本科毕业设计（论文）纳米晶薄片电磁屏蔽效应的实验研究学院材料与能源学院专业微电子科学与工程年级班别2018级（2）班学号
3118006254学生姓名周雨雄指导教师杨元政2022年6月摘要继十九世纪开始依次出现的低碳钢、硅钢片、坡莫合金以
及软磁铁氧体之后，非晶及纳米晶软磁合金作为新型的软磁材料被广泛应用于各个领域，在电磁屏蔽材料的性能综合化、非晶化和纳米化、工艺及结
构的复合化的趋势下，具有非常重要的工程应用价值。本研究中，通过热处理处理能显著提高非晶的软磁性能，而与良导体结合成复合材料则可以拓
宽其频率范围、提高整体屏蔽性能。从方法上来看主要是在铁基非晶带材的基础上，通过在非晶带材表面做磁控离子溅射镀铜处理、等温热处理以及
纳米晶化分步热处理等方法来提高非晶带材的电磁屏蔽性能，并利用X射线衍射分析、差式扫描量热分析、扫描电子显微镜、矢量网络分析仪等材料
表征技术来测量材料的相关参数，然后以此来评估材料的电磁屏蔽性能，进而确认最佳的镀铜时间退火温度、退火时间等参数，得到以下结果：带材
在2至9GHz的频率范围内的电磁屏蔽效能超过60dB并且峰值达到110dB，未做热处理时镀铜20分钟未的带材有较好的屏蔽性能
，其屏蔽效能达到94dB。在镀铜的基础上做热处理的带材屏蔽性能进一步提高，其中镀铜20分钟后再做320℃热处理带材的屏蔽性能最
佳，其屏蔽效能峰值达到110dB。最终，通过镀铜处理和热处理得到的带材远远超过商用标准，甚至达到军用材料以上的屏蔽需求。关键词：
磁控离子溅射，非晶态纳米晶合金，复合材料，电磁屏蔽AbstractAmorphousandnanocrystallineso
ftmagneticalloyshavebeenwidelyusedinvariousfieldsasan
ewtypeofsoftmagneticmaterials,followingtheemergenceoflo
wcarbonsteel,siliconsteelsheet,permalloy,andsoftmagnetic
ferriteinturnsincethe19thcentury.Theyhavesignificanten
gineeringapplicationvalueunderthetrendofall-aroundperform
ance,amorphousandnanocrystalline,andcompositeprocessandst
ructureofelectromagneticshieldingmaterials.Inthisstudy,th
esoftmagneticpropertiesofamorphousalloyscanbesignificant
lyimprovedbyHeatTreatment.Atthesametime,thefrequencyra
ngecanbebroadened,andtheoverallshieldingperformancecanb
eenhancedbycombiningthecompositewithagoodconductor.Base
dontheiron-basedamorphousstrip,theelectromagneticshieldin
gperformanceoftheamorphousstripismainlyimprovedbymagnet
ronionsputteringcopperplating,isothermalheattreatment,and
stepheattreatmentofnanocrystallineonthesurfaceofamorpho
usstrip.Therelevantparametersofthematerialaremeasuredby
X-raydiffractionanalysis,differentialscanningcalorimetryan
alysis,scanningelectronmicroscopy,vectornetworkanalyzer,an
dothermaterialcharacterizationtechniques,andthentheelectr
omagneticshieldingperformanceofthematerialisevaluatedtoc
onfirmtheoptimalannealingtemperatureandannealingtimeofco
pperplatingtime,andthefollowingresultsareobtained:theele
ctromagneticshieldingeffectivenessofthestripismorethan60d
Bandthepeakvalueis110dBinthefrequencyrangeof2-9GHz.Th
estripwithoutcopperplatingfor20minuteshasgoodshieldingpe
rformance,andtheshieldingeffectivenessreaches94dB.Ontheba
sisofcopperplating,theshieldingperformanceoftheheattrea
tmentstripisfurtherimproved.Amongthem,theshieldingperfor
manceoftheheattreatmentstripwith320°Cafter20minutesof
copperplatingisthebest,andthepeakshieldingeffectiveness
reaches110dB.Finally,thestripobtainedbycopperplatingand
heattreatmentisfarmorethanthecommercialstandard,andeve
nmeetstheshieldingrequirementsofmilitarymaterials.Keyword
s:Magnetronionsputtering,Amorphous–nanocrystallinealloys,Com
posites,Electromagneticshielding目录1.绪论11.1选题背景11.1.1国内外发展概况11.
1.2复合及纳米化的必要性21.2电磁屏蔽性能参考标准41.3研究意义及目标42.原理与机理62.1电磁屏蔽的实现原理62.1.
1电磁波吸收损耗82.1.2电磁波反射损耗82.1.3电磁波多重反射损耗82.2纳米晶合金的吸波机理92.3非晶\纳米晶合金形成理
论92.3.1热力学条件102.3.2动力学条件102.3.3经商明久的经验规律113.样品的制备与表征133.1非晶带材1K1
07的制备133.1.1非晶纳米晶合金的元素133.1.2非晶带材的制备流程143.2样品的处理与表征153.2.1非晶片表面镀铜
处理153.2.2差式扫描量热（DSC）分析173.2.3非晶片纳米晶化等温热处理183.2.4X射线衍射分析（XRD）193.2
.5扫描电镜&能谱（SEM&EDS）分析193.2.6矢量网络分析204.实验数据处理分析224.1带材的状态与能谱分析224.
