[發明專利]一種具有近零介電常數溫度系數的聚四氟乙烯基陶瓷復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811435196.1
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109437663B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 唐斌;羅福川;袁穎;鐘朝位;張樹人
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C04B26/08
• 分類號: C04B26/08;C04B20/10
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種具有近零介電常數溫度系數的聚四氟乙烯基陶瓷復合材料及其制備方法，屬于聚四氟乙烯基陶瓷復合材料技術領域。本發明選擇具有近零的、正的介電常數溫度系數的陶瓷粉體和玻璃纖維作為無機填料并通過對其進行表面處理改性，使得二者表面嫁接了與聚四氟乙烯結構類似的?C?F₂?化學鏈，再通過球磨復合工藝，使得聚四氟乙烯在球磨過程中破乳，同時球磨的運動能使陶瓷粉體和玻璃纖維均勻地分布在聚四氟乙烯中得到性能優異的復合材料。本發明工藝過程合理，填料混合過程簡單，無機填料在PTFE中分散均勻，極大提高了陶瓷粉體填充PTFE微波復合基板材料的各項性能，本發明工藝在保證復合基板材料性能穩定的同時，極大的簡化了制備流程，并且能滿足大批量的生產。

技術領域

本發明屬于聚四氟乙烯基陶瓷復合材料技術領域，具體涉及一種具有近零介電常數溫度系數的聚四氟乙烯基陶瓷復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著人們對信息傳輸系統的高速度、寬帶寬以及高頻率的需求，傳統承載通信系統的基板材料已經無法較好滿足各方面的需求。由于使用微波的頻率提高，會使得整個通信系統的傳輸損耗和發熱惡化，導致信號出現延遲的現象越來越嚴重，最終影響整個系統的穩定性和可靠性。同時，微波裝置還需要滿足各種極端環境下的應用需求，例如：高溫，低溫，潮濕。因此除了對復合基板介電性能方面有要求外，還需要具備良好的溫度穩定性以及出色的疏水性能。為了滿足巨大的市場需要，復合基板材料同時還必須兼備易加工的特點。綜上，獲得能夠同時滿足各種要求的基板材料成為了當前科學研究的一項重要任務，并且受到技術人員越來越多的關注。

聚四氟乙烯(PTFE)具有耐腐蝕、耐高溫、吸水性低、使用溫度范圍廣、頻率溫度特性好、寬頻介電性能穩定等獨特的物理、化學性能，非常適用于高頻高速領域的基板材料。但同時也有機械性能差、熱膨脹系數大、介電常數溫度系數差和導熱性差等缺點。因此，為了改善其綜合性能，系列化介電系數以及介電常數溫度系數的陶瓷粉被相繼復合到PTFE中，意在獲得性能優異的復合基板材料。而如何在保證PTFE復合基板材料具有極低的吸水率和介電損耗的前提下，降低其熱膨脹系數，調節介電性能，使介電常數溫度系數趨近于零是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

美國專利(U.S.Pat.No.5358775)提出了先以偶聯劑給陶瓷包裹疏水層，再向PTFE、陶瓷填料和玻纖的混合液中添加絮凝劑，過濾，最后經熱壓燒結得到復合基板。由此專利提供的方法制得的復合基板可以得到較大的介電常數，但介電常數溫度系數為較大的負值(-463ppm/℃,-525ppm/℃)。對于高頻微波基板及器件，介電常數溫度系數τ_ε是一個非常重要的指標，當溫度變化時，介電常數的改變會引起諧振頻率的漂移。較大的介電常數溫度系數值會極大地限制微波基板及其制成的器件的實際應用，因此為保證基板使用過程中的溫度穩定性，τ_ε應接近于零。

中國專利《一種陶瓷材料及其制備方法、聚四氟乙烯-陶瓷復合材料及其制備方法和基板》(申請號為201410431320.2)中公開了將原料通過混料、干燥、球磨和煅燒制得一種陶瓷材料。在偶聯劑的作用下將陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳劑通過超聲攪拌來進行混合得到聚四氟乙烯-陶瓷復合材料。此技術提供的方法制得的聚四氟乙烯-陶瓷復合材料雖然在10GHz具有較高的介電常數(20～30)和較低的損耗(1.5×10^-3)，但是其介電常數溫度系數值仍然很大(≈160ppm/℃)，且該專利采用超聲攪拌工藝進行混料，不容易工業生產實現。

中國專利《一種聚四氟乙烯覆銅板的制作方法》(申請號為201510067300.6)中公開了通過攪拌、含浸、上膠和加熱烘干得到一種復合基板。雖然該基板具有可調的介電常數(2.2～10.2)。但其覆銅板具有較高的吸水率和介電損耗，同時，該專利并未給出基板的介電常數溫度系數。

發明內容

鑒于現有技術的需求，本發明提供一種聚四氟乙烯基陶瓷復合材料及其制備方法，該復合材料具有穩定的介電常數、極低介電損耗和近零的介電常數溫度系數，同時具有極低的吸水率，并且制備工藝簡單可控，成本低廉，適于工業化生產。