專利名稱：一種超材料介質(zhì)基板材料及其制備方法
一種超材料介質(zhì)基板材料及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，具體地涉及一種超材料介質(zhì)基板材料及其制備方法。背景技術(shù)：
超材料一般由多個超材料功能板層疊或按其他規(guī)律陣列組合而成，超材料功能板包括介質(zhì)基板以及陣列在介質(zhì)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有超材料的介質(zhì)基板為均一材質(zhì)的有機或無機基板，如FR4、TPl等等。陣列在介質(zhì)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)具有特定的電磁特性,能對電場或磁場產(chǎn)生電磁響應(yīng),通過對人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和排列規(guī)律進行精確設(shè)計和控制，可以使超材料呈現(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。
氣化招是一種原子晶體，屬類金剛石氣化物，最聞可穩(wěn)定到220CTC。室溫強度聞， 且強度隨溫度的升高下降較慢，導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小，是良好的耐熱沖擊材料?？谷廴诮饘偾治g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(dǎo)率高，膨脹系數(shù)低，強度高，耐高溫，耐化學(xué)腐蝕，電阻率高， 介電損耗小，是理想的大規(guī)模集成電路散熱基板和封裝材料，也可用作防腐蝕涂層，如腐蝕性物質(zhì)的容器和處理器的里襯等，氮化鋁陶瓷還具有優(yōu)良的耐磨耗性能，可以用作研磨材料和耐磨損零件。與其它陶瓷材料制備工藝相同，氮化鋁陶瓷的制備包括粉體的合成、成形、燒結(jié)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(jié)劑、增塑劑等成分，得到分散均勻的穩(wěn)定漿料，在流延機上制得所需厚度薄膜的一種成型方法，具有以下優(yōu)點1、可制備單相或復(fù)相陶瓷薄片材料；2、缺陷尺寸小；3、產(chǎn)品成分起伏小，性能穩(wěn)定；4、生產(chǎn)效率高， 可連續(xù)操作；5、均可大、小批量生產(chǎn)，適于工業(yè)生產(chǎn)；6、適于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制成型，而通過流延成型制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(zhì)量。流延成型法由于具有設(shè)備簡單、可連續(xù)操作、生產(chǎn)效率高、坯體性能均一等特點，已成為制備大面積、超薄陶瓷基片的重要方法，被廣泛應(yīng)用在電子工業(yè)、能源工業(yè)等領(lǐng)域。
一般使用靜壓、兆壓等方法對氮化鋁陶瓷進行燒結(jié)，這些方法不僅造價昂貴，燒結(jié)溫度也很高，實驗條件非?？量?，因此，充分利用氮化鋁陶瓷的特點，開發(fā)一種制備工藝簡單、氮化鋁燒結(jié)溫度低、導(dǎo)熱率良好、具有優(yōu)越機械性能的超材料介質(zhì)基板材料勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超材料介質(zhì)基板材料及其制備方法，此制備方法生產(chǎn)工藝簡單，制備氮化鋁的燒結(jié)溫度低，制成的超材料介質(zhì)基板材料導(dǎo)熱率好、機械性能優(yōu)越，利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，擁有良好的開發(fā)與應(yīng)用前景。
本發(fā)明實現(xiàn)發(fā)明目的首先提供一種超材料介質(zhì)基板材料及其制備方法，包括以下步驟
101.制備氮化鋁陶瓷多層板；
102.根據(jù)實際需要，重復(fù)以上步驟，將制得的多層板燒結(jié)形成超材料的介質(zhì)基板材料。
步驟101制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(jié)劑、分散劑和增塑劑混合后研磨成細小顆粒；
1012.將小顆粒調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑，利用流延成型工藝制備氮化鋁坯體；
1013.將氮化鋁坯體排膠后置于石墨加熱爐中以惰性氣體作為保護氣進行燒結(jié)， 制成氮化鋁陶瓷原材；
1014.將上述步驟得到的氮化鋁陶瓷原材燒結(jié)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(zhì)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(jié)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 ·芐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(jié)溫度控制在1500-1700°C，所述燒結(jié)時間控制在6-12h。
一種超材料介質(zhì)基板材料，由氮化鋁陶瓷多層板燒結(jié)而成。
通過應(yīng)用本發(fā)明的超材料介質(zhì)基板材料及其制備方法，可以有效提高基板材料的熱導(dǎo)率，增強基板材料的機械性能，制備氮化鋁時的燒結(jié)溫度較低，對于超材料的封裝工藝發(fā)展具有重要意義。
圖1，超材料介質(zhì)基板材料的制備方法流程圖。
圖2，氮化鋁陶瓷多層板制備方法流程圖。具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明利用氮化鋁陶瓷作為原材，制備超材料介質(zhì)基板材料。運用流延成型工藝制造氮化鋁坯體，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(jié)溫度， 同時，因添加氮化鋁和氧化鋁的粉末的質(zhì)量比不同，可以燒結(jié)出不同的多層板，根據(jù)實際需要，將若干層不同的多層板燒結(jié)，即可制成組分不同的超材料介質(zhì)基板材料，通過上述途徑，能達到控制所需介質(zhì)基板材料屬性的目的。
實施例1
本實施例的制備方法如下
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后研磨成細小顆粒；
1012.將小顆粒調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑，利用流延成型工藝制備氮化鋁坯體；
1013.將氮化鋁坯體排膠后置于石墨加熱爐中以氮氣作為保護氣進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1600°C，燒結(jié)時間為10h，制成氮化鋁陶瓷原材；
1014.重復(fù)步驟1011-1013，將制得的2件氮化鋁陶瓷原材燒結(jié)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，重復(fù)步驟1011-1014，制成組分不同的陶瓷多層板，將制得的2種多層板燒結(jié)成超材料的介質(zhì)基板材料。
應(yīng)當理解，本實施例中，乙醇/甲乙酮為溶劑，磷酸酯為分散劑。
應(yīng)當理解，本實施例中，乙基纖維素為粘結(jié)劑，對應(yīng)的，增塑劑為乙基草酸酯。
