[發(fā)明專利]一種復(fù)合陶瓷基板及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210050255.X
• 申請(qǐng)日: 2012-02-29
• 公開（公告）號(hào): CN103288467A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉若鵬;趙治亞;繆錫根;李雪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/80
• 分類號(hào): C04B35/80;C04B35/622
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【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合陶瓷基板及其制備方法。

【背景技術(shù)】

超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。超材料的基本結(jié)構(gòu)由介質(zhì)基板以及陣列在介質(zhì)基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)組成，陣列在介質(zhì)基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)具有特定的電磁特性，能對(duì)電場(chǎng)或磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁響應(yīng)，通過對(duì)人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和排列規(guī)律進(jìn)行精確設(shè)計(jì)可以控制超材料各個(gè)基本單元的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率，從而使超材料呈現(xiàn)出各種一般材料所不具有的電磁特性，如能匯聚、發(fā)散和偏折電磁波等。

現(xiàn)有的超材料人造微結(jié)構(gòu)一般為金屬材料，而介質(zhì)基板一般采用有機(jī)樹脂基板，有機(jī)樹脂基板材料的介電常數(shù)一般為3-5之間，而對(duì)于超材料的某些應(yīng)用而言，往往需要更低介電常數(shù)的材料作為介質(zhì)基板，在滿足各種機(jī)械性能的同時(shí)，很難尋找到合適的材料。

硅石氣凝膠的主要成分是SiO₂，是通過溶膠凝膠方法將有機(jī)或無機(jī)硅源制備成濕凝膠，然后用氣體取代凝膠中的液體，通過干燥控制劑及干燥工藝的控制，保持其空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本不變，從而得到納米多孔的硅石氣凝膠材料。硅石氣凝膠內(nèi)含大量空氣，其孔隙率可達(dá)80％～99％，其微孔尺寸范圍為1～100nm。其納米多孔結(jié)構(gòu)使其具備許多優(yōu)良的電氣性能，如在3-40GHz范圍內(nèi)，通過控制其孔隙度可將其介電常數(shù)控制在1.008-2.27范圍內(nèi)，熱膨脹系數(shù)僅為普通SiO₂的1/5，密度為5-200kg/m³，可耐壓力超過28MPa，電阻率為為SiO₂的1000倍。SiO₂氣凝膠的介電常數(shù)很低(1-2)，熱穩(wěn)定好，還具有絕緣、輕質(zhì)、無毒、阻燃、廉價(jià)等性能。在低介電常數(shù)無鉛超材料基板材料中有很好的應(yīng)用前景。

以純硅石氣凝膠為基板時(shí)，基板的強(qiáng)度較小，不能滿足加工要求；由于普通纖維是二維編織的，在沿基板的厚度方向無法很好的起到增強(qiáng)的作用；另外，纖維股和孔隙部分的介電常數(shù)跳躍比較大，整個(gè)基板的均勻性不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：制備一種以二氧化硅纖維為支撐體、硅石氣凝膠為填料的耐高溫、低介電常數(shù)的復(fù)合陶瓷基板及復(fù)合陶瓷基板的制備方法。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，一種復(fù)合陶瓷基板的制備方法，包括以下步驟：

a、制備中空二氧化硅纖維：將有機(jī)纖維布在硅溶膠中浸漿后取出，干燥、煅燒去除有機(jī)纖維布，得到表面多孔的中空二氧化硅纖維；

b、將溶劑、干燥控制劑、性能添加劑分別加入到硅源中形成溶膠，加入PH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值，在溶膠交聯(lián)后、凝膠之前，將溶膠注入到中空二氧化硅纖維中，然后抽真空；

c、將注入有溶膠的二氧化硅纖維靜置、老化，然后用置換劑、表面修飾劑對(duì)二氧化硅纖維表面進(jìn)行處理，干燥獲得以二氧化硅纖維為支撐體的含有二氧化硅氣凝膠的復(fù)合陶瓷基板。

所述的步驟a中干燥、煅燒具體是：在55℃～65℃下干燥1.5～2.5小時(shí)、100℃～120℃下干燥1.5～2.5小時(shí)，然后再在600℃～1000℃下煅燒5～10小時(shí)。

所述的硅源為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、酸性或堿性硅溶膠或水玻璃。

所述的溶劑為去離子水和無水乙醇混合溶液。

所述的干燥控制劑為甲酰胺或乙二醇。

所述的性能添加劑為二氧化鈦粉體或玻璃纖維。

所述的pH調(diào)節(jié)劑為鹽酸或醋酸，調(diào)節(jié)的pH值為10～13。

所述的pH調(diào)節(jié)劑為氨水，調(diào)節(jié)的pH值為3～5。

所述的置換劑為乙醇或丙酮。

所述的表面修飾劑為硅烷類表面修飾劑。

一種復(fù)合陶瓷基板，由以上任意一項(xiàng)所述的方法制備的復(fù)合陶瓷基板。

本發(fā)明的有益效果是：以二氧化硅纖維為支撐體、硅石氣凝膠為填料制備的復(fù)合陶瓷基板，該基板不僅耐高溫、介電常數(shù)低，二氧化硅纖維為支撐體使整體的均勻性比普通的二維纖維好，同時(shí)也不會(huì)降低基板的強(qiáng)度。

【具體實(shí)施方式】

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種復(fù)合陶瓷基板的制備方法，包括以下步驟：