一種超材料介質基板材料及其製備方法
2023-06-05 03:51:51
專利名稱：一種超材料介質基板材料及其製備方法
一種超材料介質基板材料及其製備方法技術領域：
本發明涉及超材料領域，具體地涉及一種超材料介質基板材料及其製備方法。背景技術：
超材料一般由多個超材料功能板層疊或按其他規律陣列組合而成，超材料功能板包括介質基板以及陣列在介質基板上的多個人造微結構，現有超材料的介質基板為均一材質的有機或無機基板，如FR4、TPl等等。陣列在介質基板上的多個人造微結構具有特定的電磁特性,能對電場或磁場產生電磁響應,通過對人造微結構的結構和排列規律進行精確設計和控制，可以使超材料呈現出各種一般材料所不具有的電磁特性，如能匯聚、發散和偏折電磁波等。
氣化招是一種原子晶體，屬類金剛石氣化物，最聞可穩定到220CTC。室溫強度聞， 且強度隨溫度的升高下降較慢，導熱性好，熱膨脹係數小，是良好的耐熱衝擊材料。抗熔融金屬侵蝕的能力強，是熔鑄純鐵、鋁或鋁合金理想的坩堝材料。氮化鋁是電絕緣體，介電性能良好。氮化鋁陶瓷基片，熱導率高，膨脹係數低，強度高，耐高溫，耐化學腐蝕，電阻率高， 介電損耗小，是理想的大規模集成電路散熱基板和封裝材料，也可用作防腐蝕塗層，如腐蝕性物質的容器和處理器的裡襯等，氮化鋁陶瓷還具有優良的耐磨耗性能，可以用作研磨材料和耐磨損零件。與其它陶瓷材料製備工藝相同，氮化鋁陶瓷的製備包括粉體的合成、成形、燒結3個工藝過程。
流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶劑、分散劑、粘結劑、增塑劑等成分，得到分散均勻的穩定漿料，在流延機上製得所需厚度薄膜的一種成型方法，具有以下優點1、可製備單相或復相陶瓷薄片材料；2、缺陷尺寸小；3、產品成分起伏小，性能穩定；4、生產效率高， 可連續操作；5、均可大、小批量生產，適於工業生產；6、適於成型大型薄板陶瓷或金屬部件，這類部件幾乎不可能或很難通過壓制或擠製成型，而通過流延成型製造各種尺寸和形狀的坯體則十分容易，而且可以保證坯體質量。流延成型法由於具有設備簡單、可連續操作、生產效率高、坯體性能均一等特點，已成為製備大面積、超薄陶瓷基片的重要方法，被廣泛應用在電子工業、能源工業等領域。
一般使用靜壓、兆壓等方法對氮化鋁陶瓷進行燒結，這些方法不僅造價昂貴，燒結溫度也很高，實驗條件非常苛刻，因此，充分利用氮化鋁陶瓷的特點，開發一種製備工藝簡單、氮化鋁燒結溫度低、導熱率良好、具有優越機械性能的超材料介質基板材料勢在必行。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種超材料介質基板材料及其製備方法，此製備方法生產工藝簡單，製備氮化鋁的燒結溫度低，製成的超材料介質基板材料導熱率好、機械性能優越，利於大規模工業生產，擁有良好的開發與應用前景。
本發明實現發明目的首先提供一種超材料介質基板材料及其製備方法，包括以下步驟
101.製備氮化鋁陶瓷多層板；
102.根據實際需要，重複以上步驟，將製得的多層板燒結形成超材料的介質基板材料。
步驟101製備氮化鋁陶瓷多層板包括以下步驟
1011.將氮化鋁和氧化鋁粉末、溶劑、粘結劑、分散劑和增塑劑混合後研磨成細小顆粒；
1012.將小顆粒調製成液態泥膏狀的流延漿料，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑，利用流延成型工藝製備氮化鋁坯體；
1013.將氮化鋁坯體排膠後置於石墨加熱爐中以惰性氣體作為保護氣進行燒結， 製成氮化鋁陶瓷原材；
1014.將上述步驟得到的氮化鋁陶瓷原材燒結成多層板。
作為具體實施方式
，所述步驟1011中，所述氮化鋁和氧化鋁粉末中氧化鋁粉末的質量比為0-25% Wt0
作為具體實施方式
，所述步驟1011中，所述氮化鋁粉末的純度> 99%。
作為具體實施方式
，所述步驟1011中，所述溶劑為乙醇、甲乙酮、三氯乙烯、甲苯、 二甲苯和正丁醇中的一種或幾種。
作為具體實施方式
，所述步驟1011中，所述分散劑為磷酸酯、乙氧基化合物、三油酸甘油酯和鯡魚油中的一種或幾種。
作為具體實施方式
，所述步驟1011中，所述粘結劑為PVB、聚丙烯酸甲酯、乙基纖維素和聚甲基丙烯酸中的一種或幾種。
作為具體實施方式
，所述步驟1011中，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯、聚乙二 醇、鄰苯二甲酸二辛酯、丁 ·苄苯二甲酸酯和乙基草酸酯。