2带材的屏蔽性能分析244.2.1镀铜时间对屏蔽效能的影响与分析244.2.2热处理对屏蔽效能的影响与分析274.2.3镀铜热处理
总的屏蔽效能304.3实验拓展与优化315.实验结论335.1主要研究结果335.2经验与不足335.3未来展望34参考文献35
致谢37绪论1.1选题背景1.1.1国内外发展概况历史上首次报道成功地制备出非晶合金是在1934年由Kramer用物理方法蒸发沉积
方法制成非晶薄膜，随后Brenner等人另辟蹊径地采用化学沉积法制备了出非晶薄膜[1]。1959年，Bemal采纳自由堆积硬球模型
对非晶结构进行描述解释；没过多久就有学者凭借该模型推断出任何液体都可以通过快速冷却冻成非晶态，而事实证明这个推断是是正确的并且很快
就得到验证。1960年美国加州理工学院的Klement和Duwez等人[1]发明了通过快速冷却熔融状态下金属制备非晶态合金的方法，
并用这个方法制备出了Au-Si非晶合金箔，突破了从工艺技术上制备非晶态合金的的关键难题。发展至今，非晶合金在世界范围内以软磁材料一
类开发的最多。国外从上世纪中叶发展至今，在电磁屏蔽材料方面已经形成了规模化的生产，其中发展最为迅速的是美国。对于这方面的研究，我国
起步较晚，远没有达到形成产业的规模[5]。从全球范围来看，其发展历程大体上可以分为两个主要阶段[4]。1967年至1988年—从非
晶合金的诞生到非晶合金的产业化：1967年Uuwez最先研发了Fe-P-C系非晶态软磁合金，这一成果大大促进了非晶态合金的发展，使
得非晶态合金得到科研界和工业界等领域的的重视。1979年名为AlliedSignal的美国公司研发出非晶合金宽带的平面流铸带技术
，并应用于实际生产线诞生多个系列的非晶带材，标志着非晶合商业化的开始[4]。到了1989年，该公司在三个系列的非晶带材的生产能力上
能达到平均月产5千吨以上的水平，全球所投入运行的非晶配电变压器中，几乎全部由该公司提供所需的带材。然而，在1988年之前，世界各国
的非晶材料的发展或多或少都要受到美国的制约，在知识产权上的优势让美国的在非晶材料上的发展遥遥领先于其他国家。1988年至今—纳米晶
合金的崛起：1988年日本日立金属公司的Yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金[4]FINMET。
得到的bccFeSi的超细晶粒结构，晶粒尺寸通常为10-15nm，嵌入在非晶基体中[25]。国内在在1976年，出于科研和经济发
展的需要加上其广阔的发展前景于是开始将非晶态材料纳入研究范围，并连续进入科技部从“六五”开始至“十五”的重大科技攻关项目中，其重要
性可见一斑，如图1.1所示。图1.1国内非晶合金的发展1.1.2复合及纳米化的必要性在电磁屏蔽领域虽然材料众多，但是都能通过电磁
屏蔽原理建立起较强的关联性，通过电磁屏蔽原理我们知道，电导率和磁导率使两个极为重要的因素，而这恰恰是金属材料的优势所在，使之成为电
磁屏蔽领域的首选材料。其通常情况下可以分为两大类：（1）良导体类屏蔽材料，顾名思义就是具有较低的电阻即良好的电导率，如铜和镍等力学
性能又非常良好的金属材料，在静电场和高频电磁场屏蔽领域具有很大的优势。可贵如此，金属屏蔽材料缺点也很明显，其单位体积的质量大、抵抗
腐蚀的能力弱、加工较为复杂的缺点也让它的局限性较大；（2）铁磁类屏蔽材料，因为这种材料的磁导率较高，通常在低频（f＜100kHz
）的磁场发挥其屏蔽作用，如铁、硅钢和坡莫合金等，但是它的导电性相对来说较差即电导率低，加上铁磁材料的高频磁导率很低，且高频磁损耗很
大，使它并不太适合应用于高频电磁场的屏蔽[2]。另外，这种材料的磁性经过热处理后变化较大，使用时必须采用适当的热处理工艺，使这些
材料的使用受到了一定的限制[11]。经过多年的历史沉淀，非晶态合金得到了较为广泛的应用，现如今它又在新的领域—电磁屏蔽领域做出巨大
的贡献。，非晶态合金在实际使用中在一定程度上是充当电磁能流的低阻通路，利用的是磁旁路原理来引导电磁能流，这样其他材料难以阻挡的低频
电磁场就会沿着这条低阻通路绕开，从而使被屏蔽区域得到保护。经过热处理之后的铁基非晶态合金更是有可能生成软磁性能比钴基非晶合金还要好
的纳米晶合金。此外非晶合金与金属材料相比具有重量小、成本低的优势，例如在发射箱和火箭弹包装箱的应用中，金属制成的发射箱不仅成本高而
且重量大，在相当程度上拉低了综合性能，因此很大一部分的发射箱使用非金属材料[21]。从以上分析不难得出复合化和纳米晶化的必要性。1
）、复合化：单一的屏蔽材料在其适用频率范围内具有较好的屏蔽性能，但是在现实生活中，屏蔽材料的工作环境往往都比较复杂，需要保证屏蔽材
料在很大范围内都有较好的屏蔽性能。这是比较基本的要求，现如今的发展趋势要求电磁屏蔽材料不仅能胜任复杂的电磁环境，还要具备耐高温、韧
性好、耐腐蚀等物理化学性能[8]。未来屏蔽材料将朝着新型复合屏蔽材料的方向发展，以发挥不同材料的优势，采用绿色技术与复合技术开发出
具有低成本、耐久性好且性能优的复合屏蔽材料，更好地适应日益复杂的电磁环境需要[7]。将多种材料组合使用往往能提高整体的屏蔽性能，其
组合主要可以分为表层导电型和填充型两大类。前者常用的处理方法主要包含涂刷导电涂料、进行金属熔射、表层镀金属处理、表层贴覆金属箔等[
9]。后者主要是指在合成树脂中添加电磁屏蔽元素填充剂以及根据需要添加其他必要的元素。2）、纳米化：Fe基纳米晶材料之所以受欢迎，原
因在于既有FINMET合金的高磁感的优点与此同时又有像钴基非晶合金那样高和低损耗的特点，作为低成本的铁基材料在价格上占有优势。不得
不说纳米晶软磁合金的发明是软磁材料发展历史中的一个里程碑事件，非晶态合金的发展在它的推动下迈向一个新的台阶。纳米晶合金取代非晶合金
软磁材料软磁材料已经成为现实，甚至是钴基非晶和铁氧体，从图1.2中可以看出它们各自的软磁性能的优劣，铁基纳米晶的软磁性能远在其他之
上。正因如此其在电子信息等方向得到广泛使用。图1.2纳米晶、钴基非晶、铁氧体的磁滞回线对比图1.2电磁屏蔽性能参考标准根据要求
，可以对屏蔽材料进行等级评价，如表1.1所示[13]。表1.1电磁屏蔽性能参考标准30dB以下屏蔽效果较差30dB-60dB
中等即一般工业电子设备屏蔽需求60dB-90dB良好即可满足军工或者航天仪器屏蔽需求90dB以上优秀即可满足要求严格仪器的屏
蔽需求对于以吸收电磁波为主的屏蔽材料来说，可以从下几个维度来评估材料的电磁波吸收性能，一是定义为负值的最大反射损耗值、二是有效吸收
带宽，其定义为有效电磁波吸收的频率集合或者范围、第三个是厚度，无论是从环保节能还是经济的角度来考虑都是厚度越小越好[20]。另外，
我国制定了GB/T27581—2011、GB/T27582—2011等标准对电磁屏蔽体等进行严格要求，根据屏蔽目标的屏蔽效
果要求，选择相应电磁屏蔽效能的材料：一般屏蔽效能SE达到20dB，可认为该材料具备良好的电磁屏蔽效果，若电磁屏蔽效能在35dB
，则基本满足民用要求，对于军用材料则对屏蔽效能要求则更高，在75dB及以上[7]。1.3研究意义及目标为了满足现实需要，现如今电
磁屏蔽材料的发展具有宽频化、强吸收、耐高温、轻质、耐腐蚀的趋势，对电磁屏蔽材料提出了更高的要求。要想达到这些标准，传统的单一体屏蔽
