CN104446465A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种陶瓷材料及其制备方法，所述陶瓷材料具有式I所示的通式。本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，由陶瓷粉和聚四氟乙烯制备得到，所述陶瓷粉具有式I所示的通式。本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制备方法，包括：在硅烷偶联剂的作用下，将陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂进行混合，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，所述破乳剂包括醇类化合物或醚类化合物；所述陶瓷粉具有式I所示的通式。本发明提供了一种基板，由上述聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到。本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较高的热导率。xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆ 式I。

Description

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

技术领域

本发明涉及聚四氟乙烯技术领域，尤其涉及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。

背景技术

随着无线通讯领域的快速发展，对电子元器件的要求越来越高，这对高频材料的性能提出更高的要求。目前，已经商品化的高频基板材料主要有：聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯醚(PPO)、环氧树脂复合材料(FR-4)三种材料。其中，聚四氟乙烯材料的应用范围较广，但是纯聚四氟乙烯基板的介电常数较小，品质因数较低，热导率小于1W/mK，很难在高频下使用。为了提高聚四氟乙烯材料的介电常数，美国罗杰斯公司提出了以聚四氟乙烯为基复合纤维布或复合陶瓷的新型基板技术，这种方法制备得到的基板在高频微波等领域获得了广泛的应用。

申请号为201310378774.3的中国专利公开了一种聚四氟乙烯复合微波陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：1、制备Zr-Ti基陶瓷粉体；包括以下具体步骤：1-1、以ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅、ZnO和MnCO₃为原料，按照Zr-Ti基陶瓷粉体分子式(1-x)ZrTi₂O₆-xZnNb₂O₆(0.25≤x≤0.45)控制ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅和ZnO的摩尔比，然后加入相当于ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅和ZnO总质量0.1％～1.0％的MnCO₃；1-2、将步骤1-1所准备原料进行第一次球磨，进一步使原料混合均匀；1-3、将步骤1-2所得一次球磨料在空气气氛和1000℃～1250℃温度条件下烧结2小时～5小时，得到Zr-Ti基陶瓷烧结料；1-4、将步骤1-3所得Zr-Ti基陶瓷烧结料进行第二次球磨、烘干、过筛，得到平均粒径在1μm～4μm的Zr-Ti基陶瓷粉体；2、将步骤1所得Zr-Ti基陶瓷粉体，加入无水乙醇超声混合后再加入水解后的偶联剂，继续超声混合一段时间使得偶联剂的羟基基团与Zr-Ti基陶瓷粉体表面的羟基基团发生充分缩合反应；3、将步骤2所得反应体系烘干后加入无水乙醇超声混合，然后加入聚四氟乙烯分散乳液继续超声混合一段时间使得偶联剂另一端的有机分子链结构与聚四氟乙烯分子链充分缠绕混合；4、将步骤3所得体系在90℃下进行旋蒸破乳处理，以去除无水乙醇；5、将步骤4所得体系采用去离子水洗涤后于120℃下烘干，得到块状聚四氟乙烯复合微波陶瓷材料；6、将步骤5所得块状聚四氟乙烯复合微波陶瓷材料打成粉体，然后放入模具中于340℃～380℃下热压烧结1小时～4小时，得到最终的聚四氟乙烯复合微波陶瓷基板。

虽然现有技术提供的这种方法制备得到的聚四氟乙烯复合微波陶瓷基板的介电常数较高，达到了6.4～7.8，在10GHz下的损耗较低，达到了1.4×10^-3～2.2×10^-3，介电常数温度系数绝对值较低，为-100±10ppm/℃，可用于制作需要高介电常数的微波电路基板。但是，这种方法制备得到的基板的品质因数较差，最高仅达到5600，而且温度频率系数较大，热导率较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供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，本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的温度频率系数以及较高的热导率。

本发明提供了一种陶瓷材料，具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

本发明提供了一种陶瓷材料的制备方法，包括：

将氧化锌、碳酸锂、五氧化二铌和二氧化钛进行混合，得到混合物；

将所述混合物进行煅烧，得到陶瓷材料；所述陶瓷材料具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

优选的，所述煅烧的时间为2小时～6小时。

优选的，所述煅烧的温度为1200℃～1300℃。

本发明提供了一种陶瓷材料，具有式I所示的通式。本发明提供的陶瓷材料具有较高的介电常数、较低的损耗、较低的频率温度系数和较高的热导率。实验结果表明，本发明提供的陶瓷材料的介电常数为60～64，10GHz下的损耗为0.7×10^-3～0.9×10^-3，频率温度系数为-5ppm/℃～20ppm/℃，热导率为3.1W/mK～3.7W/mK。