應(yīng)當理解，本實施例中，在流延成型時，為了調(diào)節(jié)漿料性質(zhì)，提高流延膜的質(zhì)量，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑等添加劑。
實施例2
有時候，為了使制備超材料介質(zhì)基板材料的方法更加靈活，制備過程更容易控制， 可以采用如下方法
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后研磨成細小顆粒；
1012.將小顆粒調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑，利用流延成型工藝制備氮化鋁坯體；
1013.將氮化鋁坯體排膠后置于石墨加熱爐中以氮氣作為保護氣進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1650°C，燒結(jié)時間為12h，制成氮化鋁陶瓷原材；
1014. 3次重復(fù)步驟1011-1013，將上述步驟制得的3件氮化鋁陶瓷原材燒結(jié)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，重復(fù)步驟1011-1014，燒結(jié)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，重復(fù)步驟1011-1014，燒結(jié)成不同組分的多層板，將制得的3種不同組分的多層板燒結(jié)成超材料的介質(zhì)基板材料。
應(yīng)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(yīng)當理解，本實施例中，PVB為粘結(jié)劑，對應(yīng)的，增塑劑為鄰苯二甲酸。
應(yīng)當理解，本實施例中，在流延成型時，為了調(diào)節(jié)漿料性質(zhì)，提高流延膜的質(zhì)量，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑等添加劑。
應(yīng)當理解，可以根據(jù)實際需要，采用不同配方，燒結(jié)成多塊不同的多層板，再將多塊組分不同微的多層板燒結(jié)成超材料的介質(zhì)基板材料。
上述實施例制備超材料介質(zhì)基板材料的方法簡單，制備條件要求不高，易于實現(xiàn)。將機械性能極佳的氮化鋁陶瓷制成超材料介質(zhì)基板材料，增強了介質(zhì)基板材料的熱導(dǎo)率， 降低了氮化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度，具有良好的發(fā)展景。本發(fā)明中的上述實施例僅作了示范性描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明進行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種超材料介質(zhì)基板材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 101.制備氮化鋁陶瓷多層板； 102.根據(jù)實際需要，重復(fù)以上步驟，將制得的多層板燒結(jié)形成超材料的介質(zhì)基板材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料介質(zhì)基板材料的制備方法，其特征在于，所述步驟101中，制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(jié)劑、分散劑和增塑劑混合后研磨成細小顆粒; 1012.將小顆粒調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑，利用流延成型工藝制備氮化鋁坯體； 1013.將氮化鋁坯體排膠后置于石墨加熱爐中以惰性氣體作為保護氣進行燒結(jié)，制成氮化鋁陶瓷原材； 1014.將上述步驟得到的氮化鋁陶瓷原材燒結(jié)成多層板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超材料介質(zhì)基板材料的制備方法，其特征在于，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(zhì)量比為0-25% Wt0
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超材料介質(zhì)基板材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1011中，所述氮化鋁粉末的純度> 99%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超材料介質(zhì)基板材料的制備方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求2所述的超材料介質(zhì)基板材料的制備方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求2所述的超材料介質(zhì)基板材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1011中，所述粘結(jié)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(jù)權(quán)利要求2所述的超材料介質(zhì)基板材料的制備方法，其特征在于，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 ·芐苯二甲酸酯和乙基草酸酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超材料介質(zhì)基板材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1013中，所述燒結(jié)溫度控制在1500-1700°C，所述燒結(jié)時間控制在6_12h。
10.一種超材料介質(zhì)基板材料，其特征在于，所述介質(zhì)基板材料由氮化鋁陶瓷多層板燒結(jié)而成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超材料介質(zhì)基板材料及其制備方法，包括以下步驟，1011.將氮化鋁和氧化鋁粉末、溶劑、粘結(jié)劑、分散劑和增塑劑混合后研磨成細小顆粒；1012.將小顆粒調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，加入除泡劑、勻化劑及脫模劑，利用流延成型工藝制備氮化鋁坯體；1013.將氮化鋁坯體排膠后置于石墨加熱爐中以惰性氣體作為保護氣進行燒結(jié)，制成氮化鋁陶瓷原材；1014.將上述步驟得到的氮化鋁陶瓷原材燒結(jié)成多層板；102.根據(jù)實際需要，重復(fù)以上步驟，將制得的多層板燒結(jié)形成超材料的介質(zhì)基板材料。應(yīng)用本發(fā)明的制備方法，可增強介質(zhì)基板材料的機械性能，提高其熱導(dǎo)率。加入氧化鋁作添加劑，可以降低基板材料的整體燒結(jié)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(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 繆錫根, 安娜·瑪麗亞·勞拉·博卡內(nèi)格拉, 林云燕 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司