专利名称：一种超材料介质基板材料及其制备方法
一种超材料介质基板材料及其制备方法技术领域：
本发明涉及超材料领域，具体地涉及一种超材料介质基板材料及其制备方法。背景技术：
超材料一般由多个超材料功能板层叠或按其他规律阵列组合而成，超材料功能板包括介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构，现有超材料的介质基板为均一材质的有机或无机基板，如FR4、TPl等等。阵列在介质基板上的多个人造微结构具有特定的电磁特性,能对电场或磁场产生电磁响应,通过对人造微结构的结构和排列规律进行精确设计和控制，可以使超材料呈现出各种一般材料所不具有的电磁特性，如能汇聚、发散和偏折电磁波等。
氣化招是一种原子晶体，属类金刚石氣化物，最闻可稳定到220CTC。室温强度闻， 且强度随温度的升高下降较慢，导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料。氮化铝是电绝缘体，介电性能良好。氮化铝陶瓷基片，热导率高，膨胀系数低，强度高，耐高温，耐化学腐蚀，电阻率高， 介电损耗小，是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料，也可用作防腐蚀涂层，如腐蚀性物质的容器和处理器的里衬等，氮化铝陶瓷还具有优良的耐磨耗性能，可以用作研磨材料和耐磨损零件。与其它陶瓷材料制备工艺相同，氮化铝陶瓷的制备包括粉体的合成、成形、烧结3个工艺过程。
流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等成分，得到分散均匀的稳定浆料，在流延机上制得所需厚度薄膜的一种成型方法，具有以下优点1、可制备单相或复相陶瓷薄片材料；2、缺陷尺寸小；3、产品成分起伏小，性能稳定；4、生产效率高， 可连续操作；5、均可大、小批量生产，适于工业生产；6、适于成型大型薄板陶瓷或金属部件，这类部件几乎不可能或很难通过压制或挤制成型，而通过流延成型制造各种尺寸和形状的坯体则十分容易，而且可以保证坯体质量。流延成型法由于具有设备简单、可连续操作、生产效率高、坯体性能均一等特点，已成为制备大面积、超薄陶瓷基片的重要方法，被广泛应用在电子工业、能源工业等领域。
一般使用静压、兆压等方法对氮化铝陶瓷进行烧结，这些方法不仅造价昂贵，烧结温度也很高，实验条件非常苛刻，因此，充分利用氮化铝陶瓷的特点，开发一种制备工艺简单、氮化铝烧结温度低、导热率良好、具有优越机械性能的超材料介质基板材料势在必行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超材料介质基板材料及其制备方法，此制备方法生产工艺简单，制备氮化铝的烧结温度低，制成的超材料介质基板材料导热率好、机械性能优越，利于大规模工业生产，拥有良好的开发与应用前景。
本发明实现发明目的首先提供一种超材料介质基板材料及其制备方法，包括以下步骤
101.制备氮化铝陶瓷多层板；
102.根据实际需要，重复以上步骤，将制得的多层板烧结形成超材料的介质基板材料。
步骤101制备氮化铝陶瓷多层板包括以下步骤
1011.将氮化铝和氧化铝粉末、溶剂、粘结剂、分散剂和增塑剂混合后研磨成细小颗粒；
1012.将小颗粒调制成液态泥膏状的流延浆料，加入除泡剂、匀化剂及脱模剂，利用流延成型工艺制备氮化铝坯体；
1013.将氮化铝坯体排胶后置于石墨加热炉中以惰性气体作为保护气进行烧结， 制成氮化铝陶瓷原材；
1014.将上述步骤得到的氮化铝陶瓷原材烧结成多层板。
作为具体实施方式
，所述步骤1011中，所述氮化铝和氧化铝粉末中氧化铝粉末的质量比为0-25% Wt0
作为具体实施方式
，所述步骤1011中，所述氮化铝粉末的纯度> 99%。
作为具体实施方式
，所述步骤1011中，所述溶剂为乙醇、甲乙酮、三氯乙烯、甲苯、 二甲苯和正丁醇中的一种或几种。
作为具体实施方式
，所述步骤1011中，所述分散剂为磷酸酯、乙氧基化合物、三油酸甘油酯和鲱鱼油中的一种或几种。
作为具体实施方式
，所述步骤1011中，所述粘结剂为PVB、聚丙烯酸甲酯、乙基纤维素和聚甲基丙烯酸中的一种或几种。