本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，由陶瓷粉和聚四氟乙烯制备得到，所述陶瓷粉具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

优选的，所述陶瓷粉和聚四氟乙烯的质量比为(7～8):(3.3～5.3)。

本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制备方法，包括：

在硅烷偶联剂的作用下，将陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂进行混合，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，所述破乳剂包括醇类化合物或醚类化合物；所述陶瓷粉具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

优选的，所述硅烷偶联剂、陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂的质量比为0.1:(7～8):(3.3～5.3):(1.7～3.3)。

优选的，所述破乳剂为乙醇、***、聚氧乙烯十八醇醚或聚氧丙烯十八醇醚。

本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，由陶瓷粉和聚四氟乙烯制备得到，所述陶瓷粉具有式I所示的通式。本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，采用具有式I所示通式的陶瓷粉制备得到，由于具有式I所示通式的陶瓷粉具有较高的介电常数、较低的损耗、较低的频率温度系数和较高的热导率，使本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料也具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。实验结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数为20～30，10GHz下的损耗为1×10^-3～1.5×10^-3，品质因数达到30000，频率温度系数为-80±25ppm/℃，热导率为1.2W/mK～1.7W/mK。

本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制备方法，包括：在硅烷偶联剂的作用下，将陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂进行混合，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，所述破乳剂包括醇类化合物或醚类化合物；所述陶瓷粉具有式I所示的通式。本发明提供的方法制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。此外，本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制备方法工艺简单、成本较低，可用于大规模生产。

本发明提供了一种基板，由上述技术方案所述的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到；或由上述技术方案所述方法制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到。

由于采用上述技术方案所述的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，本发明提供的基板具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种陶瓷材料，具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

本发明提供的陶瓷材料具有较高的介电常数、较低的损耗、较低的频率温度系数和较高的热导率。

在本发明中，所述陶瓷材料具有式I所示的通式，式I中，0.25≤x≤0.4；优选的，0.3≤x≤0.35。

本发明提供了一种陶瓷材料的制备方法，包括：

将氧化锌、碳酸锂、五氧化二铌和二氧化钛进行混合，得到混合物；

将所述混合物进行煅烧，得到陶瓷材料；所述陶瓷材料具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

本发明提供的方法制备得到的陶瓷材料具有较高的介电常数、较低的损耗、较低的频率温度系数和较高的热导率。

本发明将氧化锌、碳酸锂、五氧化二铌和二氧化钛进行混合，得到混合物。在本发明中，所述混合的温度优选为20℃～30℃，更优选为24℃～28℃。在本发明中，所述混合的时间优选为8小时～12小时，更优选为9小时～10小时。

本发明优选将氧化锌、碳酸锂、五氧化二铌和二氧化钛进行研磨混合。在本发明中，所述研磨的方法优选为球磨。在本发明中，所述研磨的温度和时间与上述技术方案所述混合的温度和时间一致，在此不再赘述。

在本发明中，所述氧化锌、碳酸锂、五氧化二铌和二氧化钛的用量按照目标通式中Li、Ti、Zn和Nb的摩尔比进行配料，所述目标通式为：xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆，0.25≤x≤0.4。

得到混合物后，本发明将所述混合物进行煅烧，得到陶瓷材料；所述陶瓷材料具有式I所示的通式。在本发明中，所述煅烧的温度优选为1200℃～1300℃，更优选为1220℃～1280℃，最优选为1240℃～1260℃。在本发明中，所述煅烧的时间优选为2小时～6小时，更优选为3小时～5小时，最优选为4小时。

在将所述混合物进行煅烧之前，本发明优选将所述混合物进行干燥处理。在本发明中，干燥处理所述混合物的方法优选为烘干。在本发明中，干燥处理所述混合物的时间优选为6小时～10小时，更优选为7小时～8小时。在本发明中，干燥处理所述混合物的温度优选为100℃～120℃，更优选为110℃。

