CN102886946B - 一种非均匀材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非均匀材料的制备方法，包括以下步骤：S1、配制介电常数不同的液态的至少两种基材，基材的熔点或玻璃态转化点高于室温；S2、将液态的第一种基材注入模具型腔中；S3、在所述第一种基材基本固化而未完全固化的时候在其表面上注入液态的第二种基材，使得第二种基材的底面与所述第一种基材的表面融合为一体；S4、所述多种液态基材层冷却固化成一体，得到非均匀材料。本发明还涉及一种该方法制得的非均匀材料。采用本发明的方法及材料，其介电常数分布非均匀且分层，而材料整体结构不分层，具有结构稳定、制造简单、介电常数分布非均匀的特点。

Description

一种非均匀材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及非均匀材料，更具体地说，涉及一种介电常数非均匀的非均匀材料及其制备方法。
背景技术
材料对电磁场的响应特征有两个参数来表示，一个是介电常数，一个是磁导率。介电常数用来表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要参数，是指同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值，表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。介电常数越小，电绝缘性越好。因此，在电磁应用领域，经常要用到具有特定介电常数值或介电常数分布的材料，来实现不同的功能，
自然界中的材料，其介电常数是一个随频率变化而变化的曲线，不过在一定条件范围内，可以认为其具有恒定的介电常数值。当需要用到介电常数分布不均匀的材料时，通常将多种具有各种介电常数值的材料叠加到一起，通过机械封装或通过粘合剂粘接成一块材料。这样制得的材料，由于各自仍然是独立分层的个体，结构上不稳固，容易受冲击或加工不准确时出现分离，从而改变介电常数分布，最终影响到实际应用效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种结构牢固、介电常数分层明晰的非均匀材料及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种非均匀材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制介电常数不同的液态的至少两种基材，基材的熔点或玻璃态转化点高于室温；
S2、将液态的第一种基材注入模具型腔中；
S3、在所述第一种基材基本固化而未完全固化的时候在其表面上注入液态的第二种基材，使得第二种基材的底面与所述第一种基材的表面融合为一体；
S4、所述多种液态基材层冷却固化成一体，得到非均匀材料。
在本发明所述的制备方法中，所述基材有多种，在每一种被浇入模具型腔中的基材基本固化而未完全固化的时候，在其表面上注入另一种液态的基材，使得二者的表面融合为一体。
在本发明所述的制备方法中，所述基材为高分子聚合物或者高分子聚合物和介质颗粒的混合物。
在本发明所述的制备方法中，所述高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯，所述介质颗粒的材料为金属颗粒、与基材不同的高分子聚合物颗粒或陶瓷颗粒。
在本发明所述的制备方法中，所述多种基材均为同一种高分子聚合物和介质颗粒的混合物，不同基材的介质颗粒的体积分数不同。
在本发明所述的制备方法中，所述多种基材均为聚四氟乙烯和金属介质颗粒的混合物。
在本发明所述的制备方法中，所述非均匀材料自第一种基材至最后一种基材其密度逐渐减小。
在本发明所述的制备方法中，所述非均匀材料自第一种基材至最后一种基材其熔点或玻璃态转化点逐渐降低。
本发明还涉及一种利用上述制备方法制得的非均匀材料，其包括多层介电常数不同的基材，相邻两层基材的表面相互融合为一体。
在本发明所述的非均匀材料中，所述基材为高分子聚合物或者高分子聚合物和介质颗粒的混合物。
采用本发明的非均匀材料及其制备方法，具有以下有益效果：本发明的非均匀材料，介电常数分层，而结构不分层，具有结构稳固、制造简便、便于设计和加工的优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本的非均匀材料的制备方法的流程框图；
图2是进行步骤S1时的基材和模具示意图；
图3是进行步骤S2时模具型腔中已有第一种基材的示意图；
图4是进行步骤S3时模具型腔中有第一、第二两种基材的示意图；
图5是进行步骤S3后模具型腔中形成三层基材的示意图；
图6是由上述步骤制得的非均匀材料的结构示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种非均匀材料及其制备方法，这里的非均匀，主要是指材料各部分的介电常数值不相等，即其介电常数分布非均匀。通常不同的材料会有各自特有的介电常数值，但是其介电常数值是均匀分布的，要使得一块材料自身的介电常数非均匀，需要特定的制备方法。
本发明的非均匀材料的制备方法如图1所示，包括以下步骤：
S1、配制介电常数不同的液态的至少两种基材，基材的熔点或玻璃态转化点高于室温；
S2、将液态的第一种基材注入模具型腔中；
S3、在所述第一种基材基本固化而未完全固化的时候在其表面上注入液态的第二种基材，使得第二种基材的底面与所述第一种基材的表面融合为一体；
S4、所述多种液态基材层冷却固化成一体，得到非均匀材料。