材料已经难以胜任，复合材料应运而生。本文所研究的经过磁控溅射镀铜处理以及纳米晶化热处理的纳米晶软磁合金正是在复合材料的背景下提出的
，通过离子溅射镀膜形成表面导电型复合材料，不仅能结合非晶合金与良导体金属各自在不同频率范围内屏蔽性能的优势进而提高整体屏蔽能力，而
且在众多表层导电型复合屏蔽材料中，离子溅射具有能使镀膜层与非晶合金紧密结合而不易脱落的显著优点，具有非常重要的研究意义。另外，通过
上述1.1节对纳米晶电磁屏蔽材料的讨论可知，虽然在价格上占尽优势的不含贵金属的铁基非晶合金在软磁性能方面比不上钴基非晶合金，但是如
果在铁基非晶合金的基础上，做纳米晶化热处理，其软磁性能就会又比较大的提高甚至比钴基非晶合金还要好，如此一来铁基纳米晶将实现价格与性
能的双赢，铁基纳米晶合金在很多领域已经能取代像钴基非晶合金这种软磁性能良好的代表性材料，因此对1K107带材的纳米晶化热处理的研究
具有非常重要的现实意义。本研究的目标是，通过镀铜表面处理和纳米晶化热处理来提高非晶合金带材在所研究频率范围内（1~9GHz）的综
合屏蔽性能。经过初步的实验测试表明，本实验所使用的的非晶带材在未经过任何处理的情况下基本能满足一般工业电子设备的屏蔽需求，因此我们
期望在原有的基础上，进一步提高其屏蔽效能尤其是屏蔽效能的峰值，与此同时，片面追求屏蔽性能的提高是不现实的，尤其是对于Finemet
合金的纳米晶化热处理所带来的脆性，需要我们对其性能有所折中。因此本研究的目标是在1~9GHz频率范围内，在保证热处理之后不会因为
样品过脆而影响实验测试的基础上，最大程度提高其屏蔽性能，尤其是屏蔽性能的峰值。原理与机理2.1电磁屏蔽的实现原理电磁屏蔽的原理在于
屏蔽材料对电磁能流扥隔阻、引导或衰减，使场源辐射所产生的电磁能流不能侵入被屏蔽区域，即表面反射、内部衰减和磁通路引导，目的是保护被
屏蔽区域免于电磁辐射的污染。电磁屏蔽按原理可将屏蔽分为3类：1、静电屏蔽是将电力线局限于外层空腔屏蔽体的表面薄层中。对于一个有空腔
的导体，导体无论是否接地，其内部电场不受外界电场的影响，而接地的导体壳外部电场不受内部电荷的影响[10]。2、磁屏蔽的目的是防止外
界的静电场和低频电流的磁场进入到某个需要保护的区域，和静电屏蔽类似，静磁屏蔽是用铁磁性的材料把需要防干扰的部件罩在当中，使得它与外
界磁场相隔开，不受干扰或不干扰其他物件[12]。静磁的屏蔽需要用到磁性介质来做屏蔽体外壳，把一高磁导率的材料制成的球壳放在外磁场中
，则电磁屏蔽球壳与空腔中的空气相当于并联的磁路，一般来说空气的磁导率接近于1，但是电磁屏蔽球壳的磁导率却至少有几千，在这种情况下
，外磁场的绝大部分磁感应通量都将沿着电磁屏蔽球壳绕过被屏蔽空间，只有极少量的磁通量进入被屏蔽空间，这就达到了磁屏蔽的目的[12]。
3、通常所指的电磁屏蔽是对电磁波的屏蔽[11]。在电磁波侵入被保护区域前常伴随以下几种机制衰减，包括表面的反射损耗、材料自身内部的
吸收损耗和在屏蔽材料内的界面之间的多重反射损耗，如图2.1所示。反射损耗R是利用阻抗不匹配来反射电磁波，和阻抗密切相关；而衰减损耗
则是利用高频趋肤效应来衰减电磁波，与所选的屏蔽材料、电磁波频率有关系。图2.1电磁屏蔽原理示意图一般来说远场（与天线距离大于d=λ
/2π）电磁波的阻抗较大（377Ω），且无论是近场还是远场，电场和磁场都随距离衰减得很快。铜板等屏蔽材料是高电导率材料，其阻抗非
常小，10MHz时，铜的固有阻抗大约只有1mΩ，相差30万倍。由于远场波阻抗与屏蔽材料阻抗差距巨大就会产生反射，因此单看反射系
数就可以达到100dB的衰减效果。因为衰减损耗则是利用高频趋肤效应来衰减电磁波，与所选的屏蔽材料、电磁波频率有关系。相同尺寸的不
同材料，趋肤深度更小的材料对干扰衰减更强，抑制干扰的效果越好，即可以用趋肤深度来评价趋肤效应的强度。如果使用导电率更高的材料其反射
损耗就更多，屏蔽效果就越好；而使用更厚的材料，衰减损耗就更多，屏蔽效果也越好。为了更加深入理解趋肤深度的内涵和意义，我们可以分析一
下图2.2铁、铜、铝金属的趋肤深度与频率关系曲线图。我们知道，金属铁的电导率比金属铜的电导率要低，根据反射损耗与电导率的关系可
知铁的屏蔽性能要比铜的要差，但是由于金属铁的磁导率很高，衰减损耗更大，衰减损耗引起的屏蔽效果更好，所以金属铁的趋肤深度要比金属铜的
要低。另外，从图2.2中还可以知道，随着频率的增大，趋肤深度逐渐减小，因此高频时即使用非常薄的电磁屏蔽金属材料就可以达到很不错的性
能。图2.2铁、铜、铝金属的趋肤深度与频率关系曲线图屏蔽效能SE（Shieldingeffectiveness）体现了屏蔽体对
电磁信号的衰减值，它的数值用被屏蔽保护空间不存在电磁屏蔽体时的场强E1或H1与存在电磁屏蔽体时的场强E2或H2的比值来表示，单位为
分贝，公式定义为[6]：SE=20lg(E1/E2)(dB)（2.1）SE=20lg(H1/H2)(dB)（2.2）数
字下标1代表屏蔽前，数字下标2代表屏蔽后，字母E代表电场强度，字母H代表磁场强度。SE越大，表明经过屏蔽体后电磁波被衰减得越严重即
代表了屏蔽性能。根据电磁屏蔽的传输线理论（Schelkunoff理论）把总的屏蔽效果等效为三种衰减方式效果的叠加：SE=A+R+M
(dB)（2.3）式中A表示吸收损耗，R表示反射损耗，M表示多重反射损耗，在实际工程应用中他们的常用的计算公式可表示如下[6]
：2.1.1电磁波吸收损耗A=131.4t(dB)（2.4）式中,t为屏蔽材料厚度(m),为屏蔽材料的相对磁导率,为屏
蔽材料相对于铜的电导率，为频率(MHz)，它们说明影响电磁屏蔽性能的因素所在。2.1.2电磁波反射损耗R的值与入射波与屏蔽材料
表面阻抗的匹配程度有很大关系，并且与电磁波的类型有关，主要分为三种。平面波：=108.1-10（dB）（2.5）电场（高阻抗场
）：=141.7-10（dB）（2.6）磁场（低阻抗场）：=74.6-10（dB）（2.7）式中r为波源到材料表面之间的距离(
m)，可见反射损耗不仅与电导率和磁导率有关，场源本身的特性和距离也是一个关键的因素。2.1.3电磁波多重反射损耗M=(10)(dB
)（2.8）式中，Zs为材料作为屏蔽体的阻抗，Z为空气的阻抗。在金属板薄或电磁波频率低的情况下，通常考虑屏蔽材料的内部损耗M，如果
金属板厚或频率高，则导体的吸收损失会很大(A>l0dB)，M可忽略[6]。于是上式可简化为：SE=A+R.2.2纳米晶合金的吸波机
理吸波材料按电磁波的损耗机理可分为三种，如图2.3所示。其中，第二种介电损耗型吸波材料对电磁波的吸收主要是由介电极化导致的驰豫损耗
引起的，第三种磁损耗型材料吸波机理主要为磁滞损耗、铁磁共振损耗、涡流损耗等[14]。图2.3吸波材料的分类在相同的吸波性能条件下
，磁损耗材料更薄，更容易进行阻抗匹配，这也是纳米晶软磁合金作为此损耗型吸波材料的一大优点，其吸波机制与铁氧体的类似，它具有较大的磁
损耗正切角，依靠磁滞损耗、畴壁共振和自然共振、后效共振等磁化机制衰减和吸收电磁波[14]。2.3非晶\纳米晶合金形成理论众所周知，