本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，由陶瓷粉和聚四氟乙烯制备得到，所述陶瓷粉具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，采用具有式I所示通式的陶瓷粉制备得到，由于具有式I所示通式的陶瓷粉具有较高的介电常数、较低的损耗、较低的频率温度系数和较高的热导率，使本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料也具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。

在本发明中，所述陶瓷粉的粒度优选为2微米～40微米，更优选为3微米～30微米，最优选为5微米～20微米。在本发明中，所述陶瓷粉优选包括粒度为2微米～5微米的第一陶瓷粉和粒度为25微米～40微米的第二陶瓷粉。在本发明中，所述第一陶瓷粉的粒度优选为3微米～4微米。在本发明中，所述第二陶瓷粉的粒度优选为30微米～35微米。在本发明中，所述第一陶瓷粉和第二陶瓷粉的质量比优选为(2～4):1，更优选为3：1。

本发明优选同时使用所述第一陶瓷粉和第二陶瓷粉制备聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，采用两种不同粒径的陶瓷粉制备聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，能够进一步降低本发明制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的损耗，并且进一步提高本发明制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的热导率；而且还能够增加本发明制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的致密度。

得到陶瓷粉后，本发明优选将所述陶瓷粉进行第一研磨，得到粒度为2微米～5微米的第一陶瓷粉。在本发明中，所述第一研磨的方法优选为球磨。在本发明中，所述第一研磨的时间优选为10～14小时，更优选为12小时。

所述第一研磨完成后，本发明优选将得到的第一研磨产物干燥、过筛，得到粒度为2微米～5微粒的第一陶瓷粉。在本发明中，干燥所述第一研磨产物的温度优选为100℃～120℃，更优选为110℃。

得到陶瓷粉后，本发明优选将所述陶瓷粉进行第二研磨，得到粒度为25微米～40微米的第二陶瓷粉。在本发明中，所述第二研磨的方法优选为球磨。在本发明中，所述第二研磨的时间优选为2～4小时，更优选为3小时。

所述第二研磨完成后，本发明优选将得到的第二研磨产物干燥、过筛，得到粒度为25微米～40微粒的第二陶瓷粉。在本发明中，干燥所述第二研磨产物的温度优选为100℃～120℃，更优选为110℃。

在本发明中，所述聚四氟乙烯优选包括聚四氟乙烯粉和聚四氟乙烯分散液。在本发明中，所述聚四氟乙烯粉的粒度优选为0.3μm～0.9μm，更优选为0.4μm～0.6μm。本发明对所述聚四氟乙烯粉的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。在本发明中，所述聚四氟乙烯分散液的质量浓度优选为25％～35％，更优选为30％。本发明对所述聚四氟乙烯分散液的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。在本发明的实施例中，所述聚四氟乙烯分散液可以为美国3M公司提供的BM3701型乳液。在本发明中，所述聚四氟乙烯粉和聚四氟乙烯分散液的质量比优选为(1.5～2):(1.7～3.3)，更优选为(1.6～1.8):(2～3)。

本发明优选同时使用聚四氟乙烯粉和聚四氟乙烯分散液来制备聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，同时采用聚四氟乙烯粉和聚四氟乙烯分散液制备聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，不仅制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的致密度较高，而且还能够节省成本。

在本发明中，所述陶瓷粉和聚四氟乙烯的质量比优选为(7～8):(3.3～5.3)，更优选为(7～8):(4～5)。

本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制备方法，包括：

在硅烷偶联剂的作用下，将陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂进行混合，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，所述破乳剂包括醇类化合物或醚类化合物；所述陶瓷粉具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

本发明提供的方法制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。此外，本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制备方法工艺简单、成本较低，可用于大规模生产。

本发明在硅烷偶联剂的作用下，将陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂进行混合，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料。在本发明中，所述混合的温度优选为20℃～30℃，更优选为24℃～28℃。在本发明中，所述混合的时间优选为60分钟～120分钟，更优选为80分钟～100分钟。本发明优选在搅拌的条件下进行所述混合。在本发明中，所述搅拌的方法优选为超声搅拌。在本发明中，所述超声搅拌的功率优选为350W～500W，更优选为400W～450W。