作為具體實施方式
，所述步驟1013中，所述燒結溫度控制在1500-1700°C，所述燒結時間控制在6-12h。
一種超材料介質基板材料，由氮化鋁陶瓷多層板燒結而成。
通過應用本發明的超材料介質基板材料及其製備方法，可以有效提高基板材料的熱導率，增強基板材料的機械性能，製備氮化鋁時的燒結溫度較低，對於超材料的封裝工藝發展具有重要意義。
圖1，超材料介質基板材料的製備方法流程圖。
圖2，氮化鋁陶瓷多層板製備方法流程圖。具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
本發明利用氮化鋁陶瓷作為原材，製備超材料介質基板材料。運用流延成型工藝製造氮化鋁坯體，在流延成型工藝中加入氧化鋁作為的添加劑，可以降低陶瓷的燒結溫度， 同時，因添加氮化鋁和氧化鋁的粉末的質量比不同，可以燒結出不同的多層板，根據實際需要，將若干層不同的多層板燒結，即可製成組分不同的超材料介質基板材料，通過上述途徑，能達到控制所需介質基板材料屬性的目的。
實施例1
本實施例的製備方法如下
1011.將7. 7g純度為99%的氮化鋁粉末和2. 3g氧化鋁粉末、乙醇/甲乙酮、乙基纖維素、磷酸酯和乙基草酸酯混合後研磨成細小顆粒；
1012.將小顆粒調製成液態泥膏狀的流延漿料，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑，利用流延成型工藝製備氮化鋁坯體；
1013.將氮化鋁坯體排膠後置於石墨加熱爐中以氮氣作為保護氣進行燒結，燒結溫度為1600°C，燒結時間為10h，製成氮化鋁陶瓷原材；
1014.重複步驟1011-1013，將製得的2件氮化鋁陶瓷原材燒結成多層板；
102.取5. 6g純度為99%的氮化鋁粉末和1. 4g氧化鋁粉末，其它條件不變，重複步驟1011-1014，製成組分不同的陶瓷多層板，將製得的2種多層板燒結成超材料的介質基板材料。
應當理解，本實施例中，乙醇/甲乙酮為溶劑，磷酸酯為分散劑。
應當理解，本實施例中，乙基纖維素為粘結劑，對應的，增塑劑為乙基草酸酯。
應當理解，本實施例中，在流延成型時，為了調節漿料性質，提高流延膜的質量，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑等添加劑。
實施例2
有時候，為了使製備超材料介質基板材料的方法更加靈活，製備過程更容易控制， 可以採用如下方法
1011.將8.1g純度為99. 99%的氮化鋁粉末和1. 9g氧化鋁粉末、乙醇/甲苯、PVB、三油酸甘油酯和鄰苯二甲酸混合後研磨成細小顆粒；
1012.將小顆粒調製成液態泥膏狀的流延漿料，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑，利用流延成型工藝製備氮化鋁坯體；
1013.將氮化鋁坯體排膠後置於石墨加熱爐中以氮氣作為保護氣進行燒結，燒結溫度為1650°C，燒結時間為12h，製成氮化鋁陶瓷原材；
1014. 3次重複步驟1011-1013，將上述步驟製得的3件氮化鋁陶瓷原材燒結成多層板；
102.取5. 525g純度為99. 99%的氮化鋁粉末和O. 975g氧化鋁粉末，其它條件不變，重複步驟1011-1014，燒結成不同組分的多層板，再取7. 2g純度為99%的氮化鋁粉末和 O. Sg氧化鋁粉末，其它條件不變，重複步驟1011-1014，燒結成不同組分的多層板，將製得的3種不同組分的多層板燒結成超材料的介質基板材料。
應當理解，本實施例中，乙醇/甲苯為溶劑，三油酸甘油酯為分散劑。
應當理解，本實施例中，PVB為粘結劑，對應的，增塑劑為鄰苯二甲酸。
應當理解，本實施例中，在流延成型時，為了調節漿料性質，提高流延膜的質量，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑等添加劑。
應當理解，可以根據實際需要，採用不同配方，燒結成多塊不同的多層板，再將多塊組分不同微的多層板燒結成超材料的介質基板材料。
上述實施例製備超材料介質基板材料的方法簡單，製備條件要求不高，易於實現。將機械性能極佳的氮化鋁陶瓷製成超材料介質基板材料，增強了介質基板材料的熱導率， 降低了氮化鋁陶瓷的燒結溫度，具有良好的發展景。本發明中的上述實施例僅作了示範性描述，本領域技術人員在閱讀本專利申請後可以在不脫離本發明的精神和範圍的情況下對本發明進行各種修改。