晶体中的原子在的排列方式上通常异于非晶体。前者从液态凝固成固体时趋向于形成稳定结构，即原子趋向于从相对无序的混乱排列转变成整齐的排
列成为晶体，如果金属或合金的凝固速度非常快，原子来不及整齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式混乱的就是非晶合金[17]，也叫金属
玻璃。在不考虑现实中实现方法和制备难度的情况下，只要冷却的速度足够快，任何液态物质都会因为来不及整齐排列而被冻成非晶态。当考虑实际
情况的时候，情况就比较复杂，因为并不是所有物质都像玻璃那样即使缓慢地冷却也能不结晶，比如单一的金属至少要满足每秒达到破亿度的的冷却
速度才有冻成非晶的可能。于是乎，为了获得非晶态的金属，不得不考虑与其他原子尺寸存在差异的物质混合，增强其非晶形成能力，形成原子移动
较为缓慢的合金体系。2.3.1热力学条件物质在两种结构之间转变时总是会造成自由能的改变，一般情况下结构较稳定的体系其自由能较低。物
质从液态到固态的晶化转变过程的热力学表达式可表示为[17]：（2.9）式（2.9）中的T为温度，和分别指的是液-固相转变时的焓与熵
的变化。对于特定成分的合金，其值的大小直接反应了过冷液体发生结晶转变的驱动力的大小，如果<0则就可以发生自发反应。若的值较大则其体
系很容易以晶化态存在，表现为弱非晶体系，越大的值表示所使用的的合金成分相对来说其需要较大的形成非晶的临界过冷速度，从原理上来看这样
的材料就较难形成非晶。反之如果的值较小则相对来说会比较容易。由式（2.9）可知，要获得非晶态结构的合金成分体系，不得不降低和增大使
较小。铁基非晶体系多为三组元以上体系，组元间的原子尺寸相差较大，组元的复杂化不仅提高合金发生结晶转变时的熵，而且使固态结构具有更致
密的原子结构，即降低液态与晶态之间的，致密的原子结构使其不容易长程扩散从而抑制晶核的形成与生长。是合金转变时的焓变化，对于组元之间
而言，混合焓的大小会影响非晶形成能力，混合焓的值越小即负数绝对值越大其形成非晶的能力就越强，所以在确定组元的时候也充分考虑其组元之
间的混合焓[17]。2.3.2动力学条件热力学阐述了发生反应的可能性，但实际上具有可能性不代表实际情况即条件不充分（比如金刚石与石
墨），其形成原理告诉我们要极快的冷却速度才能保持非晶态而不至于让原子重新整齐排列，在如此短暂的过程中冻住原子其动力学条件是必不可少
的因素。对于某特定合金成分体系，其形核速率和长大速率可用式（2.10）和式（2.11）表示[17]：（2.10）（2.11）式（2
.10）与（2.11）中I指均匀形核率，U是长大速率，这两个是结晶动力学的的两个关键参数，T表示温度，=T/=1-，b是形状因子，
?指粘度，f指固/液界面上形核位置百分数，α和β为固/液相界面能相关的参数，其中α=，β=/R。N为阿伏伽德罗常数，V是原子体积，
R是普适气体常量，从整体来看，I和U是决定过冷液相中均匀形核和晶体长大的结晶动力学参数。已知合金种类的情况下，想要获得非晶态结构的
合金必须掌控I和U。对于非晶态的形成来说，这两者都是追求不断减小。α和β值的增加会促使、的增加及的减少，使值降低，这与热力学的结果
具有一致性。反映的是过冷液体的热稳定性，当值满足一定的条件时才能使其合金形成非晶态结构。>0.9时，一定冷却速率条件即可抑制结晶而
形成非晶态；当<0.25时，无法形成非晶态。除了、，?是影响非晶形成能力得的重要参数，它反应的单个原子与附近其他原子阻碍移动的摩擦
力的大小。从非晶的形成原理上来看?越大代表原子运动时阻力就越大，就有利于非晶的形成，促使过冷液体的稳定性的提高。同时?与玻璃转变温
度有密切关系。当温度降低时，高粘度有利于提高合金共晶点温度的非晶形成能力。由于Fe-基非晶体系具有多组元的成分特点，过冷液态的合金
常有高密度、高黏度和较大的固/液界面能，增大了原子扩散激活能，提高了过冷液体的热稳定性[17]。2.3.3经商明久的经验规律三种以
上的元素组成合金体系；合金系的组元之间原子尺寸比较大，最好满足大、中小原则，且主要组元间的原子尺寸比大于12%；组元间具有负混合热
。可形成非晶态结构合金成分体系较多，但组元各原子间的互溶受很多因素决定，包括数量、负电性、相对尺寸、外层电子结构等[17]。样品的
制备与表征3.1非晶带材1K107的制备1K107高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B系快淬软磁铁基纳米晶合金的工艺制备一般主要由
二个步骤，按序先利用单辊旋淬甩带法制备出非晶薄带，然后再经过晶化来处理转换为铁基纳米晶软磁合金。前人们的数据表明，非晶合金晶化法是
纳米晶材料的通常制取方式之一，从海内外的探索去看，非晶合金纳米晶化的操持门径通常涉及：热致晶化、电致晶化、机械晶化和高压晶化等，其
中热致使晶化又包括等本研究所采用的温退火法以及未采用的分步退火法两种[15]。整体过程是先通过外部稳步加热使非晶试样达至设好的温度
并维持一段时间，然后让其冷至室内温度。常规等温退火法存在一个缺点，即特定成分的合金中做等温退火处理才又生成纳米晶体的可能，就像Fe
-Si-B系合金中至少应包含铜，铌，钽中的两个元素（其中第一个必不可少）才有可能在此方法下析出纳米相。下面将非晶带材1K10
7的制备的分成非晶/纳米晶合金的元素、非晶带材的制备流程两个部分来讲解。3.1.1非晶纳米晶合金的元素在热致晶化的背景下，非晶纳米
晶软磁合金通常包含三类元素：第一类是铁、钴、镍等磁性元素，这是磁性材料的基本元素，第二类是Si、B、P、C等非晶化形成元素，即类金
属元素也称为玻璃化元素，第三类是纳米晶形成元素，它包括两类：一是Cu及其代替元素、二是Nb、Mo、W等及其代替元素[17]。在这三
种元素中，第一种元素即磁性元素是非晶软磁合金最基本的元素。非晶形成元素：、硅元素一方面是最主要的非晶形成元素之一，另一方面过高的硅
含量会使Bs在很大程度上降低，因此对硅元素含量的控制至关重要，常温下，-Fe(Si)中Si的最大摩尔溶解量是3%[17]。另外，在
无规密堆结构中，每个原子周围都有一些间隙，Nb、Si、Cu、Fe、B的原子半径分别为2.08nm、1.34nm、1.28nm
、1.27nm、0.95nm[19]。硅原子半径和其他相比相差很多，非常容易进入其他原子间的间隙。B原子在合金成分中的特点是扩
散速度很低，且在-Fe(Si)中的溶解度很小，在非晶区具有稳定非晶态以阻碍了-Fe(Si)晶粒长大的作用。同时B元素的非金属性很强
，可以形成一些金属化合物，例如B与V有V3B2、VB等，进一步抑制了-Fe(Si)晶粒生长[17]。纳米晶形成元素：纳米晶形成元素
Cu、Nb、V、Mo等在热处理过程中易与非金属元素形成化合物或以团簇的形式存在有助于调节纳米晶的长大，进而直接影响饱和磁感应强度B
s等磁性能[17]。另外Cu团簇起着a-Fe晶粒成核位点的作用，Cu团簇的动力学受到热稳定性或非晶态浓度的影响[23]，含有Cu和
Nb导致纳米级bcc结构，非晶合金表现出良好的软磁性能[24]。在含有这两种金属的合金中，Cu在某种程度上增强了a-FeSi的成
核，而Nb则阻碍了晶体的生长，从而形成了精细的微观结构。结果表明，即使在制备的样品中，铜也可能形成尺寸在1nm范围内的紧密堆积的沉