本发明对所述硅烷偶联剂的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的硅烷偶联剂即可，可由市场购买获得。在本发明中，所述破乳剂包括醇类化合物或醚类化合物，优选为醇类化合物。在本发明中，所述醇类化合物优选为碳原子数为1～5的醇类化合物，更优选为碳原子数为1～3的醇类化合物，最优选为乙醇，最最优选为无水乙醇。在本发明中，所述醚类化合物优选为***、聚氧乙烯十八醇醚或聚氧丙烯十八醇醚。在本发明中，所述陶瓷粉和聚四氟乙烯的种类和来源与上述技术方案所述陶瓷粉和聚四氟乙烯的种类和来源一致，在此不再赘述。

在本发明中，所述硅烷偶联剂、陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂的质量比优选为0.1:(7～8):(3.3～5.3):(1.7～3.3)，更优选为0.1:(7～8):(4～5):(2～3)。

本发明优选将第一陶瓷粉、第二陶瓷粉、聚四氟乙烯粉和水进行第一混合，得到第一混合物；

向所述第一混合物中加入硅烷偶联剂进行第二混合，得到第二混合物；

向所述第二混合物中加入聚四氟乙烯分散液进行第三混合，得到第三混合物；

向所述第三混合物中加入破乳剂进行第四混合，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料。

本发明优选将第一陶瓷粉、第二陶瓷粉、聚四氟乙烯粉和水进行第一混合，得到第一混合物。本发明优选在第一搅拌的条件下进行第一混合。在本发明中，所述第一搅拌的方法优选为超声搅拌。在本发明中，所述第一混合的温度优选为20℃～30℃，更优选为25℃。在本发明中，所述第一混合的时间优选为20分钟～40分钟，更优选为30分钟。

在本发明中，所述第一陶瓷粉、第二陶瓷粉、聚四氟乙烯粉的种类和来源与上述技术方案所述第一陶瓷粉、第二陶瓷粉、聚四氟乙烯粉的种类和来源一致，在此不再赘述。在本发明中，所述第一陶瓷粉和第二陶瓷粉总的质量与聚四氟乙烯粉的质量比优选为(7～8):(1.5～2)，所述第一陶瓷粉和第二陶瓷粉的质量比优选为(2～4):1。在本发明中，所述第一混合物中的水优选为去离子水。本发明对所述水的用量没有特殊的限制，满足上述技术方案所述超声搅拌的实际操作条件即可。

得到第一混合物后，本发明优选向所述第一混合物中加入硅烷偶联剂进行第二混合，得到第二混合物。本发明优选在第二搅拌的条件下进行第二混合。在本发明中，所述第二搅拌的方法优选为超声搅拌。在本发明中，所述第二混合的温度优选为20℃～30℃，更优选为25℃。在本发明中，所述第二混合的时间优选为20分钟～40分钟，更优选为30分钟。

在本发明中，所述硅烷偶联剂的种类和来源与上述技术方案所述硅烷偶联剂的种类和来源一致，在此不再赘述。在本发明中，所述硅烷偶联剂与上述技术方案所述聚四氟乙烯粉的质量比优选为0.1:(1.5～2)，更优选为0.1:(1.6～1.8)。

得到第二混合物后，本发明优选向所述第二混合物中加入聚四氟乙烯分散液进行第三混合，得到第三混合物。本发明优选在第三搅拌的条件下进行第三混合。在本发明中，所述第三搅拌的方法优选为超声搅拌。在本发明中，所述第三混合的温度优选为20℃～30℃，更优选为25℃。在本发明中，所述第三混合的时间优选为20分钟～40分钟，更优选为30分钟。

在本发明中，所述聚四氟乙烯分散液的种类和来源与上述技术方案所述聚四氟乙烯分散液的种类和来源一致，在此不再赘述。在本发明中，上述技术方案所述聚四氟乙烯粉和聚四氟乙烯分散液的质量比优选为(1.5～2):(1.7～3.3)，更优选为(1.6～1.8):(2～3)。

得到第三混合物后，本发明优选向所述第三混合物中加入破乳剂进行第四混合，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料。本发明优选在第四搅拌的条件下进行第四混合。在本发明中，所述第四搅拌的方法优选为超声搅拌。在本发明中，所述第四混合的温度优选为20℃～30℃，更优选为25℃。在本发明中，所述第四混合的时间优选为60～120分钟，更优选为80～100分钟。

