01 型平面材料屏蔽效能測試儀

　　其主要構(gòu)成為系統(tǒng)軟件、程控計(jì)算機(jī)、頻譜儀、同軸衰減器、屏蔽效能測試器等。該裝置設(shè)計(jì)按照ASTM4935-2010《平面材料電磁屏蔽效能標(biāo)準(zhǔn)測試方法》的國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，適用于平板型電磁屏蔽材料的平面波屏蔽效能測量，同軸法蘭部件經(jīng)高精密加工而成，有效測試頻率范圍寬泛。在本工作測試中，發(fā)射頻率為0. 3 ～3000 MHz，對(duì)應(yīng)波長為0.1 ～1000 m，覆蓋無線電波的波譜( 含長波、中波、短波) ，并含有部分微波波段。

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求，制備出直徑約為100 mm的不同孔隙結(jié)構(gòu)的泡沫鈦圓板試樣，孔隙形貌參見圖1 和圖2。球孔樣品的孔隙參數(shù)列于表1，網(wǎng)孔樣品的孔隙參數(shù)列于表2。

表1 球孔泡沫鈦試樣的孔隙參數(shù)

表2 網(wǎng)孔泡沫鈦試樣的孔隙參數(shù)

3、結(jié)論

　　(1) 高孔率的球孔泡沫鈦和網(wǎng)孔泡沫鈦都具有明顯的電磁屏蔽效能，靠近低頻端區(qū)域的屏蔽效果良好。同一孔隙參量的樣品的厚度增加，可以顯著地提高其電磁屏蔽效能。

　　(2) 在測試范圍內(nèi)，本泡沫鈦的屏蔽效果隨頻率的增大而降低，當(dāng)超過某一頻率值后，屏蔽效能曲線出現(xiàn)一個(gè)較長的平臺(tái)區(qū)。盡管孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙尺寸不同，但這些泡沫鈦樣品的屏蔽效能曲線都大約在1000 ～ 3000 MHz 的電磁波頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)出這樣的平臺(tái)。

　　(3) 本泡沫鈦樣品在低頻區(qū)域以反射損耗機(jī)制為主，在頻率較高的區(qū)間則是以吸收損耗機(jī)制為主。因此，上述屏蔽效能曲線的平臺(tái)區(qū)出現(xiàn)在整個(gè)屏蔽效能曲線的低值區(qū)。