一種高介電常數(shù)復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新型復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高介電常數(shù)復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 高介電常數(shù)高分子復(fù)合材料的無(wú)機(jī)粒子主要分3類：陶瓷、碳類和金屬粒子。電介 質(zhì)是指在電場(chǎng)下能在電介質(zhì)材料內(nèi)部建立極化的一切物質(zhì)。功率器件是電能轉(zhuǎn)換中不可或 缺的部分，其性能直接影響到能量轉(zhuǎn)換的效率。雖然目前便攜式電子產(chǎn)品的功能日漸強(qiáng)大， 但越來(lái)越短的使用時(shí)間已經(jīng)成為一個(gè)重要的瓶頸。從1959年集成電路的發(fā)明到現(xiàn)在，半導(dǎo) 體工業(yè)的集成電路的集成度以每年25%~30%的速度增長(zhǎng)，在70年代和80年代，18個(gè)月就 可以達(dá)到翻倍。目前，最先進(jìn)的集成電路加工生產(chǎn)的集成電路的特征尺寸已經(jīng)為180nm，甚 至更低，為了維持現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)展的速度，必須進(jìn)一步發(fā)展半導(dǎo)體工業(yè)的器件模型、工藝 等制約因素。如今，隨著硅基半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展，器件的加工工藝不再可以簡(jiǎn)單地縮小 尺寸，且已經(jīng)到達(dá)了極限，因此，必須通過(guò)使用新的材料或提出新的器件模型來(lái)解決現(xiàn)存制 約發(fā)展的因素。
[0003] 復(fù)合材料是新型材料，因其多樣化的功能和出色的性能，在近30年來(lái)的航空、航 天、能源、交通、機(jī)械、建筑、化工、生物醫(yī)學(xué)和體育等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。從廣義上講，電介 質(zhì)不僅包括絕緣體，還包括能夠?qū)⒘?、熱、光、溫度、射線、化學(xué)及生物等非電量轉(zhuǎn)化為電信 息的各種功能材料，甚至還包括電解質(zhì)和金屬材料。電介質(zhì)的特征是以正、負(fù)電荷重心不重 合的電極化方式傳遞、存儲(chǔ)和記錄電的作用和影響。
[0004] 采用高介電常數(shù)材料可以實(shí)現(xiàn)等效厚度不變的條件下有效減少隧穿效應(yīng)和提高 刪介質(zhì)層承受的電場(chǎng)強(qiáng)度的方法。如今，高介電常數(shù)材料的研究已經(jīng)成為半導(dǎo)體行業(yè)最熱 門的研究課題之一。盡管復(fù)合材料的介電常數(shù)得到了一定的提高，但對(duì)于不同性質(zhì)的導(dǎo)電 或半導(dǎo)性填料而言，材料發(fā)生滲流效應(yīng)的臨界值有所不同，材料的介電常數(shù)也不同。導(dǎo)電或 半導(dǎo)性填料的電導(dǎo)率、形狀以及結(jié)構(gòu)等對(duì)復(fù)合材料的介電常數(shù)有重要的影響。要得到性能 優(yōu)異的電介質(zhì)復(fù)合材料，應(yīng)合理地選擇適當(dāng)?shù)木酆衔锘w、無(wú)機(jī)填料、復(fù)合材料的制備工藝 以及工藝的參數(shù)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種高介電常數(shù)復(fù)合材料，其具有高的介電常數(shù)，可作為電 子電容材料應(yīng)用。
[0006] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高介電常數(shù)復(fù)合材料，由樹(shù) 脂基復(fù)合體系熱壓后制成；所述樹(shù)脂基復(fù)合體系由以下質(zhì)量份的原料制備得到： 季戊四醇四丙烯酸酯 12~15份 填料 18~25份 酚氧樹(shù)脂 6~8份 聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂 6~8份 馬來(lái)酸酐 8~10份 八甲基環(huán)四硅氧烷 2~5份 異構(gòu)十三醇聚氧乙稀醚 4~6份 雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂單體 19~26份 乙二醇 4~7份 所述填料由質(zhì)量比1 : 〇. 05的活性填料與氫氧化鋁包覆的紅磷組成；所述活性填料 由以下方式制備，按重量份，將1份八水氯氧化鋯分散于去離子水中，然后加入〇. 6份六水 硝酸鎂，再加入氨水與氯化銨調(diào)節(jié)PH值為9. 5,攪拌得到凝膠；水洗凝膠至水洗廢液pH值 為7 ;然后將凝膠加入碳酸鈰懸浮水溶中，然后于120°C下水熱反應(yīng)3小時(shí)；然后過(guò)濾反應(yīng) 液，醇洗濾餅，烘干后于800°C煅燒3小時(shí)，自然冷卻后再于1050°C燒結(jié)35分鐘，得到活性 填料；所述八水氯氧化鋯、碳酸鈰的質(zhì)量比為1 : 0.3。
[0007]本發(fā)明中，所述填料的平均粒徑為130nm;所述酚氧樹(shù)脂的分子量為1. 2~1. 4 萬(wàn)；所述聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂的分子量為2. 1~2. 5萬(wàn)。