在本发明中，所述破乳剂的种类和来源与上述技术方案所述破乳剂的种类和来源一致，在此不再赘述。在本发明中，所述破乳剂与上述技术方案所述聚四氟乙烯粉的质量比优选为(1.7～3.3):(1.5～2)，更优选为(2～3):(1.6～1.8)。

所述混合完成后，本发明优选将得到的混合物进行干燥处理，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料。在本发明中，干燥处理所述混合物的温度优选为80℃～100℃，更优选为90℃。在本发明中，干燥处理所述混合物的时间优选为3小时～4小时。

本发明提供了一种基板，由上述技术方案所述的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到；或由上述技术方案所述方法制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到。

本发明提供的基板是由上述技术方案所述的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到的，所述聚四氟乙烯-陶瓷复合材料具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率；使本发明提供的基板也具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。

在本发明中，所述基板的制备方法优选为：

将聚四氟乙烯-陶瓷复合材料进行热压成型，得到基板；所述聚四氟乙烯-陶瓷复合材料为上述技术方案所述的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料；或由上述技术方案所述的方法制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料。

本发明优选将聚四氟乙烯-陶瓷复合材料上、下两面覆铜进行热压成型，得到基板。在本发明中，所述热压成型的压力优选为20MPa～40MPa，更优选为25MPa～35MPa，最优选为30MPa。在本发明中，所述热压成型的温度优选为300℃～400℃，更优选为340℃～380℃，最优选为350℃。在本发明中，所述热压成型的保温、保压时间优选为1小时～3小时，更优选为2小时。

采用X射线荧光光谱仪测试本发明提供的陶瓷材料的通式，测试结果为，本发明提供的陶瓷材料的通式为xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆，0.25≤x≤0.4。

采用矢量网络分析仪测量本发明提供的陶瓷材料的介电常数、损耗和频率温度系数；测试结果为，本发明提供的陶瓷材料的介电常数为60～64，10GHz下的损耗为0.7×10^-3～0.9×10^-3，频率温度系数为-5ppm/℃～20ppm/℃。

采用激光热导仪测试本发明提供的陶瓷材料的热导率；测试结果为，本发明提供的陶瓷材料的热导率为3.1W/mK～3.7W/mK。

采用矢量网络分析仪测量本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数、损耗和频率温度系数；测试结果为，本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数为20～30，10GHz下的损耗为1×10^-3～1.5×10^-3，频率温度系数为-80±25ppm/℃

在本发明中，所述聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的品质因数的计算方法为：

介电常数除以损耗得到的商值。

计算本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的品质因数，计算结果为，本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的品质因数最高可达到30000。

采用激光热导仪测试本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的热导率；测试结果为，本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的热导率为1.2W/mK～1.7W/mK。

本发明提供了一种陶瓷材料，具有式I所示的通式。本发明提供的陶瓷材料具有较高的介电常数、较低的损耗、较低的频率温度系数和较高的热导率。

本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，由陶瓷粉和聚四氟乙烯制备得到，所述陶瓷粉具有式I所示的通式。本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，采用具有式I所示通式的陶瓷粉制备得到，由于具有式I所示通式的陶瓷粉具有较高的介电常数、较低的损耗、较低的频率温度系数和较高的热导率，使本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料也具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。

本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制备方法，包括：在硅烷偶联剂的作用下，将陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂进行混合，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，所述破乳剂包括醇类化合物或醚类化合物；所述陶瓷粉具有式I所示的通式。本发明提供的方法制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。此外，本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制备方法工艺简单、成本较低，可用于大规模生产。

本发明提供了一种基板，由上述技术方案所述的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到；或由上述技术方案所述方法制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到。本发明提供的基板具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。

本发明以下实施例所用到的原料均为市售商品。

实施例1

将243g的氧化锌、67g的碳酸锂、828g的五氧化二铌和80g的二氧化钛在25℃进行12小时的球磨混合，得到混合物；

将所述混合物在100℃下烘干6小时，将烘干后的混合物在1280℃下进行4小时的煅烧，得到陶瓷粉。

将本发明实施例1制备得到的陶瓷粉分为两批，将第一批陶瓷粉进行3小时的球磨、烘干、过筛，得到粒度为30微米的陶瓷粉，所述烘干的温度为100℃；

将第二批陶瓷粉进行12小时的球磨、烘干、过筛，得到粒度为3微米的陶瓷粉，所述烘干的温度为100℃。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例1制备得到的陶瓷粉的通式，测试结果为，本发明实施例1制备得到的陶瓷粉的通式为0.25Li₂TiO₃-0.75ZnNb₂O₆。

