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(gè)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(gè)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(jī)或無機(jī)基板，如FR4、TPl等等。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(jìn)行精確設(shè)計(jì)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。
納米碳化硅純度高，粒徑小，分布均勻，比表面積大，表面活性高，具有極好的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，即具有高硬度，高耐磨性和良好的自潤滑能力，并且具有高熱傳導(dǎo)率、低介電損耗和低熱膨脹系數(shù)及優(yōu)異的機(jī)械性能。碳化硅納米材料具有高禁帶寬度，高的臨界擊穿電場和熱導(dǎo)率，較低的介電常數(shù)和較高的電子飽和遷移率，抗輻射能力強(qiáng)，機(jī)械性能好等特性，成為制作高頻、大功率、低能耗、耐高溫和抗輻射電子和光電子器件的理想材料。
熱等靜壓(hot isostatic pressing,簡稱HIP)是一種集高溫、高壓于一體的工藝生產(chǎn)技術(shù)，加熱溫度通常為1000-2000°C，通過將密閉容器中的高壓惰性氣體或氮?dú)庾鳛閭鲏航橘|(zhì)，工作壓力可達(dá)200MPa。在高溫、高壓的共同作用下，被加工件的各向均衡受壓，故加工產(chǎn)品的致密度高、均勻性好、性能優(yōu)異。該技術(shù)還具有生產(chǎn)周期短、工序少、能耗低、材料損耗小等特點(diǎn)。
超材料產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對介質(zhì)基板的要求大大提高，以往的介質(zhì)基板材料為高分子聚合物，其導(dǎo)熱性能較低，因此，開發(fā)一種高熱導(dǎo)率、低介電損耗、具有優(yōu)異機(jī)械性能的新材料作為介質(zhì)基板材料對于提聞超材料的性能具有重要意義。
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，制成的超材料介質(zhì)基板材料具有介電損耗低、熱導(dǎo)率高等特點(diǎn)。隨著晶粒尺寸的減小，納米材料的超塑性能增強(qiáng)，因此通過此方法制備的納米陶瓷材料的機(jī)械性能相當(dāng)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(shí)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.制備摻硼納米碳化硅陶瓷；
102.根據(jù)需要選擇不同質(zhì)量比的硼和納米碳化硅，重復(fù)上述步驟，得到不同的陶瓷，將其燒結(jié)形成超材料的介質(zhì)基板材料。
步驟101中制備摻硼納米碳化硅陶瓷包括以下步驟
1011.將摻硼納米碳化硅粉末、溶劑、表面活性劑混合后研磨成細(xì)小顆粒；
1012.將研磨后的細(xì)小顆粒用超聲洗滌并干燥；
1013.利用熱等靜壓工藝將細(xì)小顆粒燒結(jié)成摻硼納米碳化硅陶瓷。
作為具體實(shí)施方式
，所述步驟1011中，所述摻硼納米碳化硅粉末中硼的質(zhì)量比為 O. 1% -20%。
作為具體實(shí)施方式
，所述步驟1011中，所述納米碳化硅粉末的純度> 99%。
作為具體實(shí)施方式
，所述步驟1011中，所述摻硼納米碳化硅粉末的粒度為 30_100nmo
作為具體實(shí)施方式
,所述步驟1011中，所述溶劑為水和乙醇,兩者的質(zhì)量比為， 水乙醇=9 I。
作為具體實(shí)施方式
，所述步驟1011中，所述表面活性劑為甘油三油酸酯，所述表面活性劑的質(zhì)量比為0-1%。
作為具體實(shí)施方式
，所述步驟1013中，所述熱等靜壓工藝的燒結(jié)壓力控制在 800-1000MPa，燒結(jié)溫度控制在1500-1800°C，燒結(jié)時(shí)間控制在5_15min。
一種超材料介質(zhì)基板材料，所述介質(zhì)基板材料由摻硼納米碳化硅陶瓷燒結(jié)而成， 所述摻硼納米碳化硅陶瓷中硼的質(zhì)量比為O. 1% -20%。
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，在燒結(jié)納米碳化硅陶瓷過程中摻入硼，可以有效提高基板材料的熱導(dǎo)率，增強(qiáng)基板材料的機(jī)械性能，降低介質(zhì)基板的介電損耗，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，摻硼納米碳化硅陶瓷制備方法流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明運(yùn)用熱等靜壓工藝制造納米碳化硅陶瓷，并以此為原材制備超材料的介質(zhì)基板材料，在熱等靜壓過程中加入硼作為添加劑，可以降低燒結(jié)溫度，提高超材料的介質(zhì)基板材料的熱導(dǎo)率，降低基板材料的介電損耗。納米級(jí)碳化硅制成的陶瓷材料因其晶粒尺寸較小，超塑性增強(qiáng)，因此以納米碳化硅陶瓷作為超材料的介質(zhì)基板材料可以增強(qiáng)介質(zhì)基板材料的機(jī)械性能。根據(jù)需要控制添加劑量的變化可以得到不同的陶瓷，將不同的陶瓷燒結(jié)， 可以制成具有特定屬性的超材料介質(zhì)基板材料。
實(shí)施例1
本實(shí)施例的制備方法如下
1011.將1. 2g硼、6. 8g粒度為30nm、純度為99 %的納米碳化硅粉末、90g水、IOg乙醇，1. 08g甘油三油酸酯混合后研磨成細(xì)小顆粒；
1012.將研磨后的細(xì)小顆粒用超聲洗滌并干燥；
