一种高介电常数、超低介电损耗陶瓷/树脂复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高介电常数、超低介电损耗陶瓷/树脂复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 陶瓷/树脂复合材料由于具有良好的加工性能、较低的吸水性、良好的介电性能， 在电气工程和微电子领域有着广泛的应用。但是当前研宄者面临的最大的问题就是在提高 材料的介电常数的同时而不增加材料的介电损耗。为了达到这个目的，CCTO、BaTiOjPPZT 等具有巨介电常数的陶瓷粉末被选作填料对树脂进行介电性能的改性。然而这类陶瓷的介 电损耗也比较高，因此制备出的复合材料介电损耗一般处于1(T2至KT1量级。此外，对于传 统的制备方法，要想将高体积分数的陶瓷粉末加入树脂中十分的困难。高体积分数陶瓷粉 末的加入会极大地提高体系的粘度，这样不利于排气，从而材料具有较多的气孔，材料的介 电性能和力学性能都急剧恶化。而且这种方法需要对陶瓷粉末进行一系列的预处理，如表 面修饰等，这都极大地增加了工艺流程、提高了工艺成本。
【发明内容】
[0003] 本发明是为了解决现有方法制备的高介电常数陶瓷/树脂复合材料的介电损耗 高并且工艺复杂的问题，提供一种高介电常数、超低介电损耗陶瓷/树脂复合材料的制备 方法。
[0004] 本发明一种高介电常数、超低介电损耗陶瓷/树脂复合材料的制备方法，是通过 以下步骤进行：一、微波介质陶瓷多孔预制体的制备：将微波介质陶瓷粉末加入钢模具中， 在40MPa下进行预成型，然后进行冷等静压，得到成型后的胚体；将成型后的坯体置入马弗 炉中进行预处理，然后随炉冷却，得到微波介质陶瓷的多孔预制体；二、陶瓷/树脂复合材 料的制备：将氰酸酯树脂的单体粉末放入模具中，微波介质陶瓷的多孔预制体置于粉末的 上方；然后将模具放入真空干燥箱中，抽真空至l〇Pa以下，再将真空干燥箱加热至160°C熔 化氰酸酯树脂；然后固化树脂，固化后随炉冷却，得到高介电常数、超低介电损耗陶瓷/树 脂复合材料，即完成。
[0005] 本发明制备的高介电常数、超低介电损耗陶瓷/树脂复合材料具有更高的介电常 数和超低的介电损耗，介电常数处于6. 32至24. 96之间，介电损耗均低于4. 9X1(T3(测试 频率为9040MHz)。
[0006] 本发明方法工艺简单易行且工艺成本极低。与传统工艺相比，极大地提高了复合 材料中陶瓷的含量，因此即便选用介电常数相对较低、介电损耗极低的陶瓷作为填料，复合 材料也能具有较高的介电常数。由于填料的介电损耗较低，复合材料也具有超低的损耗。此 外，可以根据材料的要求选择微波介质陶瓷的种类，也可以通过冷等静压压力的大小和处 理温度的不同来调节多孔预制体中的气孔率，进而控制复合材料中陶瓷相的含量，从而调 节复合材料的介电性能。树脂在毛细力的作用下渗入到预制体内部，材料具有非常高的致 密度，树脂与陶瓷亲合性良好，复合材料具有良好的力学性能和机械加工性能。由于该类型 的陶瓷/树脂复合材料具有良好的综合性能，在PCB基板和嵌入型电容器方面极具应用潜 力。
【附图说明】
[0007] 图1为试验1步骤一制备的多孔ZnNb206陶瓷预制体的扫描图像；
[0008] 图2为试验1制备的ZnNb206/BADCy复合材料的扫描图像；
[0009] 图3为试验2制备的NiQ.5TiQ. 5Nb04/BADCy复合材料的扫描图像；