实施例2

将189g的氧化锌、67g的碳酸锂、643g的五氧化二铌和80g的二氧化钛在25℃下进行12小时的球磨混合，得到混合物；

将所述混合物在120℃下烘干6小时，将烘干后的混合物在1300℃下进行4小时的煅烧，得到陶瓷粉。

将本发明实施例2制备得到的陶瓷粉分为两批，将第一批陶瓷粉进行3小时的球磨、烘干、过筛，得到粒度为30微米的陶瓷粉，所述烘干的温度为120℃；

将第二批陶瓷粉进行12小时的球磨、烘干、过筛，得到粒度为3微米的陶瓷粉，所述烘干的温度为120℃。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例2制备得到的陶瓷粉的通式，测试结果为，本发明实施例2制备得到的陶瓷粉的通式为0.3Li₂TiO₃-0.7ZnNb₂O₆。

实施例3

将162g的氧化锌、67g的碳酸锂、552g的五氧化二铌和80g的二氧化钛在25℃下进行12小时的球磨混合，得到混合物；

将所述混合物在110℃下烘干10小时，将烘干后的混合物在1250℃下进行4小时的煅烧，得到陶瓷粉。

将本发明实施例3制备得到的陶瓷粉分为两批，将第一批陶瓷粉进行3小时的球磨、烘干、过筛，得到粒度为30微米的陶瓷粉，所述烘干的温度为110℃；

将第二批陶瓷粉进行12小时的球磨、烘干、过筛，得到粒度为3微米的陶瓷粉，所述烘干的温度为110℃。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例3制备得到的陶瓷粉的通式，测试结果为，本发明实施例3制备得到的陶瓷粉的通式为0.33Li₂TiO₃-0.67ZnNb₂O₆。

实施例4

将132g的氧化锌、67g的碳酸锂、450g的五氧化二铌和80g的二氧化钛在25℃下进行12小时的球磨混合，得到混合物；

将所述混合物在100℃下烘干8小时，将烘干后的混合物在1240℃下进行4小时的煅烧，得到陶瓷粉。

将本发明实施例4制备得到的陶瓷粉分为两批，将第一批陶瓷粉进行3小时的球磨、烘干、过筛，得到粒度为30微米的陶瓷粉，所述烘干的温度为100℃；

将第二批陶瓷粉进行12小时的球磨、烘干、过筛，得到粒度为3微米的陶瓷粉，所述烘干的温度为100℃。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例4制备得到的陶瓷粉的通式，测试结果为，本发明实施例4制备得到的陶瓷粉的通式为0.38Li₂TiO₃-0.62ZnNb₂O₆。

实施例5

将121g的氧化锌、67g的碳酸锂、414g的五氧化二铌和80g的二氧化钛在25℃下进行12小时的球磨混合，得到混合物；

将所述混合物在120℃下烘干8小时，将烘干后的混合物在1200℃下进行4小时的煅烧，得到陶瓷粉。

将本发明实施例5制备得到的陶瓷粉分为两批，将第一批陶瓷粉进行3小时的球磨、烘干、过筛，得到粒度为30微米的陶瓷粉，所述烘干的温度为120℃；

将第二批陶瓷粉进行12小时的球磨、烘干、过筛，得到粒度为3微米的陶瓷粉，所述烘干的温度为120℃。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例5制备得到的陶瓷粉的通式，测试结果为，本发明实施例5制备得到的陶瓷粉的通式为0.4Li₂TiO₃-0.6ZnNb₂O₆。

本发明提供的陶瓷材料的介电常数为60～64，10GHz下的损耗为0.7×10^-3～0.9×10^-3，频率温度系数为-5ppm/℃～20ppm/℃，热导率为3.1W/mK～3.7W/mK。

实施例6

将200g实施例1制备得到的粒度为30微米的陶瓷粉、600g实施例1制备得到的粒度为3微粒的陶瓷粉和150g粒度为0.4μm的聚四氟乙烯粉混合，向得到的混合物中加入去离子水，在25℃下超声搅拌30min进行第一混合，得到第一混合物；