作为具体实施方式
，所述步骤1011中，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、聚乙二 醇、邻苯二甲酸二辛酯、丁 ·苄苯二甲酸酯和乙基草酸酯。
作为具体实施方式
，所述步骤1013中，所述烧结温度控制在1500-1700°C，所述烧结时间控制在6-12h。
一种超材料介质基板材料，由氮化铝陶瓷多层板烧结而成。
通过应用本发明的超材料介质基板材料及其制备方法，可以有效提高基板材料的热导率，增强基板材料的机械性能，制备氮化铝时的烧结温度较低，对于超材料的封装工艺发展具有重要意义。
图1，超材料介质基板材料的制备方法流程图。
图2，氮化铝陶瓷多层板制备方法流程图。具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明利用氮化铝陶瓷作为原材，制备超材料介质基板材料。运用流延成型工艺制造氮化铝坯体，在流延成型工艺中加入氧化铝作为的添加剂，可以降低陶瓷的烧结温度， 同时，因添加氮化铝和氧化铝的粉末的质量比不同，可以烧结出不同的多层板，根据实际需要，将若干层不同的多层板烧结，即可制成组分不同的超材料介质基板材料，通过上述途径，能达到控制所需介质基板材料属性的目的。
实施例1
本实施例的制备方法如下
1011.将7. 7g纯度为99%的氮化铝粉末和2. 3g氧化铝粉末、乙醇/甲乙酮、乙基纤维素、磷酸酯和乙基草酸酯混合后研磨成细小颗粒；
1012.将小颗粒调制成液态泥膏状的流延浆料，加入除泡剂、匀化剂及脱模剂，利用流延成型工艺制备氮化铝坯体；
1013.将氮化铝坯体排胶后置于石墨加热炉中以氮气作为保护气进行烧结，烧结温度为1600°C，烧结时间为10h，制成氮化铝陶瓷原材；
1014.重复步骤1011-1013，将制得的2件氮化铝陶瓷原材烧结成多层板；
102.取5. 6g纯度为99%的氮化铝粉末和1. 4g氧化铝粉末，其它条件不变，重复步骤1011-1014，制成组分不同的陶瓷多层板，将制得的2种多层板烧结成超材料的介质基板材料。
应当理解，本实施例中，乙醇/甲乙酮为溶剂，磷酸酯为分散剂。
应当理解，本实施例中，乙基纤维素为粘结剂，对应的，增塑剂为乙基草酸酯。
应当理解，本实施例中，在流延成型时，为了调节浆料性质，提高流延膜的质量，加入除泡剂、匀化剂及脱模剂等添加剂。
实施例2
有时候，为了使制备超材料介质基板材料的方法更加灵活，制备过程更容易控制， 可以采用如下方法
1011.将8.1g纯度为99. 99%的氮化铝粉末和1. 9g氧化铝粉末、乙醇/甲苯、PVB、三油酸甘油酯和邻苯二甲酸混合后研磨成细小颗粒；
1012.将小颗粒调制成液态泥膏状的流延浆料，加入除泡剂、匀化剂及脱模剂，利用流延成型工艺制备氮化铝坯体；
1013.将氮化铝坯体排胶后置于石墨加热炉中以氮气作为保护气进行烧结，烧结温度为1650°C，烧结时间为12h，制成氮化铝陶瓷原材；
1014. 3次重复步骤1011-1013，将上述步骤制得的3件氮化铝陶瓷原材烧结成多层板；
102.取5. 525g纯度为99. 99%的氮化铝粉末和O. 975g氧化铝粉末，其它条件不变，重复步骤1011-1014，烧结成不同组分的多层板，再取7. 2g纯度为99%的氮化铝粉末和 O. Sg氧化铝粉末，其它条件不变，重复步骤1011-1014，烧结成不同组分的多层板，将制得的3种不同组分的多层板烧结成超材料的介质基板材料。
应当理解，本实施例中，乙醇/甲苯为溶剂，三油酸甘油酯为分散剂。
应当理解，本实施例中，PVB为粘结剂，对应的，增塑剂为邻苯二甲酸。
应当理解，本实施例中，在流延成型时，为了调节浆料性质，提高流延膜的质量，加入除泡剂、匀化剂及脱模剂等添加剂。
应当理解，可以根据实际需要，采用不同配方，烧结成多块不同的多层板，再将多块组分不同微的多层板烧结成超材料的介质基板材料。
上述实施例制备超材料介质基板材料的方法简单，制备条件要求不高，易于实现。将机械性能极佳的氮化铝陶瓷制成超材料介质基板材料，增强了介质基板材料的热导率， 降低了氮化铝陶瓷的烧结温度，具有良好的发展景。本发明中的上述实施例仅作了示范性描述，本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
