CN103359915B - 一种玻璃陶瓷的制备方法及制备的超材料基板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻璃陶瓷的制备方法，该方法包括将P2O5、SiO2、Al2O3、CaF2、Nd2O3混合制备成玻璃熔体；将所述玻璃熔体浇注成型得到原始玻璃；将所述原始玻璃进行核化和晶化处理得到玻璃陶瓷。本发明还公开了利用该玻璃陶瓷制备的超材料基板。本发明制备的磷酸盐玻璃陶瓷具有介电常数低、介质损耗小、热膨胀系数小、耐高温、导热性能优良等优点，并将玻璃陶瓷制备超材料基板，使得超材料基板能够在高温下使用。

Description

一种玻璃陶瓷的制备方法及制备的超材料基板
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域，更具体地说，涉及一种玻璃陶瓷的制备方法及利用玻璃陶瓷制备的超材料基板。
背景技术
磷酸盐玻璃陶瓷具有介电常数低、介质损耗小、热膨胀系数小、耐高温、导热性能优良等优点，且其强度可以一直维持在700℃的高温而不下降，是制备耐高温基板的理想材料。
超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构而非构成它们的材料，因此为设计和合成超材料，人们进行了很多研究工作。2000年，加州大学的Smith等人指出周期性排列的金属线和开环共振器(SRR)的复合结构可以实现介电常数ε和磁导率μ同时为负的双负材料，也称左手材料。超材料的应用领域非常广泛，可用于平板卫星天线。目前，主要是通过在印刷电路板(PCB)上制作微结构，但是，PCB板的使用温度较低，不能在高温下使用，所以采用PCB基板作为超材料基板的超材料不能在高温下使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有采用PCB基板作为超材料基板的超材料不能在高温下使用的缺陷，提供一种玻璃陶瓷的制备方法，采用该方法制备的玻璃陶瓷具有介电常数低、介质损耗小、热膨胀系数小、耐高温、导热性能优良等优点。
本发明还提供一种采用该玻璃陶瓷制备的超材料基板。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种玻璃陶瓷的制备方法，所述方法包括以下步骤：
a、将P2O5、SiO2、Al2O3、CaF2、Nd2O3混合制备成玻璃熔体；
b、将所述玻璃熔体浇注成型得到原始玻璃；
c、将所述原始玻璃进行核化和晶化处理得到玻璃陶瓷。
进一步地，基于P2O5、SiO2、Al2O3、CaF2、Nd2O3的总摩尔数，所述P2O5占40～50％、SiO2占15～25％、Al2O3占10～25％、CaF2占5～10％、Nd2O3占1％。
一种超材料基板，所述超材料基板包括玻璃陶瓷以及反射层，所述反射层位于所述玻璃陶瓷的表面。
进一步地，所述反射层材料为金属。
进一步地，所述金属包括铜、银以及铝。
进一步地，所述反射层是通过在所述玻璃陶瓷表面烧渗一层金属浆而成。
本发明一种玻璃陶瓷的制备方法，采用该方法制备的玻璃陶瓷具有介电常数低、介质损耗小、热膨胀系数小、耐高温、导热性能优良等优点，并将玻璃陶瓷制备超材料基板，使得超材料基板能够在高温下使用。
附图说明
图1是本发明一种玻璃陶瓷制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明一种玻璃陶瓷制备方法的工艺流程图。基于P2O5、SiO2、Al2O3、CaF2、Nd2O3的总摩尔数，按照以下配方：P2O5 40～50％、SiO2 15～25％、Al2O3 10～25％、CaF2 5～10％、Nd2O3 1％进行混合，加入乙醇进行球磨，烘干，并放入刚玉坩埚，在高温电炉中加热至1400～1600℃，并保温两小时，使玻璃熔体澄清均化；降低炉温至1200℃，将玻璃熔体浇注在铁模上成型；将成型后的玻璃迅速放入马弗炉内保温两小时，然后随炉冷却至室温，得到透明的原始玻璃；将原始玻璃在烧结炉内进行核化和晶化处理：490℃核化1～3h，550℃晶化3h，得到透明的磷酸盐玻璃陶瓷。
所得到的磷酸盐玻璃陶瓷具有介电常数低、介质损耗小、热膨胀系数小、耐高温、导热性能优良等优点。将玻璃陶瓷制备超材料基板，使得超材料基板能够在高温下使用。
该超材料基板包括玻璃陶瓷以及反射层，反射层位于所述玻璃陶瓷的表面，反射层材料为金属，通常选用铜、银或者铝。
本发明中，超材料基板是将玻璃陶瓷样品切割成所需的尺寸后，在样品的一个表面刷一层金属浆，并在红外炉中烘烤烧渗，烧渗最高温度：550℃；烧渗后的铜浆即为超材料基板的金属反射层，即超材料基板加工完成，该超材料基板能够在700℃以上使用。