淀物，这些铜团簇可以催化a-FeSi的成核[26]。非晶合金的纳米晶化是通过控制非晶态固体的晶化动力学过程使得晶化的产物为纳米尺寸
的晶粒[15]。非晶合金由于经过一定温度的退火过程后存在发生晶化的可能，并且晶化的晶粒比较大，软磁性能大大降低，从而大大限制了其使
用范围，一般的非晶合金都要在非晶状态下使用。直到八十年代末，日本的吉泽克仁等人的一个重要发现打破了这一个限制条件，他们发现非晶合
金在在含有Cu和Nb的情况下即使在晶化温度以上退火也不会降低其软磁性能，究其原因是因为虽然非晶合金发生晶化，但是晶粒尺寸小
到纳米级别。3.1.2非晶带材的制备流程常用的制备非晶合金薄片的方法被称为单辊甩带法，从非晶合金的形成原理出发不难理解其制备流程：
高温熔融状态下的金属合金在高压气流的作用下，以非常快的速度从石英管嘴喷向转速很高的的光滑铜辊面上，以达到快速冷却的目的；冷却后的非
晶继续被铜辊甩离形成相应的带材，至此基本完成非晶薄带的制作。单辊甩带法之所以能使合金快速冷却，是因为样品的比表面积的增加以及与合金
接触面的热阻的减小。如图3.1所示为详细的生产过程。该方法虽然工艺简便但是由于非晶带材的性能还有待提高，因此在商业化上受到制约[1
6]。图3.1生产非晶薄带的工艺流程3.2样品的处理与表征3.2.1非晶片表面镀铜处理如图3.2所示，本实验所用的是FJL560
型超高真空磁控溅射与离子束溅射联合镀膜设备，能够在常见的金属、半导体和绝缘体等基底材料上沉积半导体、金属、非金属、氧化物等材料的单
层及多层功能薄膜。主要特点包括：主溅射室可放置6片基片意味着每次抽完真空后可以镀多片带材、主溅射室有基片挡板和靶挡板两套挡板系统、
溅射镀膜过程采用计算机控制非常便于控制每个样品的镀膜时间，更加安全、高效和便捷。图3.2FJL560型超高真空磁控溅射与离子束溅
射联合镀膜设备溅射法是物理气相沉积薄膜的方法之一，是溅射原理及处理加工材料表面处理的现代技术方法。溅射法的镀铜原理可以分为三个过程
，即电子加速运动撞击惰性气体、由于撞击产生的正离子经过电场加速后以较高的能量撞击靶材、靶材原子脱离靶材向被镀样品沉淀。磁场的作用增
加溅射率，更换不同材质的靶和控制不同的溅射时间，便可以获得不同材质和不同厚度的薄膜[18]。在进行镀膜之前首先需要将事先准备好的非
晶合金带材裁剪成边长约为5厘米的小方块，这里之所以要注意尺寸大小是因为太大的话基片放不下而太小的话不方便后期做矢量网络分析仪的测试
。裁剪好非晶合金薄片之后就将其固定于载片板上做好标记，然后再放置在特定工位准备溅射。另外在正式开始溅射镀膜之前还需要对溅射室进行抽
真空，观察真空计的数值达到要求后方可进行磁控溅射。开始溅射的时候，需要手动调节每个样品的溅射时长，故在六个样品溅射镀膜完成之前，需
要每隔一段时间转动需要通过计算机将转盘转到特定位置进行溅射镀膜。需要特别注意的是：在转盘还未完全停止转动的情况下不能开始溅射，确保
停稳对准再开始溅射才能保证溅射的质量。完整的实验流程如图3.3所示。图3.3超高真空磁控溅射操作规程如图3.4所示，左边的图（a
）中白色的金属片是镀膜之前的样品，右边的图（b）黄铜色的金属片是镀膜之后的样品。本次研究一共镀了六组样品、分别是：5min、10
min、15min、20min、25min、30min。(a)镀铜之前样品(b)镀铜之后样品图3.4溅射镀膜前
后样品对比图3.2.2差式扫描量热（DSC）分析DSC热分析法（DifferentialScanningCalorimeter
），亦称差示扫描量热法，本研究所用的是TAInstrument公司研发的热流型DSC，机型为SDQ600同步热分析，如图3.5所示
。其测量方法为：按要求将一定质量的样品放置在Al2O3坩埚中，设定测试温度范围为400℃至800℃，加热速率20℃/m
in。图3.5SDTQ600型差式扫描量热分析仪3.2.3非晶片纳米晶化等温热处理本研究所用到的热处理仪器是NBD-01200对
开式管式炉，如图3.6所示。研究发现退火温度和保温时间对材料的屏蔽性能影响较大，经过初步测试，保温温度为320℃、保温时间为10
min时能有效提高带材的电磁屏蔽性能以及保证带材的力学性能。经过尝试后发现热处理会带材的力学性能造成一定的影响，不方便后续的镀膜
处理，因此对于既需要镀膜又需要热处理的样品采用先镀膜后进行热处理的顺序。另外，为了方便比较热处理对纳米晶电磁屏蔽性能的影响，将七组
不同镀膜时间（包括未镀膜）的样品再各自分成两组，分别是经过热处理的和未经过热处理的样品，这样一共有13组待测样品（未镀铜也未经过热
处理的空白样品一组）。热处理的过程由计算机控制温度上升时间和调节温度以及保温时间等参数，设定好退火热处理之后由管式炉自动加热。在正
式开始加热处理之前，需要将样品放置于石英管内靠近中间部位，以使其受热均匀，避免出现因受热不均匀导致材料损坏的情况。将样品放置于石英
管之后，在石英管的两端防止一些费带材或带材边角料，其目的一方面是吸收在热处理过程中可能出现的氧化剂，另一方面，使用带材来吸收而不是
其他氧化剂吸收剂也是为了防止对样品的污染。图3.6NBD-01200对开式管式炉依照DSC图，可以获得我们想要知道的玻璃化转变温
度Tg,作为纳米晶带材而言，在整个持续升温阶段，样品要先由玻璃态进入过冷液态，发生首次玻璃化转变继续出现吸热峰，温度越来越升高时，
样品由非平衡的的过冷态转变为稳固的结晶态，经历一次晶化的过程同时出现放热峰[19]，而从DSC图中不难看出非晶纳米晶热处理的的晶化
过程分为两个阶段。3.2.4X射线衍射分析（XRD）分别对不同方法处理过的样品及空白对照样品进行X射线衍射分析，获取样品的XRD谱
，从XRD图谱中得到被测样品的的衍射特征，间接得到内部的粒子的状态、物质构成等信息。各种物相出现衍射峰的位置不一样，与标准卡片对比
可以得到对应的物质。如图3.7所示是本研究所用到的X射线衍射分析仪，全称为D/MAX-UItimaIV型X射线衍射仪。扫描速率为
10°/min，扫描角度为30~80°。图3.7D/Max-IIIA型X射线衍射分析仪其原理类似普通的可见光，与物质相互作
用时会出现散射，其中相干散射又叫做汤姆逊散射是引起晶体造成衍射线的根源，在晶格的作用下，沿晶胞不同方向的散射光具有一定的光程差，其
为整数倍时各散射X射线之间有最大程度的相互加强也称为衍射，发生最大程度增强的方向称为衍射方向，对方向的测量可确定晶胞的形状和大小[
19]。3.2.5扫描电镜&能谱（SEM&EDS）分析我们可以从扫面电子显微镜的系统组成中对其工作原理进行较为详细的分析。作为SE
M的主要组成部分，电子光学系统负责向样品投射一束非常细小的电子束以使样品表面激发出各种信息；接着，作为第二大组成部分的信号检测处理
和呈现系统则收集反应样品表面形貌的二次电子等信息并以图像的形式呈现出来。电子枪使电子光学系统的主要组成部分，高亮度和能量散布小是其
必要的特征要求。目前最常见的种类有热游离方式和冷场发射式，前者主要分为钨灯丝和六硼化镧两种，后者电子束直径最小，亮度最高，影像分辨
率最优。本研究所使用的的是S-3400N型钨灯丝扫描电子显微镜，如图3.8所示。利用SEM自带的能谱分析仪EDS还能检测样品的元素