1013.利用熱等靜壓工藝將細(xì)小顆粒燒結(jié)成摻硼納米碳化硅陶瓷，利用熱等靜壓工藝進(jìn)行燒結(jié)時(shí)將壓力控制在980MPa，燒結(jié)溫度控制在1600°C，時(shí)間控制在lOmin。
102.取O. 91g硼、6. 09g粒度為30 μ m、純度為99%的納米碳化硅粉末、90g水、IOg 乙醇，1. 07g甘油三油酸酯混合研磨成細(xì)小顆粒，其它條件不變，重復(fù)步驟1011-1013，得到不同的摻硼納米碳化硅陶瓷，將經(jīng)上述步驟制成的2種摻硼納米碳化硅陶瓷燒結(jié)成超材料的介質(zhì)基板材料。
實(shí)施例2
有時(shí)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O. 55g硼、4. 95g粒度為30 μ m、純度為99. 99 %的納米碳化硅粉末、45g 水、5g乙醇，O. 555g甘油三油酸酯混合后研磨成細(xì)小顆粒；
1012.將研磨后的細(xì)小顆粒用超聲洗滌并干燥；
1013.利用熱等靜壓工藝將細(xì)小顆粒燒結(jié)成摻硼納米碳化硅陶瓷，利用熱等靜壓工藝進(jìn)行燒結(jié)時(shí)將壓力控制在980MPa，燒結(jié)溫度控制在1600°C，時(shí)間控制在8min。
102.取O. 804g硼、5. 896g粒度為30 μ m、純度為99%的納米碳化硅粉末、72g水、 8g乙醇，O. 867g甘油三油酸酯混合研磨成細(xì)小顆粒，其它條件不變，重復(fù)步驟1011-1013， 得到具有不同微結(jié)構(gòu)的摻硼納米碳化硅陶瓷；取O. 72g硼、3. 28g粒度為30μπκ純度為 99%的納米碳化硅粉末、72g水、Sg乙醇，O. 84g甘油三油酸酯混合研磨成細(xì)小顆粒，其它條件不變，重復(fù)步驟1011-1013，得到不同的摻硼納米碳化硅陶瓷，將經(jīng)上述步驟制成的3種摻硼納米碳化硅陶瓷燒結(jié)成超材料的介質(zhì)基板材料。
上述實(shí)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(shí)現(xiàn)。 制成的摻硼納米 碳化硅陶瓷基板材料具有較高的熱導(dǎo)率，利用納米碳化硅本身的特點(diǎn)制備的介質(zhì)基板材料，使得介質(zhì)基板材料在制備過程中的介電損耗大大降低，制造工藝中摻入硼作為添加劑，亦降低了燒結(jié)過程中的溫度，具有良好的發(fā)展前景。
本發(fā)明中的上述實(shí)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(jìn)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.制備摻硼納米碳化硅陶瓷；102.根據(jù)需要選擇不同質(zhì)量比的硼和納米碳化硅，重復(fù)上述步驟，得到不同的陶瓷，將其燒結(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，制備所述摻硼納米碳化硅陶瓷包括以下步驟1011.將摻硼納米碳化硅粉末、溶劑、表面活性劑混合后研磨成細(xì)小顆粒；1012.將研磨后的細(xì)小顆粒用超聲洗滌并干燥；1013.利用熱等靜壓工藝將細(xì)小顆粒燒結(jié)成摻硼納米碳化硅陶瓷原材。
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，所述摻硼納米碳化硅粉末中硼的質(zhì)量比為O. 1% -20%。
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，所述納米碳化硅粉末的純度> 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，所述摻硼納米碳化硅粉末的粒度為30-100nm。
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，所述溶劑為水和乙醇，兩者的質(zhì)量比為，水乙醇=9 I。
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，所述表面活性劑為甘油三油酸酯，所述表面活性劑的質(zhì)量比為0-1%。
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1013中，所述熱等靜壓工藝的燒結(jié)壓力控制在800-1000MPa，燒結(jié)溫度控制在 1500-1800°C，燒結(jié)時(shí)間控制在5-15min。
9.一種超材料介質(zhì)基板材料，其特征在于，所述介質(zhì)基板材料由摻硼納米碳化硅陶瓷燒結(jié)而成，所述摻硼納米碳化硅陶瓷中硼的質(zhì)量比為O. 1% -20%。
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.將摻硼納米碳化硅粉末、溶劑、表面活性劑混合后研磨成細(xì)小顆粒；1012.將研磨后的細(xì)小顆粒用超聲洗滌并干燥；1013.利用熱等靜壓工藝將細(xì)小顆粒燒結(jié)成摻硼納米碳化硅陶瓷；102.根據(jù)需要選擇不同質(zhì)量比的硼和納米碳化硅，重復(fù)上述步驟，得到不同的陶瓷，將其燒結(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，可以提高超材料介質(zhì)基板材料的熱導(dǎo)率，降低基板材料的介電損耗。另外，在制備碳化硅陶瓷材料的過程中摻入硼粉末作添加劑，明顯降低了碳化硅陶瓷材料的整體燒結(jié)溫度。
文檔編號(hào)C04B35/622GK103011824SQ201110297890
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, 曹燕歸, 付珍 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