实施例1
本发明玻璃陶瓷的制备方法如下：按以下摩尔百分比称取40％的P2O5、25SiO2、25％的Al2O3、9％的CaF2、1％的Nd2O3配料，将称量好的配料混合并加入乙醇，使用氧化铝球作为球磨子，在行星式球磨机中球磨4h后，再在80℃下干燥6h，将干燥后的粉料放入刚玉坩埚，并以5℃/min的速率升温至1500℃，并保温两小时得到玻璃熔体，使玻璃熔体澄清均化后，降低炉温至1200℃，将玻璃熔体浇注在铁模上成型，将成型后的玻璃迅速放入马弗炉内保温两小时，然后随炉冷却至室温，得到透明的原始玻璃；将原始玻璃在烧结炉内进行核化和晶化处理：490℃核化2h，550℃晶化3h，得到透明的磷酸盐玻璃陶瓷。
将玻璃陶瓷样品切割成所需的尺寸后，在产品的一个表面刷一层铜浆，并在红外炉中烘烤烧渗，烧渗最高温度：550℃；烧渗后的铜浆即为超材料基板的铜反射层，超材料天线基板加工完成。
本发明采用以上方法制备的玻璃陶瓷具有介电常数低、介质损耗小、热膨胀系数小、耐高温、导热性能优良等优点，并将玻璃陶瓷制备超材料基板，使得超材料基板能够在700℃使用。
实施例2
本发明玻璃陶瓷的制备方法如下：按以下摩尔百分比称取50％的P2O5、15SiO2、24％的Al2O3、10％的CaF2、1％的Nd2O3配料，将称量好的配料混合并加入乙醇，使用氧化铝球作为球磨子，在行星式球磨机中球磨4h后，再在80℃下干燥6h，将干燥后的粉料放入刚玉坩埚，并以5℃/min的速率升温至1400℃，并保温两小时得到玻璃熔体，使玻璃熔体澄清均化后，降低炉温至1150℃，将玻璃熔体浇注在铁模上成型，将成型后的玻璃迅速放入马弗炉内保温两小时，然后随炉冷却至室温，得到透明的原始玻璃；将原始玻璃在烧结炉内进行核化和晶化处理：490℃核化2h，550℃晶化3h，得到透明的磷酸盐玻璃陶瓷。
将玻璃陶瓷样品切割成所需的尺寸后，在产品的一个表面刷一层铜浆，并在红外炉中烘烤烧渗，烧渗最高温度：550℃；烧渗后的铜浆即为超材料基板的铜反射层，超材料天线基板加工完成。
本发明采用以上方法制备的玻璃陶瓷具有介电常数低、介质损耗小、热膨胀系数小、耐高温、导热性能优良等优点，并将玻璃陶瓷制备超材料基板，使得超材料基板能够在700℃左右使用。
实施例3
本发明玻璃陶瓷的制备方法如下：按以下摩尔百分比称取45％的P2O5、24SiO2、20％的Al2O3、10％的CaF2、1％的Nd2O3配料，将称量好的配料混合并加入乙醇，使用氧化铝球作为球磨子，在行星式球磨机中球磨4h后，再在80℃下干燥6h，将干燥后的粉料放入刚玉坩埚，并以5℃/min的速率升温至1600℃，并保温两小时得到玻璃熔体，使玻璃熔体澄清均化后，降低炉温至1250℃，将玻璃熔体浇注在铁模上成型，将成型后的玻璃迅速放入马弗炉内保温两小时，然后随炉冷却至室温，得到透明的原始玻璃；将原始玻璃在烧结炉内进行核化和晶化处理：490℃核化2h，550℃晶化3h，得到透明的磷酸盐玻璃陶瓷。
将玻璃陶瓷样品切割成所需的尺寸后，在产品的一个表面刷一层铜浆，并在红外炉中烘烤烧渗，烧渗最高温度：550℃；烧渗后的铜浆即为超材料基板的铜反射层，超材料天线基板加工完成。
本发明采用以上方法制备的玻璃陶瓷具有介电常数低、介质损耗小、热膨胀系数小、耐高温、导热性能优良等优点，并将玻璃陶瓷制备超材料基板，使得超材料基板能够在800℃左右使用。
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 (5)

1.一种玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a、将P2O5、SiO2、Al2O3、CaF2、Nd2O3混合制备成玻璃熔体，基于P2O5、SiO2、Al2O3、CaF2、Nd2O3的总摩尔数，所述P2O5占40～50％、SiO2占15～25％、Al2O3占10～25％、CaF2占5～10％、Nd2O3占1％；
b、将所述玻璃熔体浇注成型得到原始玻璃；
c、将所述原始玻璃进行核化和晶化处理得到玻璃陶瓷。
2.一种超材料基板，其特征在于，所述超材料基板包括由权利要求1所述方法制备的玻璃陶瓷以及反射层，所述反射层位于所述玻璃陶瓷的表面。
3.根据权利要求2所述的一种超材料基板，其特征在于，所述反射层材料为金属。
4.根据权利要求3所述的一种超材料基板，其特征在于，所述金属选用铜、银或者铝。
5.根据权利要求2至4任意一项所述的一种超材料基板，其特征在于，所述反射层是通过在所述玻璃陶瓷表面烧渗一层金属浆而成。
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