向所述第一混合物中加入10g的KH550硅烷偶联剂，在25℃下超声搅拌30min进行第二混合，得到第二混合物；

向所述第二混合物中加入170g的美国3M公司提供的BM3701型乳液，在25℃下超声搅拌30min进行第三混合，得到第三混合物；

向所述第三混合物中加入170g的无水乙醇搅拌，进行70分钟的第四混合，得到第四混合产物；

将所述第四混合产物在80℃烘干3小时，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料。

将本发明实施例6制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料上下两面覆铜，进行热压成型，得到基板，所述热压成型的压力为30MPa，所述热压成型的温度为350℃，所述热压成型的保温、保压时间为2小时。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例6制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数、10GHz下的损耗、品质因数、频率温度系数和热导率。测试结果为，本发明实施例6制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数为30，10GHz下的损耗为1×10^-3，品质因数为30000，频率温度系数为-55ppm/℃，热导率为1.7W/mK。

实施例7

将180g实施例2制备得到的粒度为30微米的陶瓷粉、540g实施例2制备得到的粒度为3微粒的陶瓷粉和200g粒度为0.8μm的聚四氟乙烯粉混合，向得到的混合物中加入去离子水，在25℃下超声搅拌30min进行第一混合，得到第一混合物；

向所述第一混合物中加入10g的KH550硅烷偶联剂，在25℃下超声搅拌30min进行第二混合，得到第二混合物；

向所述第二混合物中加入230g的美国3M公司提供的BM3701型乳液，在25℃下超声搅拌30min进行第三混合，得到第三混合物；

向所述第三混合物中加入230g的无水乙醇搅拌，进行110分钟的第四混合，得到第四混合产物；

将所述第四混合产物在100℃烘干4小时，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料。

将本发明实施例7制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料上下两面覆铜，进行热压成型，得到基板，所述热压成型的压力为30MPa，所述热压成型的温度为350℃，所述热压成型的保温、保压时间为2小时。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例7制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数、10GHz下的损耗、品质因数、频率温度系数和热导率。测试结果为，本发明实施例7制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数为29，10GHz下的损耗为1.3×10^-3，品质因数为22307，频率温度系数为-65ppm/℃，热导率为1.3W/mK。

实施例8

将175g实施例3制备得到的粒度为30微米的陶瓷粉、525g实施例3制备得到的粒度为3微粒的陶瓷粉和200g粒度为0.7μm的聚四氟乙烯粉混合，向得到的混合物中加入去离子水，在25℃下超声搅拌30min进行第一混合，得到第一混合物；

向所述第一混合物中加入10g的KH550硅烷偶联剂，在25℃下超声搅拌30min进行第二混合，得到第二混合物；

向所述第二混合物中加入330g的美国3M公司提供的BM3701型乳液，在25℃下超声搅拌30min进行第三混合，得到第三混合物；

向所述第三混合物中加入330g的无水乙醇搅拌，进行80分钟的第四混合，得到第四混合产物；

将所述第四混合产物在90℃烘干3.5小时，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料。

将本发明实施例8制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料上下两面覆铜，进行热压成型，得到基板，所述热压成型的压力为30MPa，所述热压成型的温度为350℃，所述热压成型的保温、保压时间为2小时。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例8制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数、10GHz下的损耗、品质因数、频率温度系数和热导率。测试结果为，本发明实施例8制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数为25，10GHz下的损耗为1.3×10^-3，品质因数为19230，频率温度系数为-90ppm/℃，热导率为1W/mK。

实施例9

将187.5g实施例4制备得到的粒度为30微米的陶瓷粉、562.5g实施例4制备得到的粒度为3微粒的陶瓷粉和180g粒度为0.5μm的聚四氟乙烯粉混合，向得到的混合物中加入去离子水，在25℃下超声搅拌30min进行第一混合，得到第一混合物；

