[发明专利]一种具有近零介电常数温度系数的聚四氟乙烯基陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

一种具有近零介电常数温度系数的聚四氟乙烯基陶瓷复合材料及其制备方法，属于聚四氟乙烯基陶瓷复合材料技术领域。本发明选择具有近零的、正的介电常数温度系数的陶瓷粉体和玻璃纤维作为无机填料并通过对其进行表面处理改性，使得二者表面嫁接了与聚四氟乙烯结构类似的‑C‑F₂‑化学链，再通过球磨复合工艺，使得聚四氟乙烯在球磨过程中破乳，同时球磨的运动能使陶瓷粉体和玻璃纤维均匀地分布在聚四氟乙烯中得到性能优异的复合材料。本发明工艺过程合理，填料混合过程简单，无机填料在PTFE中分散均匀，极大提高了陶瓷粉体填充PTFE微波复合基板材料的各项性能，本发明工艺在保证复合基板材料性能稳定的同时，极大的简化了制备流程，并且能满足大批量的生产。

技术领域

本发明属于聚四氟乙烯基陶瓷复合材料技术领域，具体涉及一种具有近零介电常数温度系数的聚四氟乙烯基陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

随着人们对信息传输系统的高速度、宽带宽以及高频率的需求，传统承载通信系统的基板材料已经无法较好满足各方面的需求。由于使用微波的频率提高，会使得整个通信系统的传输损耗和发热恶化，导致信号出现延迟的现象越来越严重，最终影响整个系统的稳定性和可靠性。同时，微波装置还需要满足各种极端环境下的应用需求，例如：高温，低温，潮湿。因此除了对复合基板介电性能方面有要求外，还需要具备良好的温度稳定性以及出色的疏水性能。为了满足巨大的市场需要，复合基板材料同时还必须兼备易加工的特点。综上，获得能够同时满足各种要求的基板材料成为了当前科学研究的一项重要任务，并且受到技术人员越来越多的关注。

聚四氟乙烯(PTFE)具有耐腐蚀、耐高温、吸水性低、使用温度范围广、频率温度特性好、宽频介电性能稳定等独特的物理、化学性能，非常适用于高频高速领域的基板材料。但同时也有机械性能差、热膨胀系数大、介电常数温度系数差和导热性差等缺点。因此，为了改善其综合性能，系列化介电系数以及介电常数温度系数的陶瓷粉被相继复合到PTFE中，意在获得性能优异的复合基板材料。而如何在保证PTFE复合基板材料具有极低的吸水率和介电损耗的前提下，降低其热膨胀系数，调节介电性能，使介电常数温度系数趋近于零是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

美国专利(U.S.Pat.No.5358775)提出了先以偶联剂给陶瓷包裹疏水层，再向PTFE、陶瓷填料和玻纤的混合液中添加絮凝剂，过滤，最后经热压烧结得到复合基板。由此专利提供的方法制得的复合基板可以得到较大的介电常数，但介电常数温度系数为较大的负值(-463ppm/℃,-525ppm/℃)。对于高频微波基板及器件，介电常数温度系数τ_ε是一个非常重要的指标，当温度变化时，介电常数的改变会引起谐振频率的漂移。较大的介电常数温度系数值会极大地限制微波基板及其制成的器件的实际应用，因此为保证基板使用过程中的温度稳定性，τ_ε应接近于零。

中国专利《一种陶瓷材料及其制备方法、聚四氟乙烯-陶瓷复合材料及其制备方法和基板》(申请号为201410431320.2)中公开了将原料通过混料、干燥、球磨和煅烧制得一种陶瓷材料。在偶联剂的作用下将陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂通过超声搅拌来进行混合得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料。此技术提供的方法制得的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料虽然在10GHz具有较高的介电常数(20～30)和较低的损耗(1.5×10^-3)，但是其介电常数温度系数值仍然很大(≈160ppm/℃)，且该专利采用超声搅拌工艺进行混料，不容易工业生产实现。

中国专利《一种聚四氟乙烯覆铜板的制作方法》(申请号为201510067300.6)中公开了通过搅拌、含浸、上胶和加热烘干得到一种复合基板。虽然该基板具有可调的介电常数(2.2～10.2)。但其覆铜板具有较高的吸水率和介电损耗，同时，该专利并未给出基板的介电常数温度系数。

发明内容

鉴于现有技术的需求，本发明提供一种聚四氟乙烯基陶瓷复合材料及其制备方法，该复合材料具有稳定的介电常数、极低介电损耗和近零的介电常数温度系数，同时具有极低的吸水率，并且制备工艺简单可控，成本低廉，适于工业化生产。