一种低磁噪声非晶合金/FRP磁屏蔽层板及其制造方法与流程

本发明属于磁屏蔽材料领域，具体涉及一种低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板及其制造方法。

背景技术：

1、基于原子自旋效应的量子传感器，如原子磁强计、原子钟和原子陀螺仪等均需要隔离环境磁场及电磁噪声的干扰。高性能磁屏蔽舱和大型“零磁”(内部磁感应强度在nt量级)空间的建设为心磁、脑磁和电偶极矩等极弱磁场信号的测量以及航天和国防领域新一代惯导技术的研制提供重要的支撑条件。搭建“零磁”空间所使用的磁屏蔽材料不仅要有较高的磁导率同时需要较低的磁噪声。非晶或纳米晶合金相较于坡莫合金等常用磁屏蔽材料而言，具有相对磁导率高和磁噪声水平低等优点，是一种较为理想的磁屏蔽材料。但由于非晶或纳米晶合金带材尺寸和其力学性能限制，以及其软磁性能易受外界应力影响等因素导致非晶或纳米晶合金使用范围较窄。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中磁屏蔽材料磁噪声较大屏蔽效能较低等问题，并提供了一种低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板及其制造方法。本发明拟通过将非晶或纳米晶合金与纤维增强树脂基复合材料(frp)按照一定铺层顺序进行复合制备成非晶或纳米晶合金/frp混杂结构层板，通过frp满足力学结构支撑，非晶或纳米晶合金实现低噪声水平下的磁屏蔽，从而构筑结构功能一体化纤维金属层板，实现轻质、高强、高屏蔽效能和低磁噪声多功能于一体。

2、本发明所述的非晶合金(amorphous alloy)，又称金属玻璃(metallic glass)是一种通过急速冷却等技术手段以避免材料发生晶化而获得的具有非晶态结构的合金材料。而对非晶合金进行退火处理以使其发生晶化，则是获取纳米晶合金(nanocrystallinealloy)的一种主要技术手段。本发明中主要关注的就是非晶合金及对其退火处理所获取的纳米晶合金材料，故本文中，将非晶合金、纳米晶合金视为一大类可以适用于本发明中作为金属层的材料来讨论，称为非晶或纳米晶合金。

3、第一方面，本发明提供了一种低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板，其由金属层与frp层交替铺放并固化成型，形成对称的导磁/不导磁/导磁结构的混杂复合材料层合板；其中所述frp层的材料为树脂基纤维增强复合材料，所述金属层由非晶或纳米晶合金条带拼接而成，拼接缝宽度不超过1mm。

4、作为上述第一方面的优选，所用非晶或纳米晶合金条带的相对磁导率高于6千。

5、作为上述第一方面的优选，所用非晶或纳米晶合金条带的成分为：

6、feasibbctmdcue铁基非晶或纳米晶合金，其中tm为nb、mn、co、ti、zr、mo、hf，a＝62～85、b＝3～10、c＝5～20、d＝0～5、e＝0～3，a+b+c+d+e＝100；

7、或者，成分为feasibbcpdcuecf铁基非晶或纳米晶合金，其中a＝65～90、b＝0～10、c＝5～20、d＝0～5、e＝0～3、f＝0～3，a+b+c+d+e+f＝100；

8、或者，成分为coafebtmcbdsie铁钴基非晶或纳米晶合金，其中tm为ta、ni、zr、nb、mn，a＝40～55、b＝20～30、c＝0～8、d＝15～35、e＝0～8，a+b+c+d+e＝100。

9、作为上述第一方面的优选，所用非晶或纳米晶合金条带的成分为fe78b13si9、fe73.5b13.5si9nb3cu1、fe82si4b13c1、fe83.8b8si4p3.5cu0.7、co43fe20ta5.5b31.5或co43fe29b19si5nb4。

10、作为上述第一方面的优选，所述树脂基纤维增强复合材料中，所用纤维是玻璃纤维、碳纤维或凯夫拉纤维，纤维组织形式是单向带或织物，所用树脂类型是环氧树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚醚酮树脂或聚酰亚胺树脂。

11、作为上述第一方面的优选，所述层板中，金属层的层数m和frp层的层数n均为整数，且满足m≥2，n≥1；优选的，m≥3，n≥2。

12、作为上述第一方面的优选，所述层板的成型工艺是模压、真空袋烘箱固化或热压罐固化成型工艺。

13、作为上述第一方面的优选，所述混杂复合材料层合板中金属层与frp层的铺放顺序为：[m90/0/90/m0/90/0/m90/0/90/m0/90/0/m90]、[m0/0/90/m90/90/0/m0/0/90/m90/90/0/m0]、

14、[m90/0/0/m90/90/90/m90/90/90/m90/0/0/m90]或[m0/0/0/m0/90/90/m0/90/90/m0/0/0/m0]，其中0表示frp纤维方向为0°的。90表示frp纤维方向为90°的frp层，m0表示条带方向为0°的金属层，m90表示条带方向为90°的金属层。