[0010]图4为试验3~6制备的NiQ.5TiQ. 5Nb04/BADCy复合材料介电常数随冷等静压压力 的变化图，其中--为冷等静压为50MPa条件下制备的Nia5Tia5Nb04/BADCy复合材料， -%-为冷等静压为70MPa条件下制备的Nia5TiQ. 5Nb04/BADCy复合材料，-备一为冷等静 压为90MPa条件下制备的Nia5Tia5Nb04/BADCy复合材料，▼为冷等静压为1lOMPa条件 下制备的NiQ.5TiQ. 5Nb04/BADCy复合材料；
[0011] 图5为试验3~6制备的NiQ.5TiQ. 5Nb04/BADCy复合材料介电损耗随冷等静压压力 的变化图，其中--为冷等静压为50MPa条件下制备的Nia5Tia5Nb04/BADCy复合材料， -1|-为冷等静压为70MPa条件下制备的Nid.gTDbC^/BADCy复合材料，一蟲_为冷等静 压为90MPa条件下制备的Nia5Tia5Nb04/BADCy复合材料， 为冷等静压为llOMPa条件 下制备的NiQ.5TiQ. 5Nb04/BADCy复合材料；
[0012] 图6为试验2、试验6~8制备的NiQ.5TiQ. 5Nb04/BADCy复合材料介电常数随预处 理温度的变化图，其中--为预处理温度为600°C条件下制备的NiQ.5TiQ. 5Nb04/BADCy复 合材料，一#^为预处理温度为700°C条件下制备的Nia5Tia5Nb04/BADCy复合材料， 为预处理温度为800°C条件下制备的Nia5Tia5Nb04/BADCy复合材料， 为预处理温度 为900°C条件下制备的Nia5Tia5Nb04/BADCy复合材料；
[0013] 图7为试验2、试验6~8制备的Nia5TiQ.5Nb04/BADCy复合材料介电损耗随预处 理温度的变化图，其中--为预处理温度为600°C条件下制备的NiQ.5TiQ. 5Nb04/BADCy复 合材料，-?一为预处理温度为700°C条件下制备的Nid.Ji^NbC^/BADCy复合材料，―备-- 为预处理温度为800°C条件下制备的NiuTiuNbO/BADCy复合材料， '为预处理温度 为900°C条件下制备的Nia5Tia5Nb04/BADCy复合材料。
【具体实施方式】
[0014]
【具体实施方式】一：本实施方式一种高介电常数、超低介电损耗陶瓷/树脂复合材 料的制备方法，是通过以下步骤进行：一、微波介质陶瓷多孔预制体的制备：将微波介质陶 瓷粉末加入钢模具中，在40MPa下进行预成型，然后进行冷等静压，得到成型后的胚体；将 成型后的坯体置入马弗炉中进行预处理，然后随炉冷却，得到微波介质陶瓷的多孔预制体； 二、陶瓷/树脂复合材料的制备：将氰酸酯树脂的单体粉末放入模具中，微波介质陶瓷的多 孔预制体置于粉末的上方；然后将模具放入真空干燥箱中，抽真空至l〇Pa以下，再将真空 干燥箱加热至160°C熔化氰酸酯树脂；然后固化树脂，固化后随炉冷却，得到高介电常数、 超低介电损耗陶瓷/树脂复合材料，即完成。
[0015] 本实施方式制备的高介电常数、超低介电损耗陶瓷/树脂复合材料具有更高 的介电常数和超低的介电损耗，介电常数处于6. 32至24. 96之间，介电损耗均低于 4. 9X1(T3 (测试频率为 9040MHz)。
[0016] 本实施方式方法工艺简单易行且工艺成本极低。与传统工艺相比，极大地提高了 复合材料中陶瓷的含量，因此即便选用介电常数相对较低、介电损耗极低的陶瓷作为填料， 复合材料也能具有较高的介电常数。由于填料的介电损耗较低，复合材料也具有超低的损 耗。此外，可以根据材料的要求选择微波介质陶瓷的种类，也可以通过冷等静压压力的大小 和处理温度的不同来调节多孔预制体中的气孔率，进而控制复合材料中陶瓷相的含量，从 而调节复合材料的介电性能。树脂在毛细力的作用下渗入到预制体内部，材料具有非常高 的致密度，树脂与陶瓷亲合性良好，复合材料具有良好的力学性能和机械加工性能。由于该 类型的陶瓷/树脂复合材料具有良好的综合性能，在PCB基板和嵌入型电容器方面极具应 用潜力。
