一种用于通信技术中的高频介电复合材料及其制备方法与流程

本发明属于高频介电复合材料技术领域，具体涉及一种用于通信技术中的高频介电复合材料及其制备方法。

背景技术：

通信技术的迅猛发展对设备小型化提出了更高的要求，由微波理论可知，由于介质器件的尺寸与介电常数(ε)的平方根成反比，因此需要具有高介电常数和低介电损耗(tanδ)的材料以减小介电器件的尺寸。高介电陶瓷材料介电性能优异，但是脆性大、烧结温度高；聚合物材料具有良好的力学性能和可加工性，但介电常数一般较低(ε＜10)，影响了其作为电介质材料的使用。以聚合物材料为基体、高介电陶瓷为填料的复合材料则较好的综合了两者的优点，既保留了陶瓷材料优异的介电性能，又兼顾了聚合物材料良好的加工性及力学性能，在高频通信、集成电路等领域具有良好的应用前景。

虽然一些陶瓷/热塑性树脂基复合材料同样具有良好的介电性能，但是耐热性能较差，而陶瓷/热固性树脂基复合材料则具有良好的耐热性能，如聚酰亚胺、环氧树脂、氰酸酯等。但pi树脂熔点较高，加工性能较差。环氧树脂介电损耗较大，如有研究者制备的batio3/ep复合材料，填料体积分数为40vol％时tanδ＝0.0400(100mhz)；g.subodh等人制备的sr9ce2ti12o36/ep复合材料，填料体积分数为40vol％时tanδ＝0.0220(8ghz)，限制了环氧树脂在高频领域的应用。氰酸酯树脂具有适宜的介电性能(ε＝2.9，tanδ＝0.0070，10ghz)，且固化物网络结构中含有刚性苯环和三嗪环，力学强度较高，同时氰酸酯树脂粘结性强，更苛刻的环境也能显示出优异的粘结力。这些优势使氰酸酯树脂成为陶瓷/树脂基复合材料的理想基体。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于通信技术中的高频介电复合材料，按照重量份数计，原料包括氰酸酯30～45份、环氧树脂18～25份、介电填充剂22～30份、固化剂6～10份。

进一步地，所述环氧树脂为氢化双酚a二缩水甘油醚、双酚f一缩水甘油醚、双酚5二缩水甘油醚或双酚ad二缩水甘油醚中的任意一种。

进一步地，所述固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或二乙氨基丙胺中的任意一种。

本发明的目的是提供一种用于通信技术中的高频介电复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

s1：将碳酸钙、三氧化二镧和纳米二氧化钛混合均匀加入到球磨机中，加入去离子水后球磨15～20h，然后在120～130℃下干燥，进一步放置入管式炉中，通入氮气在1100～1200℃下煅烧3～4h，冷却，得到ca0.75la0.15tio3，备用。

s2：将步骤s1中得到的ca0.75la0.15tio3和钛酸钡混合均匀加入到球磨机中，添加去离子水球磨1.5～3h后喷雾造粒，在1300～1400℃煅烧2.5～5h后冷却再次球磨，保证粒径在12～14μm之间，得到介电填充剂。

s3：将步骤s2得到的产物介电填充剂、氰酸酯、环氧树脂和固化剂按照上述比重加入到双螺杆挤出机中，一区为120～140℃，二区为160～170℃，三区为175～180℃，机头为185～188℃，挤出注入到模具中，在210～220℃下固化3～6h后冷却，得到所述高频介电复合材料。

作为优选方案，上述所述的碳酸钙、三氧化二镧和纳米二氧化钛的质量比为(0.7～0.8):(0.12～0.17):(0.95～1.24)。

作为优选方案，所述介电填充剂为质量比为(0.6～0.7):(0.25～0.36)的ca0.75la0.15tio3和batio3的混合物。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明中，采用氰酸酯和环氧树脂复合，能够有效的克服环氧树脂自身存在介电损耗大的缺陷同时保证复合材料的力学性能和粘结性能，其介电填充剂采用ca0.75la0.15tio3和batio3的混合物，其中la离子的添加有效降低复合材料的介电损耗，混合的介电填充剂还能提升复合材料的力学性能。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的高频介电复合材料的sem图谱；