以及分布的状况展开分析，对样品表征各元素的分布情况。图3.8S-3400N型扫描电子显微镜3.2.6矢量网络分析如图3.9所示，
是本研究所使用的KEYSIGHTN5225四端口矢量网络分析仪，其测试频率范围10MHz-50GHz，是一种电磁波能量的测试
设备，可以测量很多网络参数，本研究主要用它来测试反应材料电磁屏蔽性能的插入损耗。图3.9矢量网络分析仪使用网络分析仪进行测量，沿
传输线行进的待测量包括入射波、反射波和传输波。利用矢量网络分析仪测试非晶薄片的屏蔽性能实际上测试的是插入损耗以及回波损耗，后者是由
于阻抗不匹配所产生的反射，从它们的定义可知回波损耗越差，相应地插入损耗就越大。与回波损耗相对应的还有另外一个参数叫做反射率，该值测
量反射事件及连接器相对于注入的电磁波而产生的反射量，实际上是回波损耗的倒数，该值同样以dB表示，但是是负数。这两者的计算方法分别为
：回波损耗=10，单位为+dB（3.1）反射率=10，单位为-dB（3.2）插入损耗的计算公式可表示为：插入损耗IL=-10
lg（Pout/Pin）单位为-dB（3.3）其中Pout为输出光功率，Pin为输入光功率。从矢量网络分析测试的插入损
耗的定义可以看出，其结果就是我们要的电磁屏蔽效能SE,如式（2.1）和式（2.2）所示。此外需要区分两个概念：回波损耗与反射损耗。
前者Lr和后者LR皆与反射信号的大小有关，前者是指反射信号本身的损耗，后者表示的是反射信号导致的的负载功率的衰减。实验数据处理分析
4.1带材的状态与能谱分析为了获得带材在升温热处理的吸热放热数据以确定其晶化温度为进一步确定纳米晶化热处理温度提供依据，我们使用差
示扫描量热仪对没有进行任何处理的样品进行差示扫描量热分析，并得到了带材的DSC曲线，如图4.1所示。从图4.1可以知道，此材料出
现了两个晶化阶段，其DSC曲线有两个比较明显的放热峰。图中所表示位置分别是一级初始晶化温度Tx1、晶化峰值温度Tp1以及Tx2、T
p2。此材料的的Tx1为531.5℃，Tp1为551.8℃，Tx2为702.1℃，Tp2为711.6℃。图4.1非晶合金
带材的DSC曲线由于所研究带材的成分尚未知只知其所属的系列，需要进一步的能谱分析实验来确定合金的组成成分。如表4.1所示是不同镀铜
时间样品的能谱表，从图中可以看出随着镀铜时间的增加，样品的铜含量也随着增加。由于EDS对于质量分数在1%以下的元素很难做到定量分析
,并且不在同一次操作下测得的数据偏差较大，即对被测物本身的性质和检测过程中的操作有很大关系。而且，从定性分析中可知本次实验所用的带
材所含成分较多且部分元素的含量偏低，因此如果只有能谱检测的结果还较难确定带材的成分，需要进一步研究才能确定其成分。表4.1扫描电
子显微镜能谱分析表经过大量的文献研究，我们在前人的实验研究中找到相关的数据。由于实验所用带材所属系列常用的成分比较少，这与带材非晶
合金中各类元素的作用及其对带材的软磁性能和力学性能等方面的综合影响有关。例如si元素的作为非晶形成元素其含量过高会造成Bs的降低，
在非晶纳米晶软磁合金体系中，其含量的范围就有一定限制，因此在前两个实验的基础上，有了带材所含成分的定性分析和主要成分的定量分析之后
，结合表4.2淬火态Fe73.5Si(12.5+x)B(10-x)Cu1Nb3合金带材的特征温度[19]，现在基本可以确定所研究的
带材合金成分为：Fe73.5Si15.5B7Cu1Nb3，因为这种成分的一级晶化温度与本实验带材的以及晶化温度最为接近。表4.2淬
火态Fe73.5Si(12.5+x)B(10-x)Cu1Nb3合金带材的特征温度4.2带材的屏蔽性能分析4.2.1镀铜时间对屏蔽效
能的影响与分析如图4.2所示，在镀铜之前，带材的XRD衍射图呈现馒头状峰，说明了此材料的非晶状态，而且在320℃条件下并没有生成
晶相，这与DSC的一级晶化温度531.5℃差得很远，XRD图与预期结果相符合。图4.2镀铜前带材的XRD图从图4.3的不同镀铜
时间的屏蔽效能图中可以清楚看到，随着镀铜时间的增加，反射损耗有一个先增加后减小的过程，其中镀铜20分钟样品的电磁屏蔽性能最佳，从图
4.4可以看到，镀铜20分钟样品的峰值也是所有样品中最大的，达到94dB，相比于原来未做任何处理的样品，其屏蔽效能峰值提高12
dB。图4.3不同镀铜时间的屏蔽效能图图4.4不同镀铜时间的屏蔽效能峰值对比图从屏蔽材料的电磁屏蔽原理出发来理解其背后的原因。
我们的样品属于复合材料，其表面材料良导体金属铜具有优良的电导率，而电磁场理论告诉我们，屏蔽材料的电导率越高，在高频电磁场中产生的涡
电流和反向磁场越大[2]，屏蔽效果越好，此外高的电导率还会导致大的反射损耗；基体材料非晶态合金属于具有较高的磁导率的软磁铁磁材料，
利用其高的磁导率来形成磁旁路，将电磁波限制在低磁阻的旁路通道内，因此对低频电磁场具有较好的屏蔽能力。一般来说，磁导率越高，厚度越大
，屏蔽效果越好[2]。也就是说，不管镀铜时间足不足以让镀铜层达到趋肤深度，随着镀铜时间的增加样品的总的屏蔽性能与镀铜时间是单调不减
函数的关系，即随着镀铜时间的增加其屏蔽性性能的增长允许有波动或者达到类似饱和的状态，但至少不会减小。然而实验结构却大大出乎所料，随
着镀铜时间的增加，即厚度的增加其屏蔽性能先增加，在20min左右达到峰值后期电磁屏蔽性能有所下降，从目前所做的实验研究的数据来看
，这个结构显然不能得到合理的解释。经过调查研究，我们从前人的实验研究中找到了一些较为合理的解释：（1）、随着镀铜时间的增加样品的厚
度随之变化，这可能导致样品的饱和磁化强度的降低，另外随着镀铜时间的延长，磁导率快速降低而矫顽力却逐渐增大，即软磁性能将的降低导致屏
蔽性能的下降[2]，但是在镀铜时间达到20min左右的峰值之前，其仍旧拥有较好的软磁性能，即软磁性能并没有下降到成为样品的屏蔽性
能发生变化的主导因素，而在另一方面随着镀铜时间的增加样品表面获得了优异的导电能力。然而随着镀铜时间的增加，其厚度和内应力也相应地增
加，其内部和表面缺陷增多的同时与非晶合金的结合力减弱了，于是就表现为随着镀铜时间的增加复合材料的电导率会继续增加但其他与电磁屏蔽性
能相关的参数例如软磁性能却逐渐减弱甚至有越来越占据主导的地位的趋势。于是综上所述，当积极因素和消极因素达到平衡时会存在一个最佳的镀
铜时间[2]。（2）、当电磁波通过时，高导电的镀铜层会引发电损耗而软磁的铁基非晶纳米晶层会引起磁损耗[2]。铜的高电导率会反射电磁
波而粗糙表面会减小电磁波的反射，进入到高导电的度铜层时电损耗继续消耗了相当程度的电磁波，还没被消耗的将继续前进到镀铜层/铁基非晶层
界面处共存的导电相和导磁相引起的界面极化和界面驰豫继续消耗电磁波能量，电磁波进入铁基非晶层后能量继续以磁损耗的形式进一步降低[2]
。图4.5热处理前不同镀铜时间的XRD图另外，从图4.5还能够知道，镀铜越久导致样品的衍射峰明显越细越高，而晶体化程度越高相应地
表现为衍射峰越高，晶体排列整齐导电性好；衍射峰的宽度也随着镀铜时间的增加而增加，说明晶体尺寸逐渐减小，即晶粒增多更过的晶面使得金属
中电子的运动更加受阻表现为电阻率的增加，这是造成20min之后电磁屏蔽效能下降的一个原因。各样品的半峰宽度如表4.3所示。表4.