向所述第一混合物中加入10g的KH550硅烷偶联剂，在25℃下超声搅拌30min进行第二混合，得到第二混合物；

向所述第二混合物中加入230g的美国3M公司提供的BM3701型乳液，在25℃下超声搅拌30min进行第三混合，得到第三混合物；

向所述第三混合物中加入230g的无水乙醇搅拌，进行90分钟的第四混合，得到第四混合产物；

将所述第四混合产物在85℃烘干4小时，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料。

将本发明实施例9制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料上下两面覆铜，进行热压成型，得到基板，所述热压成型的压力为30MPa，所述热压成型的温度为350℃，所述热压成型的保温、保压时间为2小时。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例9制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数、10GHz下的损耗、品质因数、频率温度系数和热导率。测试结果为，本发明实施例9制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数为23，10GHz下的损耗为1.4×10^-3，品质因数为16428，频率温度系数为-95ppm/℃，热导率为1.4W/mK。

实施例10

将197.5g实施例5制备得到的粒度为30微米的陶瓷粉、592.5g实施例5制备得到的粒度为3微粒的陶瓷粉和150g粒度为0.4μm的聚四氟乙烯粉混合，向得到的混合物中加入去离子水，在25℃下超声搅拌30min进行第一混合，得到第一混合物；

向所述第一混合物中加入10g的KH550硅烷偶联剂，在25℃下超声搅拌30min进行第二混合，得到第二混合物；

向所述第二混合物中加入2g的美国3M公司提供的BM3701型乳液，在25℃下超声搅拌30min进行第三混合，得到第三混合物；

向所述第三混合物中加入2g的无水乙醇搅拌，进行90分钟的第四混合，得到第四混合产物；

将所述第四混合产物在95℃烘干3小时，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料。

将本发明实施例10制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料上下两面覆铜，进行热压成型，得到基板，所述热压成型的压力为30MPa，所述热压成型的温度为350℃，所述热压成型的保温、保压时间为2小时。

按照上述技术方案所述的方法，测试本发明实施例10制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数、10GHz下的损耗、品质因数、频率温度系数和热导率。测试结果为，本发明实施例10制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的介电常数为28，10GHz下的损耗为1.2×10^-3，品质因数为23333，频率温度系数为-105ppm/℃，热导率为1.6W/mK。

由以上实施例可知，本发明提供了一种陶瓷材料，具有式I所示的通式。本发明提供的陶瓷材料具有较高的介电常数、较低的损耗、较低的频率温度系数和较高的热导率。

本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，由陶瓷粉和聚四氟乙烯制备得到，所述陶瓷粉具有式I所示的通式。本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，采用具有式I所示通式的陶瓷粉制备得到，由于具有式I所示通式的陶瓷粉具有较高的介电常数、较低的损耗、较低的频率温度系数和较高的热导率，使本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料也具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。

本发明提供了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制备方法，包括：在硅烷偶联剂的作用下，将陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂进行混合，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，所述破乳剂包括醇类化合物或醚类化合物；所述陶瓷粉具有式I所示的通式。本发明提供的方法制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较好，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。此外，本发明提供的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制备方法工艺简单、成本较低，可用于大规模生产。

本发明提供了一种基板，由上述技术方案所述的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到；或由上述技术方案所述方法制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到。本发明提供的基板具有较高的介电常数、较低的损耗，品质因数较高，而且具有较低的频率温度系数和较高的热导率。

Claims (10)

1.一种陶瓷材料，具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

2.一种陶瓷材料的制备方法，包括：

将氧化锌、碳酸锂、五氧化二铌和二氧化钛进行混合，得到混合物；

将所述混合物进行煅烧，得到陶瓷材料；所述陶瓷材料具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述煅烧的时间为2小时～6小时。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述煅烧的温度为1200℃～1300℃。

5.一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，由陶瓷粉和聚四氟乙烯制备得到，所述陶瓷粉具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

6.根据权利要求5所述的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷粉和聚四氟乙烯的质量比为(7～8):(3.3～5.3)。

7.一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制备方法，包括：

在硅烷偶联剂的作用下，将陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂进行混合，得到聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，所述破乳剂包括醇类化合物或醚类化合物；所述陶瓷粉具有式I所示的通式：

xLi₂TiO₃-(1-x)ZnNb₂O₆  式I；

式I中，0.25≤x≤0.4。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂、陶瓷粉、聚四氟乙烯和破乳剂的质量比为0.1:(7～8):(3.3～5.3):(1.7～3.3)。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述破乳剂为乙醇、***、聚氧乙烯十八醇醚或聚氧丙烯十八醇醚。

10.一种基板，由权利要求5或6所述的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到；或由权利要求7～9中任意一项所述方法制备得到的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料制备得到。