在所述步骤S1中，如图2所示，多种基材为高分子聚合物，或者是高分子聚合物和介质颗粒的混合物。例如，共配制三种基材，分别是聚乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯，它们均是高分子聚合物。或者，这三种基材均是高分子聚合物和介质颗粒的混合物，且高分子聚合物均为聚四氟乙烯，介质颗粒均为金属颗粒例如铜颗粒，但是介质颗粒在三种基材中的体积分数不同，使得三种基材的密度不同，介电常数值也不同。当然，三种基材的高分子聚合物可以采用不同种类的高分子聚合物，所含的介质颗粒也可以不同，例如为金属颗粒、与基材不同的高分子聚合物颗粒或者陶瓷颗粒，只要使得基材固化后的介电常数值不相等即可。
本发明中，三种基材均为同一种高分子聚合物和介质颗粒的混合物，高分子聚合物为聚四氟乙烯，介质颗粒为金属铜，粒度为100～200目，第一种至第三种基材的介质颗粒的体积分数分别为15％、10％和5％。
步骤S1中，将各个基材熔化为液态。在步骤S2中，如图3所示，将液态的基材倒入模具型腔1中。
模具型腔1可以为立方体形，如图2、图3所示，也可以是其他任意需要的形状，例如球形、圆柱形或其他不规则形状，根据最终非均匀材料的形状而定。
先将密度最大的第一种基材2倒入型腔中，然后如图1所示，在步骤S3中，在第一种基材2基本固化而未完全固化的时候在其表面注入液态的第二种基材3。这里的基本固化而未完全固化，是指液态的第一种基材2的温度自熔点降至熔点的80％之间，或者降至结晶温度附近，例如本实施例的基材为聚四氟乙烯，其温度达到聚合反应温度但聚合反应并不完全时的状态，即为此时的基本固化而未完全固化。此时第一基材将要凝固或结晶但未完全凝固或结晶，因此并没有达到其在固态时的硬度，表面仍然处于熔融、粘稠状态，表面张力很大。
此时，在第一基材表面上注入液态的第二种基材3，此时温度高的第二种基材3与第一种基材2的表面融合为一体。则第一、第二种基材形成二层介电常数不同的非均匀材料。
同样，在步骤S3中，如图4、图5所示，在第二种液态基材基本固化而完全固化的时候，在其表面注入第三种液态基材4。
当本发明的非均匀材料有多层时，还可以继续重复步骤S2、S3，即浇入前一种基材，并在前一种基材基本固化而未完全固化的时候浇入后一种基材，使得二者的接触表面融合到一起。多种基材依次一层层地注入模具型腔1中，则各层的接触面相互融合到一起。
最后，步骤S4中，这些层基材冷却后就会固化成一体，如图6所示，得到非均匀材料。
为了便于制造，本发明的非均匀材料自第一种基材2至最后一种基材其密度逐渐增大，使得在浇注时后一层液态基材的密度小于前一层，从而浮在前一种基材上表面上，不会渗入到前一层基材里。同时，为了使后一种液态基材在浇到前一层基材表面上时不会使前一种基材熔化，因此非均匀材料的基材自第一种基材2至最后一种基材，其熔点或玻璃态转化点逐渐降低，使得液态基材浇到前一种基材上时不至于使前一种基材熔化。
各层基材逐一凝固并相互结合最终得到一个整体的非均匀材料，其每层基材的介电常数都不同，通过选择和设计，可以使介电常数满足一定的分布规律，例如自第一层至最后一层基材其介电常数逐渐增大或者减小。采用这样的非均匀材料，虽然其介电常数分层，但材料各层之间界面融合，因此结构上并未分层，可以用在对强度要求高且介电常数非均匀的场合。同时，由于直接得到一块非均匀材料，而不需将多块不同介电常数的基材封装或粘合才能成为一体，减少了加工和制造程序，能够降低成本。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种非均匀材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配制介电常数不同的液态的至少两种基材，基材的熔点或玻璃态转化点高于室温，所述非均匀材料自第一种基材至最后一种基材其熔点或玻璃态转化点逐渐降低，使得液态基材浇到前一种基材上时不至于使前一种基材熔化；
S2、将液态的第一种基材注入模具型腔中；
S3、在所述第一种基材基本固化而未完全固化的时候在其表面上注入液态的第二种基材，使得第二种基材的底面与所述第一种基材的表面融合为一体；
S4、所述多种液态基材层冷却固化成一体，得到非均匀材料，所述非均匀材料的介电常数分层，各层之间界面融合而结构不分层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基材有多种，在每一种被浇入模具型腔中的基材基本固化而未完全固化的时候，在其表面上注入另一种液态的基材，使得二者的表面融合为一体。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基材为高分子聚合物或者高分子聚合物和介质颗粒的混合物。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯，所述介质颗粒的材料为金属颗粒、与基材不同的高分子聚合物颗粒或陶瓷颗粒。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述多种基材均为同一种高分子聚合物和介质颗粒的混合物，不同基材的介质颗粒的体积分数不同。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述多种基材均为聚四氟乙烯和金属颗粒的混合物。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非均匀材料自第一种基材至最后一种基材其密度逐渐减小。
8.一种非均匀材料，其特征在于，包括多层介电常数不同的基材，相邻两层基材的表面相互融合为一体，所述非均匀材料的介电常数分层，各层之间界面融合而结构不分层，多层所述基材的熔点或玻璃态转化点依次逐渐降低。
9.根据权利要求8所述的非均匀材料，其特征在于，所述基材为高分子聚合物或者高分子聚合物和介质颗粒的混合物。
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