3各样品的半峰宽度样品Cu-10Cu-10(320℃)Cu-20Cu-20(320℃)Cu-30Cu-30(320℃)半峰宽69
16537526088025924.2.2热处理对屏蔽效能的影响与分析从图4.6中可以看到，在所做的几个热处理温度中，320℃的
热处理对电磁屏蔽性能的提高是最大的，之后的380℃和440℃其电磁屏蔽性能均没有320℃热处理的电磁屏蔽性能好，因此在综合考
虑带材热处理之后的力学性能和软磁性能等因素的情况下，选择320℃作为带材的热处理温度。从图4.7和图4.8以及图4.9中可以看到
样品在镀铜前热处理之后的电磁屏蔽性能比没有热处理过的样品的屏蔽性能有所增强。在镀铜之后热处理的电磁屏蔽性能又比没镀铜热处理的要有所
增强。由此可见，320℃热处理能有效增强带材屏蔽片的电磁屏蔽性能。320℃without380℃440℃图4.6镀铜前不同热处
理温度屏蔽效能图4.7镀铜10分钟屏蔽效能图4.8镀铜20分钟屏蔽效能withoutCu-30图4.9镀铜30分钟屏蔽效能我
们已经知道，单纯的320℃热处理能固定地提高片材的电磁屏蔽性能。从理论研究中我们知道，铁基非晶Finemet经过适当的热处理能显
著提高电磁软磁性能，其中起主要作用的是纳米晶的生成。在320℃条件下的热处理虽然没有生成纳米晶，但是经过热处理之后样品的电磁屏蔽
性能明显提高。究其原因可以从以下几个方面得到解释：、表4.3中可以看出，热处理之后的样品比没热处理过的样品其XRD衍射的半峰宽普遍
得到显著地降低，即热处理使得金属铜的晶粒长大，相应的晶界缺陷较小进而电导率得到提高，在效果上体现为电磁屏蔽性能的提高。而且从图4.
10中可以看到，镀铜20分钟热处理带材的衍射峰比镀铜时间高于二十分钟和低于二十分钟带材的都要细要高说明镀铜20分钟带材镀铜层的晶化
程度高，晶体排列好、晶胞取向好从而导电性好；热处理使得各个镀铜时间带材的镀铜层的半峰宽减小即晶粒长大，这意味着晶体缺陷的减少及电导
率的增加，有助于良导体屏蔽效能的提高。图4.10热处理后不同镀铜时间的XRD图（2）、研究表明，常规退火能使非晶合金的内应力得到
释放进而显著降低软磁非晶合金的矫顽力，随之减小的还有软磁非晶合金的磁滞损耗，改善非晶合金结构均匀性和消除内应力可显著提高软磁非晶合
金的磁学性能[22]，即较低温度下退火时发生结构弛豫以及合金在快冷制备过程中所积累的应力得到释放是320℃热处理使样品的电磁屏蔽
性能得到提高的主要原因[3]。4.2.3镀铜热处理总的屏蔽效能图4.11热处理后不同镀铜时间的屏蔽效能总对比图图4.12热处理
后不同镀铜时间的屏蔽效能对比图图4.13热处理后不同镀铜时间屏蔽效能对比图在4.2.1中我们知道，对于只做镀铜处理不做热处理的带
材，随着镀铜时间的增加，其屏蔽性能先增加后减小，存在一个最佳的镀铜时间；在4.2.2中我们已经知道，单纯的320℃热处理能固定地
提高片材的电磁屏蔽性能，即不同镀铜时间的带材经过热处理之后其屏蔽效能都得到提高，尤其是峰值；结合前两小节，从本小节图4.11和4.
12以及4.13中我们可以知道，在镀铜的基础上做热处理时，片材的电磁屏蔽效能是比只镀铜未做热处理和只做热处理未镀铜的都要高，从图4
.11还可以看出镀铜二十分钟热处理片材样品的电磁屏蔽性能是最好的，其在图中的所测频率范围内均超过60dB，而从图4.12可以知道
镀铜20分钟320℃热处理带材的屏蔽效能峰值是所有样品中最高的，达到110dB。4.3实验拓展与优化按照任务书的安排，本研究到
这基本就完成了，但是在研究过程中的发现告诉我，还有很多地方值得我们继续探索，其中一个很重要的点就是纳米晶化等温热处理。本研究的热处
理温度选择了远比晶化温度要低得多的320℃，通过热处理改善样品的组织结构，使非晶合金的内应力得到释放，结果表明320℃热处理能
显著提高带材的屏蔽性能。晶化温度以上的带材我们做了一个550℃等温如处理样品的XRD测试，如图4.14和图4.15所示。图4.1
4未镀铜550℃等温热处理XRD图图4.15镀铜后550℃等温热处理XRD图从图4.14和图4.15的衍射峰可以看到，550
℃未镀铜等温热处理样品已经出现晶化行为，并且得到的a-Fe(si)的晶粒相对比较小，由于时间关系，并未来得及做进一步的屏蔽效能测试
，初步的预想是生成了纳米晶并且对软磁性能和屏蔽性能的的提高都有很大的贡献，就像理论上的铁基纳米晶合金那样有比钴基非晶合金还要好的软
磁性能即电磁屏蔽性能。实验结论5.1主要研究结果、经过大量的文献研究与梳理，让我对非晶合金这一类材料的发展历史和形成机理有了比较深
入的认识，尤其是铁基非晶合金和在它的基础上通过通过晶化处理得到的纳米晶合金；学习了很多相关的材料表征技术，例如XRD、DSC、SE
M、矢量网络分析等；学会使用超高真空离子溅射镀膜机、可编程热处理管式炉等材料处理加工技术；学会了使用origin和jade等工具制
作XRD图。、通过控制溅射镀铜时间调节镀层厚度使带材Fe73.5Si15.5B7Cu1Nb3的电磁屏蔽性能得到明显的提高，从镀铜1
0分钟到30分钟的各个带材的屏蔽效能的结果来看，随着镀铜时间的增加存在一个最佳的镀铜时间，其中镀铜时间为20分钟时有较好的电磁屏蔽
效能，达到94dB，相比于未做任何处理的样品提高12dB。、在镀铜处理的基础上，经过热处理后各样品的电磁屏蔽性能相比于只镀铜未
做热处理和只做热处理未镀铜的样品有所提高，其中镀铜20分钟后做热处理的样品具有最佳的屏蔽性能，其屏蔽效能达到110dB。5.2经
验与不足、经验：撰写实验报告，包括实验目的、实验原理、实验器材和实验材料、实验流程以及做完实验的心得体会等。这样做的好处至少有以下
两个：（1）方便日后查看数据，特别是来不及把实验的过程和结果整理进论文里的情况下，记录实验数据的本子就显得尤为重要；（2）正所谓凡
事预则立，不预则废，一旦发生类似样品破碎而导无法继续测量的情况就浪费了一次测量机会，而如果提前预习就会知道经过热处理之后的样品格外
地脆，进而会多做几个同类的样品备用。、不足：在实验设计方面的能力还有待提高，进行实验设计时没能预测到实验过程中的一些关键点，例如实
验室的预约即实验测试次数的宝贵，在进行测试前应该多做一些样品进行测试，抓住测试机会难得这个主要矛盾。5.3未来展望经过短短几个月的
实验研究，让我对这个课题有了比较深入的认识，经过对论文的撰写也很好地把这些成果沉淀下来。回顾过去几个月来的经历不可不谓是收获巨大，
