[发明专利]高频下具有特定介电常数的复合材料、其制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种高频下具有特定介电常数的复合材料、其制备方法及用途。

背景技术

获取在高频测试频率下具有特定介电常数的非金属材料是进行电磁缩比测量等试验的重要前提。

电磁缩比测量是研究大型及外军目标电磁散射特性的主要方法之一。依据电磁缩比原理，要求被测目标的几何、物理特性及测试系统的相关参数满足相应的缩比关系。金属材料的目标由于很容易满足缩比关系，缩比测量已经广泛应用在金属材料目标电磁散射特性的研究中，但对于水泥地面、橡胶等非金属材料，除保持几何尺寸、工作波长满足缩比关系外，还需要使两种材料的介电特性保持一致，但非金属材料的介电常数随频率发生较大变化，这就需要利用模拟复合材料替代真实非金属目标，详见参考文献《水泥地面电磁缩比测试技术研究》(制导与引信，2009年第2期，P58)。例如，橡胶、水泥材料在2GHz频率下的介电常数分别为3.81和4.67，这两种材料随着频率的变化，介电常数会发生变化。根据电磁缩比测量理论，在不同的频率下进行缩比测量时，要保证材料的介电特性不变，因此，需要寻找一种替代材料，这种替代材料在高频10GHz、35GHz下的介电常数要与橡胶、水泥在低频2GHz时的介电常数一致。

根据电磁缩比原理以及根据Bruggemen理论模型和Maxwell-Garnett理论模型，要保证非金属缩比材料在缩比测试频段的介电常数与真实频段下原型材料的介电常数相同，可通过已知介电常数的粉末原料与高分子材料树脂进行适宜的非金属缩比材料构造，构造完成的非金属缩比材料的介电常数与此材料中每个成分的微结构有着密切关系。通过复合材料构造，成份修复等步骤，可构造出满足缩比关系介电常数要求的高分子复合材料。

满足电磁缩比要求的特定介电常数的复合材料必须满足以下综合要求：

(1)在缩比测试频段的介电常数与真实频段下原型材料的介电常数相同；

(2)与原型材料在强度、韧性、弹性等物理性能较为接近；

(3)基本材料具有优异的溶解性能，可实现粉末材料在基体材料中的均匀分散，且粉末不易沉淀；

(4)固化性能优异，可操作性好。

目前，在具有特定介电性能要求的材料研究方面已有一定研究。

在金属基体材料中添加陶瓷粉末，可以得到很高介电常数的复合材料，如专利CN 101550511 B《超高介电常数铌酸纳钾-银颗粒复合材料及制备方法》，介绍了一种在铌酸纳钾纳米粉体中加入硝酸银粉体而得到介电常数达到170000的复合材料及其制备方法。但该种方法制备的复合材料性能与非金属材料差异较大，不能作为缩比测试用的非金属材料。

近年来，关于高介电常数聚合物复合材料的研究很多，其中最常用的一种方法是制备陶瓷/聚合物复合材料。有机聚合物基复合材料可以在较低温度下复合，具有弹性，但是其自身的介电常数较低，所以通过利用陶瓷的高介电特性提高聚合物基复合材料的介电常数。专利CN103382240B《高介电常数的钛酸钡/聚合物复合材料及其制备方法》介绍了一种具有核-壳-壳之间共价键连接结构的复合材料，基体材料为聚甲基丙烯酸甲酯，添加材料为钛酸钡陶瓷颗粒；专利CN103547548A《高介电常数复合材料和制造方法》介绍种在频率200MHz～4.5GHz的频率下具有高介电常数的复合材料的制备方法，复合材料采用陶瓷颗粒和聚合物粘合剂组成，陶瓷颗粒包括钛酸钡、钛酸钡锶或其组合，聚合物包括硅烷、钛酸酯、锆酸酯或其组合；专利CN 102718981B《一种复合材料的制备方法及超材料》介绍了一种在有机高分子膜制备过程中均匀分散纳米级陶瓷颗粒来调节介电常数的方法。有机高分子材料为聚矾类树脂、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚酰亚胺树脂或聚丙烯睛，陶瓷颗粒为纳米级的二氧化钛颗粒、氧化铝颗粒、二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒或氮化硅颗粒；专利CN10042412C《一种高介电常数低介电损耗树脂的制造方法》介绍了一种包含纳米核/壳结构复合颗粒的绝缘树脂，由有机物和纳米颗粒组成，其中有机物为丁腈橡胶、氯丁橡胶或聚氨酯橡胶，纳米颗粒为钛酸钡、钛酸锶或钛酸铝。然而，这种方法一般都需要较大的陶瓷填充量，大量填充陶瓷体填料使得弹性体的模量提高，降低了弹性体的柔韧性和力学变形能力，复合材料成型过程也较为困难；同时采用陶瓷粉末作为添加材料，难以得到高频下具有优异介电性能的复合材料，因此以上专利介绍的复合材料多用于10GHz以下的场合。