图2为本发明实施例1～4制备的高频介电复合材料的弯曲强度柱状图。

具体实施方式

下面对本发明实施例作具体详细的说明，本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

实施例1

一种用于通信技术中的高频介电复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

s1：将碳酸钙、三氧化二镧和纳米二氧化钛混合均匀加入到球磨机中，加入去离子水后球磨15h，然后在120℃下干燥，进一步放置入管式炉中，通入氮气在1100℃下煅烧3h，冷却，得到ca0.75la0.15tio3，备用；其中碳酸钙、三氧化二镧和纳米二氧化钛的质量比为0.7:0.12:0.95。

s2：将步骤s1中得到的ca0.75la0.15tio3和钛酸钡混合均匀加入到球磨机中，添加去离子水球磨1.5h后喷雾造粒，在1300℃煅烧2.5h后冷却再次球磨，保证粒径在12μm之间，得到介电填充剂；其中介电填充剂为质量比为0.6:0.25的ca0.75la0.15tio3和batio3的混合物。

s3：将氰酸酯30份、氢化双酚a二缩水甘油醚18份、介电填充剂22份、二乙烯三胺6份加入到双螺杆挤出机中，一区为120℃，二区为160℃，三区为175℃，机头为185℃，挤出注入到模具中，在210℃下固化3h后冷却，得到所述高频介电复合材料。

实施例2

一种用于通信技术中的高频介电复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

s1：将碳酸钙、三氧化二镧和纳米二氧化钛混合均匀加入到球磨机中，加入去离子水后球磨20h，然后在130℃下干燥，进一步放置入管式炉中，通入氮气在1200℃下煅烧4h，冷却，得到ca0.75la0.15tio3，备用；其中碳酸钙、三氧化二镧和纳米二氧化钛的质量比为0.8:0.17:1.24。

s2：将步骤s1中得到的ca0.75la0.15tio3和钛酸钡混合均匀加入到球磨机中，添加去离子水球磨3h后喷雾造粒，在1400℃煅烧5h后冷却再次球磨，保证粒径在14μm，得到介电填充剂；其中介电填充剂为质量比为0.7:0.36的ca0.75la0.15tio3和batio3的混合物。

s3：将氰酸酯45份、双酚f一缩水甘油醚、25份、介电填充剂30份、三乙烯四胺10份加入到双螺杆挤出机中，一区为140℃，二区为170℃，三区为180℃，机头为188℃，挤出注入到模具中，在220℃下固化6h后冷却，得到所述高频介电复合材料。

实施例3

一种用于通信技术中的高频介电复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

s1：将碳酸钙、三氧化二镧和纳米二氧化钛混合均匀加入到球磨机中，加入去离子水后球磨17h，然后在125℃下干燥，进一步放置入管式炉中，通入氮气在1150℃下煅烧3.5h，冷却，得到ca0.75la0.15tio3，备用；其中碳酸钙、三氧化二镧和纳米二氧化钛的质量比为0.74:0.14:1.03。

s2：将步骤s1中得到的ca0.75la0.15tio3和钛酸钡混合均匀加入到球磨机中，添加去离子水球磨2h后喷雾造粒，在1350℃煅烧3h后冷却再次球磨，保证粒径在13μm，得到介电填充剂；其中介电填充剂为质量比为0.64:0.29的ca0.75la0.15tio3和batio3的混合物。

s3：将氰酸酯35份、双酚5二缩水甘油醚20份、介电填充剂25份、二乙氨基丙胺8份加入到双螺杆挤出机中，一区为125℃，二区为165℃，三区为177℃，机头为186℃，挤出注入到模具中，在215℃下固化4h后冷却，得到所述高频介电复合材料。

实施例4

一种用于通信技术中的高频介电复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

s1：将碳酸钙、三氧化二镧和纳米二氧化钛混合均匀加入到球磨机中，加入去离子水后球磨18h，然后在126℃下干燥，进一步放置入管式炉中，通入氮气在1200℃下煅烧4h，冷却，得到ca0.75la0.15tio3，备用；其中碳酸钙、三氧化二镧和纳米二氧化钛的质量比为0.78:0.16:1.18。

s2：将步骤s1中得到的ca0.75la0.15tio3和钛酸钡混合均匀加入到球磨机中，添加去离子水球磨2.5h后喷雾造粒，在1400℃煅烧4h后冷却再次球磨，保证粒径在12μm，得到介电填充剂；其中介电填充剂为质量比为0.68:0.34的ca0.75la0.15tio3和batio3的混合物。

s3：将氰酸酯40份、双酚ad二缩水甘油醚23份、介电填充剂28份、二乙烯三胺9份加入到双螺杆挤出机中，一区为128℃，二区为168℃，三区为178℃，机头为187℃，挤出注入到模具中，在217℃下固化5h后冷却，得到所述高频介电复合材料。

性能测试：对实施例1～4中制备得到的高频介电复合材料采用novo-control公司网络分析仪e83683a测试常温下的介电性能(10ghz)；对实施例1～4中制备得到的高频介电复合材料采用美国instron公司instron-5566型万能试验机测试样品的弯曲强度，其测试结果如表1所示，

表1.测试结果：

从表1中可以看出，本发明实施例1～4中制备的高频介电复合材料的介电常数最高可达30.2，而其介电损耗仅仅在0.0050左右，说明本发明复合材料具有优异的介电性能；同时该复合材料具有良好的力学性能，其弯曲强度均在134.8mpa以上。