专利名称：一种微波介质材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种微波介质材料，特别是复合微波介质材料。
在高频，微波领域需用介质材料，如介质加载天线，介质电路板等。当电磁波通过具有相对介电常数和相对导磁率μr的材料时，波长缩短倍，从而使装置尺寸减小。因此，和μr在高频，微波下维持较高的值就是这类介质材料的基本要求，并且要求损耗低，重量轻，机械强度高。目前这类介质材料有以下几类陶瓷或高分子介质，因为其 较高，是常用的材料，但陶瓷的损耗大，高分子器件的μr仅为1，呈电容性，使用中都有缺陷。参见文献1A.A.Kishk，M.R.Zunobi，O.Kajfez，IEEETrans.，AP-41(1993)813；文献2R.K.Mongia，et al.，ElectronicsLetters，25(1989)462。
另一类可用的材料是高μr的软磁材料，其和μr都很高，但电阻率不高，难以用到高频，如晶态，非晶态和纳米晶态的金属合金，电阻率在10-3.cm以下，涡流损耗大，只能在0.1MHZ以下的低频应用(参考文献3M.Fujinami，etal.，Jpn.J.Appl.Phys.，29(1990).L447.)；即使软磁铁氧体的电阻率也不太高(102-109.cm范围)，难以用到100MHZ以上的范围，大多用在10MHZ以下，而且在截止频率处的共振损耗已很大，即使用在更高频率，装置的效率也很低(参考文献4S.K.Ghosh，M.N.Roy，IEEE Trans. AP-25(1987)1036和A.Petosa et al.，Electronics Letters，30(1994)1021.)。
本发明的目的在于提供一种高分子/磁性纳米复合微波介质材料及其制备方法，这种材料在0.1-2.0GHZ的微波范围内具有较高μr值和较低总损耗值。本发明的目的是这样实现的本发明提供的高分子/磁性纳米复合微波介质材料由10-1000纳米粒子的软磁材料与电损耗小的高分子材料按10∶1至1∶1重量比混合组成。
其中所述的10-1000纳米粒子的软磁材料可以由以下常规方法之一制备1.采用化学共沉淀方法或溶胶凝胶方法获得铁氧体的纳米粒子，纳米粒子范围在10-1000纳米，铁氧体可以是Fe3O4，(MnZn)Fe2O4，(NiZn)Fe2O4。
2.采用羰基铁(镍)热分解或氧化铁(镍)还原获得铁和镍的纳米粒子，其范围在10-1000纳米。
3.采用氨气处理铁的纳米粒子获得铁氮化物的纳米粒子。
4.采用熔态快淬方法获得非晶态合金和纳米晶合金，再用球磨法制备成纳米粒子。
本发明的高分子/磁性纳米复合微波介质材料的性质如下介电常数≥3-10，导磁率μr≥3-5，损耗角tgδ＜10-1-10-3(频率范围0.1-2GHZ)该材料的主要用途该材料可用于制造0.1-2GHZ频率范围的高频微波电子器件，如微波天线，功率分配器，微波印刷电路基片等。
本发明提供的制备上述高分子/磁性纳米复合微波介质材料的方法包括1.取颗粒在10-1000纳米粒子的软磁材料1-10重量份；2.取电损耗小的高分子材料重量份1份，与上述的颗粒在10-1000纳米的软磁材料均匀混合；3.混合均匀的料在80-100℃烘干；4.将烘干的高分子/磁性纳米复合微波介质材料以0.4-4吨/cm2的压力压制成型；
5.把压制成型的高分子/磁性纳米复合微波介质材料在空气，氩气，氮气或氢气中进行温度为120-400℃的热处理，热处理时间为0.5小时。
本发明提供了一种可在0.1-2GHZ高频范围内使用，且μr值较大，损耗小，密度小，重量轻，而且工艺简单，易成型，可加工，韧性好等综合性好的高分子/磁性纳米复合微波介质材料。
下面结合实施对本发明作进一步的详细说明实施例1所制备的Fe3O4铁氧体与高分子材料共聚全氟乙丙烯按10∶1重量比组成的高分子/磁性纳米复合微波介质材料，具体工艺是用Fe2+和Fe3+与碱化学沉淀制备并用KH550硅烷表面活性剂处理得到包裹的Fe3O410nm悬浊液，按重量比10∶1混入共聚全氟乙丙烯悬浊液，以500瓦超声处理0.5小时复合后，在烘箱中以90℃温度烘干，用4吨/cm2的压力制备得(F16-10)×5mm的圆环，以400℃氮气保护下热处理20分钟。所得材料测得的介电常数(实部)，介电常数(虚部)，导磁率(实部)，导磁率(虚部)μ”分别为ε’ ε” μ’μ”100MHZ10.5 1.9×10-45.482.2×10-21500MHZ10.6 2.5×10-33.404.2×10-1实施例2所制备的α-Fe金属与高分子聚六氟丙烯按1∶1重量比组成的高分子/磁性纳米复合微波介质材料，具体工艺是从羰基铁加热分解制得铁粒子并表面钝化处理制备得150nm的Fe粉末，按重量比1∶1与聚六氟丙烯粉末混合，加入适量的聚乙二醇型非离子表面活性剂，并搅拌均匀后，用0.4吨/cm2的压力制备成φ80×3mm的园片，再以350℃在氩气保护下热处理30分钟。