一種高介電常數復合材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于新型復合材料技術領域，具體涉及一種高介電常數復合材料。
【背景技術】
[0002] 高介電常數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 質是指在電場下能在電介質材料內部建立極化的一切物質。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品的功能日漸強大， 但越來越短的使用時間已經成為一個重要的瓶頸。從1959年集成電路的發明到現在，半導 體工業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的集成電路的特征尺寸已經為180nm，甚 至更低，為了維持現有的半導體發展的速度，必須進一步發展半導體工業的器件模型、工藝 等制約因素。如今，隨著硅基半導體工業的飛速發展，器件的加工工藝不再可以簡單地縮小 尺寸，且已經到達了極限，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存制 約發展的因素。
[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、生物醫學和體育等領域得到廣泛應用。從廣義上講，電介 質不僅包括絕緣體，還包括能夠將力、熱、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，甚至還包括電解質和金屬材料。電介質的特征是以正、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] 采用高介電常數材料可以實現等效厚度不變的條件下有效減少隧穿效應和提高 刪介質層承受的電場強度的方法。如今，高介電常數材料的研究已經成為半導體行業最熱 門的研究課題之一。盡管復合材料的介電常數得到了一定的提高，但對于不同性質的導電 或半導性填料而言，材料發生滲流效應的臨界值有所不同，材料的介電常數也不同。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有重要的影響。要得到性能 優異的電介質復合材料，應合理地選擇適當的聚合物基體、無機填料、復合材料的制備工藝 以及工藝的參數等。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種高介電常數復合材料，其具有高的介電常數，可作為電 子電容材料應用。
[0006] 為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種高介電常數復合材料，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 聚己內酰胺樹脂 6~8份 馬來酸酐 8~10份 八甲基環四硅氧烷 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節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、碳酸鈰的質量比為1 : 0.3。
[0007]本發明中，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；所述聚己內酰胺樹脂的分子量為2. 1~2. 5萬。
[0008] 本發明中，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；特別的本發明避免了復合界面之 間出現孔洞，不會妨礙聚合物互穿網絡的形成，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的復合材料是極其重要的；現有技術使用 分散劑處理無機粒子制備較高介電常數的復合材料，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。
[0009] 此外，本發明公開的復合物中，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聚合物網絡，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，產品機械性能好。
[0010] 本發明中，優選的，所述樹脂基復合體系由以下質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 聚己內酰胺樹脂 7份 馬來酸酐 8份 八甲基環四硅氧烷 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] 本發明中，通過酸酐將雙馬來酰亞胺樹脂、酚氧樹脂與聚己內酰胺樹脂組合使用， 能夠得到力學性能優異、耐熱性能優異的聚合物主體。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 中的交聯點，得到互穿聚合物結構，保證高介電常數復合材料的強度。
[0012] 由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點： 1.本發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 高介電常數復合材料，具有良好的力學性、耐熱性能，特別具有優異的耐電壓性能，滿足高 介電常數復合材料的發展應用。
[0013] 2.本發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 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固化形成力學性能和耐熱 優異