权利要求
1.一种超材料介质基板材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 101.制备氮化铝陶瓷多层板； 102.根据实际需要，重复以上步骤，将制得的多层板烧结形成超材料的介质基板材料。
2.根据权利要求1所述的超材料介质基板材料的制备方法，其特征在于，所述步骤101中，制备所述氮化铝陶瓷多层板包括以下步骤 1011.将氮化铝和氧化铝粉末、溶剂、粘结剂、分散剂和增塑剂混合后研磨成细小颗粒; 1012.将小颗粒调制成液态泥膏状的流延浆料，加入除泡剂、匀化剂及脱模剂，利用流延成型工艺制备氮化铝坯体； 1013.将氮化铝坯体排胶后置于石墨加热炉中以惰性气体作为保护气进行烧结，制成氮化铝陶瓷原材； 1014.将上述步骤得到的氮化铝陶瓷原材烧结成多层板。
3.根据权利要求2所述的超材料介质基板材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1011中，所述氮化铝和氧化铝粉末中氧化铝粉末的质量比为0-25% Wt0
4.根据权利要求2所述的超材料介质基板材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1011中，所述氮化铝粉末的纯度> 99%。
5.根据权利要求2所述的超材料介质基板材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1011中，所述溶剂为乙醇、甲乙酮、三氯乙烯、甲苯、二甲苯和正丁醇中的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的超材料介质基板材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1011中，所述分散剂为磷酸酯、乙氧基化合物、三油酸甘油酯和鲱鱼油中的一种或几种。
7.根据权利要求2所述的超材料介质基板材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1011中，所述粘结剂为PVB、聚丙烯酸甲酯、乙基纤维素和聚甲基丙烯酸中的一种或几种。
8.根据权利要求2所述的超材料介质基板材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1011中，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、丁 ·苄苯二甲酸酯和乙基草酸酯。
9.根据权利要求2所述的超材料介质基板材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1013中，所述烧结温度控制在1500-1700°C，所述烧结时间控制在6_12h。
10.一种超材料介质基板材料，其特征在于，所述介质基板材料由氮化铝陶瓷多层板烧结而成。
全文摘要
本发明提供了一种超材料介质基板材料及其制备方法，包括以下步骤，1011.将氮化铝和氧化铝粉末、溶剂、粘结剂、分散剂和增塑剂混合后研磨成细小颗粒；1012.将小颗粒调制成液态泥膏状的流延浆料，加入除泡剂、匀化剂及脱模剂，利用流延成型工艺制备氮化铝坯体；1013.将氮化铝坯体排胶后置于石墨加热炉中以惰性气体作为保护气进行烧结，制成氮化铝陶瓷原材；1014.将上述步骤得到的氮化铝陶瓷原材烧结成多层板；102.根据实际需要，重复以上步骤，将制得的多层板烧结形成超材料的介质基板材料。应用本发明的制备方法，可增强介质基板材料的机械性能，提高其热导率。加入氧化铝作添加剂，可以降低基板材料的整体烧结温度，保证了基板材料的平整度与粗糙度。
文档编号B32B18/00GK103011831SQ20111029
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者刘若鹏, 赵治亚, 缪锡根, 安娜·玛丽亚·劳拉·博卡内格拉, 林云燕 申请人:深圳光启高等理工研究院, 深圳光启创新技术有限公司