所得材料测得的介电常数(实部)，介电常数(虚部)，导磁率(实部)，导磁率(虚部)μ”分别为ε’ε” μ’μ”500MHZ3.71.4×10-34.8 3.3×10-31000MHZ3.04.4×10-24.7 4.5×10-2实施例3所制备的(MnZn)Fe2O4铁氧体与高分子材料聚四氟乙烯按10∶1重量比组成的高分子/磁性纳米复合微波介质材料，具体工艺是以(MnZn)Fe2O4铁氧体经过球磨研细为1000纳米左右的粒子，加入适量的聚乙二醇型非离子表面活性剂进行表面处理后与聚四氟乙烯悬浊液经超声复合后用实施例1相同的方法制得样品，并以400℃在空气中热处理20分钟。所得材料测得的介电常数(实部)，介电常数(虚部)，导磁率(实部)，导磁率(虚部)μ”分别为ε’ε” μ’μ”100MHZ8.9 3.5×10-33.8 2.5×10-1700MHZ8.0 1.2×10-23.7 3.8×10-1实施例4所制备的非晶态FeCoSiB合金与高分子材料聚苯乙烯按5∶1重量比组成的高分子/磁性纳米复合微波介质材料，具体工艺是用熔态快淬法制得FeCoSiB非晶态条带，粉碎成1000nm左右的粉末，按重量比5∶1与聚苯乙烯粉末复合，搅拌均匀后用实施例2的方法制备样品，但热处理温度为120℃。所得材料测得的介电常数(实部)，介电常数(虚部)，导磁率(实部)，导磁率(虚部)μ”分别为ε’ ε” μ’ μ”500MHZ3.0 3.7×10-25.14.2×10-21000MHZ3.0 7.2×10-24.86.1×10-1实施例5所制备的FeN化合物与高分子材料聚六氟丙烯按1∶1重量比组成的高分子/磁性纳米复合微波介质材料，具体工艺是从羰基Fe加热分解制得150nm的铁粉后用氨气处理得到铁氮化合物后，按重量比1∶1与聚六氟丙烯粉末混合，加入适量的聚乙二纯型非离子表面活性剂，并球磨均匀后，按实施例2相同条件处理，所得样品的介电常数(实部)e挘
介电常数(虚部)e敚
导磁率(实部)μ挘
导磁率(虚部)μ”分别为ε’ ε” μ’ μ”500MHZ3.5 8.1×10-34.57.2×10-32000MHZ3.2 2.1×10-23.41.1×10-1实施例6所制备的纳米软磁合金FeCuNbSiB与高分子材料聚四氟乙烯按10∶1重量比组成的高分子/磁性纳米复合微波介质材料，具体工艺是用熔态快淬法制得FeCuNbSiB纳米晶软磁合金条带，粉碎成1000nm左右的粉末，并用KH550硅烷表面活性剂进行表面处理，按重量比10∶1与聚四氟乙烯悬浊液经500瓦超声0.5小时复合后，用实施例1相同的方法制备样品，并以400℃在氢气下热处理0.5小时。所得材料的介电常数(实部)e挘
介电常数(虚部)e敚
导磁率(实部)μ挘
导磁率(虚部)μ”分别为ε’ε” μ’ μ”100MHZ3.52.1×10-25.23.3×10-21000MHZ3.08.4×10-24.88.0×10-权利要求
1.一种微波介质材料，其特征在于将颗粒在10-1000纳米的软磁材料与电损耗小的高分子材料按重量比10∶1至1∶1均匀混合制成高分子/磁性纳米复合微波介质材料。
2.按权利要求1所述的微波介质材料，其特征在于所述的颗粒在10-1000纳米的软磁材料可以是金属，合金或铁氧体。
3.按权利要求1所述的微波介质材料，其特征在于所述的电损耗小的高分子材料是含氟，不含氟的高聚物或它们的共聚，共混物等。
4.按权利要求1所述的微波介质材料，其特征在于还可以将10-1000纳米的软磁颗粒用市售的KH550硅烷，油酸或非离子型表面活性剂进行包裹。
5.一种制备权利要求1所述的微波介质材料的方法，其特征在于此方法是按以下次序的几个步骤进行(1)取颗粒在10-1000纳米的软磁材料1-10重量份；(2)取电损耗小的高分子材料重量份为1份，与上述的10-1000纳米颗粒的软磁材料均匀混合；(3)混合均匀的料在80-100℃烘干；(4)将烘干的高分子/磁性纳米复合微波介质材料以0.4-4吨/cm2的压力压制成型；(5)把压制成型的高分子/磁性纳米复合微波介质材料在空气，氩气，氮气或氢气中进行温度为120-400℃的热处理，热处理时间为0.5小时。
6.按权利要求5所述的制备权利要求1所述的微波介质材料的方法，其特征在于所述的电损耗小的高分子材料可以是粉末或悬浊液。
7.按权利要求5所述的制备权利要求1所述的微波介质材料的方法，其特征在于软磁材料与高分子材料的均匀混合可以是球磨，搅拌或超声混合。
全文摘要
本发明涉及一种高分子/磁性纳米复合微波介质材料,含氟,不含氟的高聚物或它们的共聚,共混物的高分子材料与金属,合金或铁氧体软磁材料按1∶1至1∶10重量份混合组成。本发明提供一种方法,即粉末或悬浊液的高分子和磁性材料经搅拌,球磨或超声等方法均匀复合,用0.4—4吨/cm
文档编号C08K3/00GK1246500SQ98117868
公开日2000年3月8日 申请日期1998年9月1日 优先权日1998年9月1日
发明者孙克, 赵见高, 李德新, 凌启芬, 嵇天浩 申请人:中国科学院物理研究所