[发明专利]一种复合陶瓷基板及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种复合陶瓷基板及其制备方法。

【背景技术】

超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构而非构成它们的材料，因此，为设计和合成超材料，人们进行了很多研究工作。2000年，加州大学的Smith等人指出周期性排列的金属线和开环共振器(SRR)的复合结构可以实现介电常数ε和磁导率μ同时为负的双负材料，也称左手材料。之后他们又通过在印刷电路板(PCB)上制作金属线和SRR复合结构实现了二维的双负材料。

超材料的基本结构由介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构组成，阵列在介质基板上的多个人造微结构具有特定的电磁特性，能对电场或磁场产生电磁响应，通过对人造微结构的结构和排列规律进行精确设计可以控制超材料各个基本单元的等效介电常数和等效磁导率，从而使超材料呈现出各种一般材料所不具有的电磁特性，如能汇聚、发散和偏折电磁波等。

现有的超材料人造微结构一般为金属材料，而介质基板一般采用有机树脂基板，有机树脂基板材料的介电常数一般为3-5之间，而对于超材料的某些应用而言，往往需要更低介电常数的材料作为介质基板，在满足各种机械性能的同时，很难寻找到合适的材料。

硅石气凝胶的主要成分是SiO₂，是通过溶胶凝胶方法将有机或无机硅源制备成湿凝胶，然后用气体取代凝胶中的液体，通过干燥控制添加剂及干燥工艺的控制，保持其空间网络结构基本不变，从而得到纳米多孔的硅石气凝胶材料。硅石气凝胶内含大量空气，其孔隙率可达80％～99％，其微孔尺寸范围为1～100nm。其纳米多孔结构使其具备许多优良的电气性能，如在3-40GHz范围内，通过控制其孔隙度可将其介电常数控制在1.008-2.27范围内，热膨胀系数仅为普通SiO₂的1/5，密度为5-200kg/m³，可耐压力超过28MPa，电阻率为为SiO₂的1000倍。SiO₂气凝胶的介电常数很低(1-2)，热稳定好，还具有绝缘、轻质、无毒、阻燃、廉价等性能。在低介电常数无铅超材料基板材料中有很好的应用前景。

而多孔二氧化硅气凝胶电路基板基体具有低介电常数、绝缘、轻质、无毒、阻燃、廉价等优异性能；但硅石气凝胶的导热性能很差，为满足某些基板散热的需求，需要提高硅石气凝胶陶瓷基板的导热性能。而目前添加导热填料是提高材料导热性能的重要方法，导热填料自身的导热性能等对导热绝缘复合材料具有重要的影响。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：一种复合陶瓷基板及其制备方法，该复合陶瓷基板不仅可以大大降低其介电常数，还可以提高该基板的导热性能。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种复合陶瓷基板的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：

a、预制多孔陶瓷基板：将绝缘导热粉体、溶剂、粘结剂、增塑剂、分散剂和造孔剂混合，球磨形成均匀的混合溶液，采用流延成型法制成陶瓷生坯，然后排胶、烧结，获得多孔陶瓷基板；

b、将溶剂、干燥控制添加剂、性能添加剂分别加入到硅源中形成溶胶，加入催化剂调节pH值，在溶胶交联后凝胶之前，将溶胶注入到步骤a中的多孔陶瓷基板；

c、将步骤b中的基板静置、老化，然后用置换剂、表面修饰剂对基板表面进行处理，干燥获得含有二氧化硅气凝胶的复合陶瓷基板。

所述的步骤a中烧结：具体的是在温度为1200-1700℃、惰性气氛或还原气氛下进行2-20小时。

通过控制造孔剂的量来控制所制基板的孔隙率达到1％-80％。

所述的造孔剂为淀粉或石墨，加入量为绝缘导热粉体体积的1％-80％。

所述的导热粉体为AlN、BeO或SiC。

所述的步骤a中的粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，加入量为绝缘导热粉体重量的1％-7％。

所述的增塑剂为聚乙烯醇，加入量为绝缘导热粉体重量的1％-2％。

所述的分散剂为磷酸酯或聚丙乙酰胺，加入量为绝缘导热粉体重量的1％-5％。

所述步骤a中的溶剂为乙醇或甲苯。

所述的硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、酸性或碱性硅溶胶或水玻璃。