【具体实施方式】 [0017] 二：本实施方式与一不同的是：步骤一所述的微波介 质陶瓷粉末为品质因数％大于l，〇〇〇〇GHz的微波介质陶瓷粉末。其他与一 相同。
【具体实施方式】 [0018] 三：本实施方式与一或二不同的是：步骤一所述的冷 等静压的压力为50MPa~200MPa。其他与一或二相同。
【具体实施方式】 [0019] 四：本实施方式与一至三之一不同的是：步骤一所述 的预处理温度为600°C~1000°C，预处理时间为2h。其他步骤和参数与一至 三之一相同。
【具体实施方式】 [0020] 五：本实施方式与一至四之一不同的是：步骤二所述 的氰酸酯树脂为双酚A型氰酸酯树脂。其他步骤和参数与一至四之一相同。
【具体实施方式】 [0021] 六：本实施方式与一至五之一不同的是：步骤二所述 的固化树脂是在160°c下保温2h，然后在180°C下保温4h、再在200°C下保温lh，然后在 245°C下保温3h。其他步骤和参数与一至五之一相同。
[0022] 通过以下试验验证本发明的有益效果：
[0023] 试验1、本试验一种高介电常数、超低介电损耗陶瓷/树脂复合材料的制备方法， 是通过以下步骤进行：一、微波介质陶瓷多孔预制体的制备：将Zn3Nb208陶瓷粉末加入钢模 具中，在40MPa下进行预成型，然后在压力为50MPa的条件下进行冷等静压，得到成型后的 胚体；将成型后的Zn3Nb208坯体置入马弗炉中进行预处理，预处理温度为600°C，预处理时 间为2h，然后随炉冷却，得到Zn3Nb208陶瓷的多孔预制体；二、陶瓷/树脂复合材料的制备： 将双酚A型氰酸酯树脂（BADCy)的单体粉末放入模具中，Zn3Nb208陶瓷的多孔预制体置于 粉末的上方；然后将模具放入真空干燥箱中，抽真空至l〇Pa以下，再将真空干燥箱加热至 160°〇熔化树脂；然后在160°〇、1801：、2001：和2451：下分别保温211、411、111和311使得树脂 固化，固化后随炉冷却，得到Zn3Nb208/BADCy复合材料，即完成。
[0024] 对本试验制备的Zn3Nb208/BADCy复合材料进行检测，本试验制备的Zn3Nb208/BADCy 复合材料的介电常数为6. 32,介电损耗为4. 21X1(T3。三点弯曲强度为109MPa，断裂韧性 为 1. 72MPam1/2。
[0025] 本试验步骤一制备的多孔ZnNb206陶瓷预制体的扫描图像如图1所示，由图1可知 该陶瓷预制中的陶瓷含量较高，陶瓷颗粒之间分布着连通的气孔。
[0026] 本试验制备的ZnNb206/BADCy复合材料的扫描图像如图2所示，由图2可知原先预 制体中的气孔被BADCy树脂所填充，复合材料有着较高的致密度。
[0027] 试验2、本试验一种高介电常数、超低介电损耗陶瓷/树脂复合材料的制备方法， 是通过以下步骤进行：一、微波介质陶瓷多孔预制体的制备：将Nia5Tia5Nb04陶瓷粉末加入 钢模具中，在40MPa下进行预成型，然后在压力为50MPa的条件下进行冷等静压，得到成型 后的胚体；将成型后的NiuTiuMA?体置入马弗炉中进行预处理，预处理温度为600°C， 预处理时间为2h，然后随炉冷却，得到NiuTiuNbC^陶瓷的多孔预制体；二、陶瓷/树脂复 合材料的制备：将双酚A型氰酸酯树脂（BADCy)的单体粉末放入模具中，NiuTiuNbC^陶瓷 的多孔预制体置于粉末的上方；然后将模具放入真空干燥箱中，抽真空至l〇Pa以下，再将 真空干燥箱加热至160°C熔化树脂；然后在160°C、180°C、200°C和245°C下分别保温2h、4h、 lh和3h使得树脂固化，固化后