既达到了实验目的，又从中学到了很多知识，例如电磁屏蔽、电磁仿真、材料表征等，温故了大学物理、高等数学、量子力学、电磁学等相关的知识
，并得到了很好的巩固。由于实验时间有限，很多想做的实验都没来得及做下去，例如550℃等温热处理使非晶合金生成晶相样品的屏蔽效能测
试、纳米晶化热处理带材表面涂敷一层能增加材料韧性的吸波材料例如聚氨酯的实验、材料的厚度即软磁性能测试等，如果以后有机会的话会继续将
以上的想法探索下去。参考文献F.E.卢博斯基主编.柯成,唐与谌,罗阳,何开元译.非晶态金属合金[M].北京:冶金工业出版社,
1989:3-5.张继君.化学镀Ni-Cu-P对Fe基非晶合金电磁屏蔽性的影响研究[D].中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术
与工程研究所),2018.谢春晓,钟守炎,杨元政,罗剑英,廖梓龙.热处理对(Fe(0.52)Co(0.30)Ni(0.18))(
73)Cr(17)Zr(10)非晶合金的组织结构及磁性能的影响[J].材料工程,2016,44(08):46-50.卢志超,
李德仁,周少雄.非晶、纳米晶合金的国内外发展概况及应用展望[J].新材料产业,2002,04(03):20-23.陆颖健,严明,高
屹.电磁屏蔽材料的屏蔽机理及现状分析[J].价值工程,2019,38(01):159-162.冯猛,张羊换,王鑫,王新林.非
晶态合金在电磁屏蔽领域中的应用现状[J].金属功能材料,2005,12(03):26-30.包文丽,毕军权,罗蕙敏,刘元军,赵晓明
.复合电磁屏蔽材料的研究现状及影响因素[J].染整技术,2020,42(01):7-12.徐铭.电磁屏蔽用吸收反射一体化复合材料
的研究[D].中国建筑材料科学研究总院,2011.陈晓燕,董发勤,张伟,王光华.电磁屏蔽复合材料研究进展[J].化工新型材料,20
09,37(07):5-7+21.刘倩,艾丽娜.静电屏蔽与电磁屏蔽[J].物理通报,2020,70(05):76-78.陈先华,刘
娟,张志华,潘复生.电磁屏蔽金属材料的研究现状及发展趋势[J].兵器材料科学与程,2012,35(05):96-100.朱文韬.
电磁屏蔽的原理及电磁屏蔽材料研究[J].中国科技纵横,2018,17(2):87-88.陆颖健,严明,高屹.电磁屏蔽材料的屏蔽
机理及现状分析[J].价值工程,2019,38(01):159-162.刘祥萱,陈鑫,王煊军,刘渊.磁性吸波材料的研究进展[J].表面技术,2013,42(04):104-109.吴文飞,姚可夫.非晶合金纳米晶化的研究进展[J].稀有金属材料与工程,2005,34(04):505-509.徐佳.高铁含量FeSiBCuCP体系非晶合金的非晶形成及磁性能的研究[D].广东工业大学,2018.周林.高B_s的Fe-基非晶/纳米晶软磁合金的形成与磁性能研究[D].广东工业大学,2012.毛朝斌,佘鹏程,范江华,罗超,陈特超.全自动磁控溅射镀膜设备及工艺的研究[J].电子工业专用设备,2018,47(01):21-24.肖猛.Fe-基非晶纳米晶软磁合金的微合金调制对高频磁性能影响的研究[D].广东工业大学.吴楠楠.磁性纳米复合材料的制备及其电磁波吸收性能[D].山东大学,2019.张芸,向萌松,宋云霞,等.电磁屏蔽材料的研究[J].中国管理信息化,2014,10(5):67.姚可夫,施凌翔,陈双琴,邵洋,陈娜,贾蓟丽.铁基软磁非晶/纳米晶合金研究进展及应用前景[J].物理学报,2018,67(01):8-15.XingduFan,HeMen,AibinMa,BaolongShen.TheinfluenceofSisubstitutiononsoftmagneticpropertiesandcrystallizationbehaviorinFe83B10C6?x?Si?x?Cu1?alloysystem[J].ScienceChinaTechnologicalSciences,2012,55(9):2416-2419.R.V.Ramanujan.Nanostructuredelectronicandmagneticmaterials[J].Sadhana:Acade-myProceedingsinEngineeringScience,2003,28(1-2):81-89.GiselherHerzer.Modernsoftmagnets:Amorphousandnanocrystallinematerials[J].ActaMaterialia,2013,61(3):718-734.ZPászti,ISzabó,éKisdi-Koszó,GPet?,Z.EHorváth,EZsoldos,LGuczi.PreparationandcharacterisationoffinemetamorphousmagneticthinfilmswithenhancedCucontent[J].ThinSolidFilms,1998,317(1):294-297.致谢本研究至此已经是尾声了，回顾过去几个月内所做的与本研究相关的学习和实践，感到特别地充实和精彩。特别要感谢我的指导老师对本研究和我本人的的指导和关怀，杨老师为人特别平易近人，幽默有趣，对学生的指导总是很有耐心，在与他接触过程中时常对他治学严谨、一丝不苟的态度和渊博的知识感到非常钦佩，老师给的资料也是非常给力，对我很有启发。感谢带领我一起做实验的研究生徐文杰师兄，文杰师兄乐于助人、非常自信且动手实践能力超强，在与他的沟通交流中时常能发现我自身存在的一些不足，在做实验的时候，师兄总是能把握住与实验相关的很多很重要的细节，跟他一起做实验感觉特别踏实，非常感谢他时常分享一些研究相关文献资料、仿真软件资源和学习资源。感谢帮助和提醒我们操作扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、矢量网络分析仪、磁控溅射系统、管式炉以及X射线衍射仪等实验设备的研究生师兄、师姐和老师，没有你们的帮助本研究将难以顺利进行。感谢在本研究进行期间，给过我提醒、提示、解答、及其其他帮助的老师和同学，因为你们的帮助让我感觉特别温暖而有力量。6 |
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