[0008] 本發(fā)明中，有機(jī)物體系為樹(shù)脂基復(fù)合體系的主要粘接成分，剛性的納米填料能均 勻地分散在樹(shù)脂中，提高其固化物的強(qiáng)度與耐電壓水平；特別的本發(fā)明避免了復(fù)合界面之 間出現(xiàn)孔洞，不會(huì)妨礙聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)的形成，保證固化復(fù)合板的強(qiáng)度。對(duì)有機(jī)無(wú)機(jī)介電材 料而言，無(wú)機(jī)粒子的分散對(duì)于獲得較高介電常數(shù)的復(fù)合材料是極其重要的；現(xiàn)有技術(shù)使用 分散劑處理無(wú)機(jī)粒子制備較高介電常數(shù)的復(fù)合材料，但是分散劑會(huì)降低體系的耐熱性以及 絕緣性、力學(xué)性，甚至?xí)绊懹袡C(jī)材料的固化，特別是需要固化良好的雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂； 本發(fā)明無(wú)需分散劑，通過(guò)配伍有機(jī)體系可以提高有機(jī)物和無(wú)機(jī)粒子間的相容性，有利于無(wú) 機(jī)粒子在聚合物基體中更好地均勻分散，從而提高復(fù)合物的介電常數(shù)。
[0009] 此外，本發(fā)明公開(kāi)的復(fù)合物中，反應(yīng)基團(tuán)含量高，黏度小，所以參與聚合反應(yīng)的轉(zhuǎn) 化率較高，固化后得到的是交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)由于填料以及小分子化合物的存在，分子 間鏈段的可旋轉(zhuǎn)性較好，產(chǎn)品機(jī)械性能好。
[0010] 本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述樹(shù)脂基復(fù)合體系由以下質(zhì)量份的原料制備得到： 季戊四醇四丙烯酸酯 12份 填料 20份 酚氧樹(shù)脂 6份 聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂 7份 馬來(lái)酸酐 8份 八甲基環(huán)四硅氧烷 4份 異構(gòu)十三醇聚氧乙稀醚 5份 雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂單體 22份 乙二醇 5份。 本發(fā)明中，將雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂單體、馬來(lái)酸酐混合均勻，于125°C反應(yīng)0.8小時(shí)得到 混合物；依次將八甲基環(huán)四硅氧烷、季戊四醇四丙烯酸酯加入混合物中，于120°C攪拌1. 2 小時(shí)；然后加入酚氧樹(shù)脂、異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚，于120°C攪拌2小時(shí)；冷卻得到樹(shù)脂混 合物；然后將樹(shù)脂混合物融入丙酮配置成樹(shù)脂溶液，將聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂融入NN，-二甲基 甲酰胺配置成酰胺溶液；然后混合樹(shù)脂溶液與酰胺溶液，于60°C攪拌0. 5小時(shí)，加入填料 與乙二醇，繼續(xù)攪拌0. 5小時(shí)；最后于真空烘箱蒸除溶劑得到樹(shù)脂基復(fù)合體系；再將樹(shù)脂 基復(fù)合體系置入105度預(yù)熱的模具中，熱壓即得到高介電常數(shù)復(fù)合材料。熱壓工藝為： lMPa/150°C/1. 5 小時(shí) +1. 5MPa/170°C/1 小時(shí) +3MPa/180°C/2 小時(shí) +3MPa/200°C/2 小時(shí)。
[0011] 本發(fā)明中，通過(guò)酸酐將雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂、酚氧樹(shù)脂與聚己內(nèi)酰胺樹(shù)脂組合使用， 能夠得到力學(xué)性能優(yōu)異、耐熱性能優(yōu)異的聚合物主體。通過(guò)加入乙二醇與異構(gòu)十三醇聚氧 乙烯醚，體系中填料的密度均勻，能得到良好的拌合性，變得容易制備成具有流動(dòng)性的糊劑 狀；有利于聚合體聚合。八甲基環(huán)四硅氧烷、季戊四醇四丙烯酸酯的加入增加體系固化過(guò)程 中的交聯(lián)點(diǎn)，得到互穿聚合物結(jié)構(gòu)，保證高介電常數(shù)復(fù)合材料的強(qiáng)度。
[0012] 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1.本發(fā)明利用的樹(shù)脂基復(fù)合體系組成合理，各組成分之間相容性好，由此制備得到了 高介電常數(shù)復(fù)合材料，具有良好的力學(xué)性、耐熱性能，特別具有優(yōu)異的耐電壓性能，滿足高 介電常數(shù)復(fù)合材料的發(fā)展應(yīng)用。
[0013] 2.本發(fā)明制備的樹(shù)脂基復(fù)合體系具有熱固化的特性，可以提供熱壓下可控的交聯(lián) 固化方式，在一定溫度下預(yù)聚后，有機(jī)聚合物之間進(jìn)行可控交聯(lián)固化形成力學(xué)性能和耐熱 優(yōu)異