權利要求
1.一種超材料介質基板材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟 101.製備氮化鋁陶瓷多層板； 102.根據實際需要，重複以上步驟，將製得的多層板燒結形成超材料的介質基板材料。
2.根據權利要求1所述的超材料介質基板材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟101中，製備所述氮化鋁陶瓷多層板包括以下步驟 1011.將氮化鋁和氧化鋁粉末、溶劑、粘結劑、分散劑和增塑劑混合後研磨成細小顆粒; 1012.將小顆粒調製成液態泥膏狀的流延漿料，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑，利用流延成型工藝製備氮化鋁坯體； 1013.將氮化鋁坯體排膠後置於石墨加熱爐中以惰性氣體作為保護氣進行燒結，製成氮化鋁陶瓷原材； 1014.將上述步驟得到的氮化鋁陶瓷原材燒結成多層板。
3.根據權利要求2所述的超材料介質基板材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟1011中，所述氮化鋁和氧化鋁粉末中氧化鋁粉末的質量比為0-25% Wt0
4.根據權利要求2所述的超材料介質基板材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟1011中，所述氮化鋁粉末的純度> 99%。
5.根據權利要求2所述的超材料介質基板材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟1011中，所述溶劑為乙醇、甲乙酮、三氯乙烯、甲苯、二甲苯和正丁醇中的一種或幾種。
6.根據權利要求2所述的超材料介質基板材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟1011中，所述分散劑為磷酸酯、乙氧基化合物、三油酸甘油酯和鯡魚油中的一種或幾種。
7.根據權利要求2所述的超材料介質基板材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟1011中，所述粘結劑為PVB、聚丙烯酸甲酯、乙基纖維素和聚甲基丙烯酸中的一種或幾種。
8.根據權利要求2所述的超材料介質基板材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟1011中，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯、聚乙二醇、鄰苯二甲酸二辛酯、丁 ·苄苯二甲酸酯和乙基草酸酯。
9.根據權利要求2所述的超材料介質基板材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟1013中，所述燒結溫度控制在1500-1700°C，所述燒結時間控制在6_12h。
10.一種超材料介質基板材料，其特徵在於，所述介質基板材料由氮化鋁陶瓷多層板燒結而成。
全文摘要
本發明提供了一種超材料介質基板材料及其製備方法，包括以下步驟，1011.將氮化鋁和氧化鋁粉末、溶劑、粘結劑、分散劑和增塑劑混合後研磨成細小顆粒；1012.將小顆粒調製成液態泥膏狀的流延漿料，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑，利用流延成型工藝製備氮化鋁坯體；1013.將氮化鋁坯體排膠後置於石墨加熱爐中以惰性氣體作為保護氣進行燒結，製成氮化鋁陶瓷原材；1014.將上述步驟得到的氮化鋁陶瓷原材燒結成多層板；102.根據實際需要，重複以上步驟，將製得的多層板燒結形成超材料的介質基板材料。應用本發明的製備方法，可增強介質基板材料的機械性能，提高其熱導率。加入氧化鋁作添加劑，可以降低基板材料的整體燒結溫度，保證了基板材料的平整度與粗糙度。
文檔編號B32B18/00GK103011831SQ20111029
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者劉若鵬, 趙治亞, 繆錫根, 安娜·瑪麗亞·蘿拉·博卡內格拉, 林雲燕 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創新技術有限公司