[发明专利]一种微波介质材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种微波介质材料，特别是复合微波介质材料。

在高频，微波领域需用介质材料，如介质加载天线，介质电路板等。当电磁波通过具有相对介电常数ε_r和相对导磁率μ_r的材料时，波长缩短倍，从而使装置尺寸减小。因此，ε_r和μ_r在高频，微波下维持较高的值就是这类介质材料的基本要求，并且要求损耗低，重量轻，机械强度高。目前这类介质材料有以下几类：陶瓷或高分子介质，因为其ε_r较高，是常用的材料，但陶瓷的损耗大，高分子器件的μ_r仅为1，呈电容性，使用中都有缺陷。参见文献1：A.A.Kishk，M.R.Zunobi，O.Kajfez，IEEETrans.，AP-41(1993)813；文献2：R.K.Mongia，et al.，ElectronicsLetters，25(1989)462。

另一类可用的材料是高μ_r的软磁材料，其ε_r和μ_r都很高，但电阻率不高，难以用到高频，如晶态，非晶态和纳米晶态的金属合金，电阻率在10^-3Ω.cm以下，涡流损耗大，只能在0.1MHz以下的低频应用(参考文献3：M.Fujinami，etal.，Jpn.J.Appl.Phys.，29(1990).L447.)；即使软磁铁氧体的电阻率也不太高(10²-10⁹Ω.cm范围)，难以用到100MHz以上的范围，大多用在10MHz以下，而且在截止频率处的共振损耗已很大，即使用在更高频率，装置的效率也很低(参考文献4：S.K.Ghosh，M.N.Roy，IEEE Trans.AP-25(1987)1036和A.Petosa et al.，Electronics Letters，30(1994)1021.).

本发明的目的在于提供一种高分子/磁性纳米复合微波介质材料及其制备方法，这种材料在0.1-2.0GHz的微波范围内具有较高ε_rμ_r值和较低总损耗值。本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的高分子/磁性纳米复合微波介质材料由10-1000纳米粒子的软磁材料与电损耗小的高分子材料按10∶1至1∶1重量比混合组成。

其中所述的10-1000纳米粒子的软磁材料可以由以下常规方法之一制备：1.采用化学共沉淀方法或溶胶凝胶方法获得铁氧体的纳米粒子，纳米粒子范围在10-1000纳米，铁氧体可以是Fe₃O₄，(MnZn)Fe₂O₄，(NiZn)Fe₂O₄。2.采用羰基铁(镍)热分解或氧化铁(镍)还原获得铁和镍的纳米粒子，其范围在10-1000纳米。3.采用氨气处理铁的纳米粒子获得铁氮化物的纳米粒子。4.采用熔态快淬方法获得非晶态合金和纳米晶合金，再用球磨法制备成纳米粒子。

本发明的高分子/磁性纳米复合微波介质材料的性质如下：介电常数ε_r′≥3-10，导磁率μ_r′≥3-5，损耗角tgδ＜10^-1-10^-3(频率范围0.1-2GHz)

该材料的主要用途：该材料可用于制造0.1-2GHz频率范围的高频微波电子器件，如微波天线，功率分配器，微波印刷电路基片等。

本发明提供的制备上述高分子/磁性纳米复合微波介质材料的方法包括：1.取颗粒在10-1000纳米粒子的软磁材料1-10重量份；2.取电损耗小的高分子材料重量份1份，与上述的颗  粒在10-1000纳米的软磁材料均匀混合；3.混合均匀的料在80-100℃烘干；4.将烘干的高分子/磁性纳米复合微波介质材料以0.4-4  吨/cm²的压力压制成型；5.把压制成型的高分子/磁性纳米复合微波介质材料在  空气，氩气，氮气或氢气中进行温度为120-400℃的热  处理，热处理时间为0.5小时。

本发明提供了一种可在0.1-2GHz高频范围内使用，且ε_rμ_r值较大，损耗小，密度小，重量轻，而且工艺简单，易成型，可加工，韧性好等综合性好的高分子/磁性纳米复合微波介质材料。