15、作为上述第一方面的优选，固化成型后，frp层树脂与非晶或纳米晶合金条带之间的剥离强度应不低于1mpa，剪切强度不低于5mpa。

16、第二方面，本发明提供了一种如上述第一方面任一方案所述低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

17、s1、对非晶或纳米晶合金条带表面进行清洁除油，再对非晶或纳米晶条带与树脂基纤维增强复合材料按照铺层和目标尺寸要求进行裁切，分别形成待铺放的金属层与frp层；

18、s2、将金属层与frp层按照预设的铺层方向逐层进行混杂铺放，且每层金属层铺放后需进行真空预压实，直至完成整个层板结构的铺放；

19、s3、对整个层板结构进行热压固化，固化温度应不超过280℃，固化成型后对层板进行机械修边，得到所述低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板。

20、相对于现有技术而言，本发明至少具有以下优点：一方面，本发明通过构筑非晶或纳米晶合金与frp层之间的“导磁/不导磁/导磁”结构使得层板制造成封闭屏蔽体时不仅磁噪声低且相较等厚度均质屏蔽材料而言其屏蔽效能更优。另一方面，本发明通过frp层使得非晶或纳米晶合金条带获得较好的力学支撑，在服役过程中frp层能很好的分散非晶或纳米晶合金条带上的载荷，对非晶或纳米晶合金层起到很好的保护作用，使其不受外部载荷扰动影响。

21、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚的了解本发明的技术手段，并可以依照说明书的内容予以实施，以下为本发明的较佳实施例，并配合附图详细说明如下。

技术特征：

1.一种低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板，其特征在于，由金属层与frp层交替铺放并固化成型，形成对称的导磁/不导磁/导磁结构的混杂复合材料层合板；其中所述frp层的材料为树脂基纤维增强复合材料，所述金属层由非晶或纳米晶合金条带拼接而成，拼接缝宽度不超过1mm。

2.根据权利要求1所述的低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板，其特征在于，所用非晶或纳米晶合金条带的相对磁导率高于6千。

3.根据权利要求1所述的低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板，其特征在于，所用非晶或纳米晶合金条带的成分为：

4.根据权利要求1所述的低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板，其特征在于，所用非晶或纳米晶合金条带的成分为fe78b13si9、fe73.5b13.5si9nb3cu1、fe82si4b13c1、fe83.8b8si4p3.5cu0.7、co43fe20ta5.5b31.5或co43fe29b19si5nb4。

5.根据权利要求1所述的低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板，其特征在于，所述树脂基纤维增强复合材料中，所用纤维是玻璃纤维、碳纤维或凯夫拉纤维，纤维组织形式是单向带或织物，所用树脂类型是环氧树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚醚酮树脂或聚酰亚胺树脂。

6.根据权利要求1所述的低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板，其特征在于，所述层板中，金属层的层数m和frp层的层数n均为整数，且满足m≥2，n≥1；优选的，m≥3，n≥2。

7.根据权利要求1所述的低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板，其特征在于，所述层板的成型工艺是模压、真空袋烘箱固化或热压罐固化成型工艺。

8.根据权利要求1所述的低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板，其特征在于，所述混杂复合材料层合板中金属层与frp层的铺放顺序为：[m90/0/90/m0/90/0/m90/0/90/m0/90/0/m90]、[m0/0/90/m90/90/0/m0/0/90/m90/90/0/m0]、[m90/0/0/m90/90/90/m90/90/90/m90/0/0/m90]或[m0/0/0/m0/90/90/m0/90/90/m0/0/0/m0]，其中0表示frp纤维方向为0°的。90表示frp纤维方向为90°的frp层，m0表示条带方向为0°的金属层，m90表示条带方向为90°的金属层。

9.根据权利要求1所述的低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板，其特征在于，固化成型后，frp层树脂与非晶或纳米晶合金条带之间的剥离强度应不低于1mpa，剪切强度不低于5mpa。

10.一种如权利要求1～9任一所述低磁噪声非晶合金/frp磁屏蔽层板的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种低磁噪声非晶合金/FRP磁屏蔽层板及其制造方法。该结构由金属层与FRP层交替铺放并固化成型，形成对称的混杂复合材料层合板；其中所述FRP层的材料为树脂基纤维增强复合材料，所述金属层由非晶或纳米晶合金条带拼接而成，拼接缝宽度不超过1mm。该结构通过非晶或纳米晶合金条带高电阻率和高磁导率的特性实现低磁噪声下的高效磁屏蔽，通过FRP复材解决金属条带力学支撑性差的问题，避免非晶条带受外部载荷扰动的影响，同时构筑“导磁/不导磁/导磁”多层屏蔽结构，相对于均质材料大幅度提升材料的屏蔽效能。该层板结构可以应用在大型磁屏蔽舱体的建设上，通过边缘修整可以实现不同层板各导磁金属层之间磁路的相互导通，具有较强的实用价值。

技术研发人员：叶竟,王朋飞,赛霆
受保护的技术使用者：杭州极弱磁场重大科技基础设施研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14