利用真空熱加工技術制備了具有不同結構的高孔率泡沫鈦，研究了它們在無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，孔率都在85%以上。工作結果表明，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。在整個測試頻率范圍內，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)一個具有起伏性的平臺。該平臺區(qū)跨幅較大，包含數(shù)個吉赫茲的范圍。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，上述平臺出現(xiàn)在整個屏蔽效能曲線的低值區(qū)。

　　現(xiàn)代通信、自動控制和計算機技術等領域廣泛使用日益復雜的大規(guī)模集成電路，大量單元安裝在較小的機腔內，因而相互之間產生電磁干擾以及設備對環(huán)境發(fā)生電磁輻射的可能性大為增加。電磁輻射不但會影響人們的身體健康，并對周圍的電子儀器設備造成干擾，此外還會因此泄露信息。電磁輻射的防護措施可分為屏蔽、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度高而廣泛作為輕質結構體，而且以其優(yōu)異的物理性能而應用于消音降噪、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)的網材，且質量輕、耐候性強、易于安裝，能滿足精密儀器和設備的屏蔽要求。多孔結構可以在相關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性能而被廣泛應用于航空航天和汽車工業(yè)，但很少有對其電磁屏蔽方面的工作。雖然電導率小于致密金屬，但泡沫金屬的電磁屏蔽效能派上實際用場是完全有可能的，而且這一用途可以在同一件產品上附加到多孔材料減震、緩沖、降噪等其他方面的應用上。

　　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性能為最。

　　對泡沫鈦的研究遠少于泡沫鋁，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，而關于泡沫鈦在該方面的工作更是暫未發(fā)現(xiàn)其報道�？紤]到在滿足力學性能要求的基礎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構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，分別采用粉體熔化發(fā)泡法和掛漿燒結法，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構的泡沫鈦。為了得到孔率較高的球孔泡沫鈦，本文對有關工藝方法進行了改進。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。然后通過掛漿燒結法制備網孔泡沫鈦，通過改進的粉體熔化發(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，其中尺度在毫米級的宏觀球形孔隙被相互打通；圖1(b) 是對應多孔體的孔壁結構示例，顯示固相結合良好，其中尺度在微米級的不規(guī)則細孔進一步提高了球形宏觀孔隙之間的連通性。在制備網孔泡沫鈦過程中，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，完成后關機爐冷。圖2(a) 為本文制得的網孔泡沫鈦制品( 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絡結構，總體結構主要取決于原聚合物基體的孔隙結構；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，它們是通過預制體中孔棱部分的有機質在燒結過程中的熱分解所產生的，而金屬粉末顆粒之間的燒結情況良好。

圖1 所制球孔泡沫鈦的形貌示例

圖2 所制網孔泡沫鈦的形貌示例

　　對所得泡沫鈦制品的X 射線衍射(XRD) 分析測試結果表明，制品由兩個物相組成，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，不再顯示衍射峰。

2、實驗方法

　　本泡沫鈦試樣的電磁屏蔽效能測試采用北京鼎容實創(chuàng)科技有限公司生產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

　　其主要構成為系統(tǒng)軟件、程控計算機、頻譜儀、同軸衰減器、屏蔽效能測試器等。該裝置設計按照ASTM4935-2010《平面材料電磁屏蔽效能標準測試方法》的國際標準規(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，對應波長為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。

　　根據實驗設備的要求，制備出直徑約為100 mm的不同孔隙結構的泡沫鈦圓板試樣，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 網孔泡沫鈦試樣的孔隙參數(shù)

3、結論

　　(1) 高孔率的球孔泡沫鈦和網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，本泡沫鈦的屏蔽效果隨頻率的增大而降低，當超過某一頻率值后，屏蔽效能曲線出現(xiàn)一個較長的平臺區(qū)。盡管孔隙結構和孔隙尺寸不同，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呈現(xiàn)出這樣的平臺。

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