一種高介電常數(shù)復合材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于新型復合材料技術領域，具體涉及一種高介電常數(shù)復合材料。
【背景技術】
[0002] 高介電常數(shù)高分子復合材料的無機粒子主要分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)。功率器件是電能轉換中不可或 缺的部分，其性能直接影響到能量轉換的效率。雖然目前便攜式電子產(chǎn)品的功能日漸強大， 但越來越短的使用時間已經(jīng)成為一個重要的瓶頸。從1959年集成電路的發(fā)明到現(xiàn)在，半導 體工業(yè)的集成電路的集成度以每年25%~30%的速度增長，在70年代和80年代，18個月就 可以達到翻倍。目前，最先進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)有的半導體發(fā)展的速度，必須進一步發(fā)展半導體工業(yè)的器件模型、工藝 等制約因素。如今，隨著硅基半導體工業(yè)的飛速發(fā)展，器件的加工工藝不再可以簡單地縮小 尺寸，且已經(jīng)到達了極限，因此，必須通過使用新的材料或提出新的器件模型來解決現(xiàn)存制 約發(fā)展的因素。
[0003] 復合材料是新型材料，因其多樣化的功能和出色的性能，在近30年來的航空、航 天、能源、交通、機械、建筑、化工、生物醫(yī)學和體育等領域得到廣泛應用。從廣義上講，電介 質(zhì)不僅包括絕緣體，還包括能夠?qū)⒘Α?、光、溫度、射線、化學及生物等非電量轉化為電信 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、負電荷重心不重 合的電極化方式傳遞、存儲和記錄電的作用和影響。
[0004] 采用高介電常數(shù)材料可以實現(xiàn)等效厚度不變的條件下有效減少隧穿效應和提高 刪介質(zhì)層承受的電場強度的方法。如今，高介電常數(shù)材料的研究已經(jīng)成為半導體行業(yè)最熱 門的研究課題之一。盡管復合材料的介電常數(shù)得到了一定的提高，但對于不同性質(zhì)的導電 或半導性填料而言，材料發(fā)生滲流效應的臨界值有所不同，材料的介電常數(shù)也不同。導電或 半導性填料的電導率、形狀以及結構等對復合材料的介電常數(shù)有重要的影響。要得到性能 優(yōu)異的電介質(zhì)復合材料，應合理地選擇適當?shù)木酆衔锘w、無機填料、復合材料的制備工藝 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)復合材料，其具有高的介電常數(shù)，可作為電 子電容材料應用。
[0006] 為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種高介電常數(shù)復合材料，由樹 脂基復合體系熱壓后制成；所述樹脂基復合體系由以下質(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 酚氧樹脂 6~8份 聚己內(nèi)酰胺樹脂 6~8份 馬來酸酐 8~10份 八甲基環(huán)四硅氧烷 2~5份 異構十三醇聚氧乙稀醚 4~6份 雙馬來酰亞胺樹脂單體 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3小時；然后過濾反應 液，醇洗濾餅，烘干后于800°C煅燒3小時，自然冷卻后再于1050°C燒結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;所述酚氧樹脂的分子量為1. 2~1. 4 萬；所述聚己內(nèi)酰胺樹脂的分子量為2. 1~2. 5萬。
[0008] 本發(fā)明中，有機物體系為樹脂基復合體系的主要粘接成分，剛性的納米填料能均 勻地分散在樹脂中，提高其固化物的強度與耐電壓水平；特別的本發(fā)明避免了復合界面之 間出現(xiàn)孔洞，不會妨礙聚合物互穿網(wǎng)絡的形成，保證固化復合板的強度。對有機無機介電材 料而言，無機粒子的分散對于獲得較高介電常數(shù)的復合材料是極其重要的；現(xiàn)有技術使用 分散劑處理無機粒子制備較高介電常數(shù)的復合材料，但是分散劑會降低體系的耐熱性以及 絕緣性、力學性，甚至會影響有機材料的固化，特別是需要固化良好的雙馬來酰亞胺樹脂； 本發(fā)明無需分散劑，通過配伍有機體系可以提高有機物和無機粒子間的相容性，有利于無 機粒子在聚合物基體中更好地均勻分散，從而提高復合物的介電常數(shù)。
[0009] 此外，本發(fā)明公開的復合物中，反應基團含量高，黏度小，所以參與聚合反應的轉 化率較高，固化后得到的是交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡，同時由于填料以及小分子化合物的存在，分子 間鏈段的可旋轉性較好，產(chǎn)品機械性能好。
[0010] 本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述樹脂基復合體系由以下質(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 酚氧樹脂 6份 聚己內(nèi)酰胺樹脂 7份 馬來酸酐 8份 八甲基環(huán)四硅氧烷 4份 異構十三醇聚氧乙稀醚 5份 雙馬來酰亞胺樹脂單體 22份 乙二醇 5份。 本發(fā)明中，將雙馬來酰亞胺樹脂單體、馬來酸酐混合均勻，于125°C反應0.8小時得到 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；然后加入酚氧樹脂、異構十三醇聚氧乙烯醚，于120°C攪拌2小時；冷卻得到樹脂混 合物；然后將樹脂混合物融入丙酮配置成樹脂溶液，將聚己內(nèi)酰胺樹脂融入NN，-二甲基 甲酰胺配置成酰胺溶液；然后混合樹脂溶液與酰胺溶液，于60°C攪拌0. 5小時，加入填料 與乙二醇，繼續(xù)攪拌0. 5小時；最后于真空烘箱蒸除溶劑得到樹脂基復合體系；再將樹脂 基復合體系置入105度預熱的模具中，熱壓即得到高介電常數(shù)復合材料。熱壓工藝為： lMPa/150°C/1. 5 小時 +1. 5MPa/170°C/1 小時 +3MPa/180°C/2 小時 +3MPa/200°C/2 小時。
[0011] 本發(fā)明中，通過酸酐將雙馬來酰亞胺樹脂、酚氧樹脂與聚己內(nèi)酰胺樹脂組合使用， 能夠得到力學性能優(yōu)異、耐熱性能優(yōu)異的聚合物主體。通過加入乙二醇與異構十三醇聚氧 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程 中的交聯(lián)點，得到互穿聚合物結構，保證高介電常數(shù)復合材料的強度。
[0012] 由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點： 1.本發(fā)明利用的樹脂基復合體系組成合理，各組成分之間相容性好，由此制備得到了 高介電常數(shù)復合材料，具有良好的力學性、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)復合材料的發(fā)展應用。
[0013] 2.本發(fā)明制備的樹脂基復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，在一定溫度下預聚后，有機聚合物之間進行可控交聯(lián)固化形成力學性能和耐熱 優(yōu)異