CN111497097A - 可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料、制备方法及应用 - Google Patents

可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料的制备方法,包括:将聚四氟乙烯、激光活化物质、成炭促进剂和无机填料混合均匀,进入压片机压制成型,得到一定厚度的片材;然后将片材进行烧结,得到所述透波材料;最后通过激光活化工艺进行刻蚀和激活;之后进行化学镀,在刻蚀区形成导电通路,得到对应的电路元件。本发明得到的可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料,可以直接在透波材料表面进行任一电路纹路的加工,设计灵活性好,同时保留了PTFE材料的低介电损耗的优良性能,且同时具有良好的热性能,良好的耐环境性。

Description

可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料、制备方法及应用
技术领域
本发明属于复合材料以及通讯技术领域,具体涉及一种可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料、制备方法及应用。
背景技术
透波材料是电磁波通过时保持较高的透过率,且电磁波基本性质几乎不改变的材料。随着现代电子科技的快速发展以及雷达技术、宇航通信等领域中新需求的不断涌现,透波材料的应用愈来愈广泛,与新型高性能透波材料相关的研究开发无论在军事还是民用方面都具有非常重要的意义。
其中,聚四氟乙烯(PTFE)由于其优异的介电性能、耐高低温性、良好的非炭化烧蚀性、极好的耐化学腐蚀性、极小的吸水率等优异的综合性能,长期以来一直是开发高性能透波材料的理想基体,可用作各种飞机、导弹、宇宙飞船、卫星及地面站的天线罩和透波窗,以及高性能印刷电路板基材等。由于聚四氟乙烯树脂自身特殊的物理化学性能,PTFE在固体材料中具有最小的表面张力,不粘附任何物质,其作为基板材料时需要特殊的加工工艺,这在很大程度上限制了PTFE的应用。以高频微波印制板为例,在使用聚四氟乙烯覆铜板作为基板材料时,常见的问题是高频PCB 的成品率较低,成本相对较高;同时金属化孔与孔壁的结合力很差,制作成的多层线路板的可靠性不高,耐辐射性差,从而影响和限制了高频PCB特别是高密度、高精度、多层化PCB的应用领域和设计自由度,尤其限制了高频PCB在军用、航天等领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料的制备方法。
本发明同时提供了一种由上述方法制备得到的可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料、电路元件或者电器元件。本发明实现了对PTFE表面高密度、高精度、多层化和立体化的电路设计,并同时满足低介电损耗,良好的热性能,良好的耐环境性等使用要求。
本发明在PTFE的制备过程中,加入具有特定结构的金属氧化物、成炭促进剂和无机填料;进一步地,通过激光活化和化学镀在成型的PTFE 表面实现各种复杂的精细线路设计,并形成导电线路,可以制备出设定的电路元件。
具体地讲,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)将聚四氟乙烯、激光活化物质、成炭促进剂和无机填料混合均匀,进入压片机压制成型,得到一定厚度的片材;
(2)将片材进行烧结,得到所述可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料;
可选择的进入步骤(3):
(3)通过激光活化工艺对所述聚四氟乙烯透波材料表面进行激光镭射,形成刻蚀区并激活金属;之后进行化学镀,在刻蚀区形成导电通路,得到对应的电路元件。
作为一种实施方案,步骤(1)中,可以采用聚四氟乙烯粉末(PTFE 粉末作为基体材料),然后在PTFE粉末中以一定比例加入具有特定结构的金属氧化物、成炭促进剂和无机填料,将各组分混合均匀后进入压片机压制成型,进而得到一定厚度的片材。作为进一步优选,所述聚四氟乙烯粉末为100~1000微米的聚四氟乙烯。
作为一种实施方案,所述步骤(1)中,其原料百分比包括:
Figure BDA0002498588930000021
Figure BDA0002498588930000031
作为进一步优选,所述步骤(1)中,其原料百分比包括:
Figure BDA0002498588930000032
作为一种实施方案,步骤(1)中,压制条件为:预成型压力为15~35 兆帕,保压时间为3~20分钟。进一步优选为预成型压力为20~30兆帕,保压时间为3~10分钟。
作为一种实施方案,步骤(2)可在烧结炉完成成品的烧结。步骤(2) 中,烧结温度为370~380℃。作为进一步优选,以100~150℃/小时的升温速度预热,然后在370~380℃下进行烧结。烧结保温时间为2~5小时。
作为一种实施方案,所述激光活化物质包括金属氧化物、金属氧化物涂覆的填料、铜盐、金属氧化物尖晶石、有机金属复合物,或者它们的组合。例如,所述金属氧化物可以为锌的氧化物、铜的氧化物、钴的氧化物、镁的氧化物、锡的氧化物、钛的氧化物、铁的氧化物、铝的氧化物、镍的氧化物、锰的氧化物、铬的氧化物中的一种或至少两种的混合物。作为进一步优选,所述激光活化物质为铜铬氧化物、钛氧化物或其混合物。
作为一种实施方案,所述成炭促进剂包括热塑性酚醛树脂(PF-T)、聚苯硫醚(PPS)、聚亚苯基砜(PPSU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)、聚醚酰亚胺(PEI)、液晶聚合物(LCP)、高温尼龙(PPA)中的一种,或者它们的组合。作为进一步优选,所述成炭促进剂为聚醚醚酮、聚碳酸酯或其混合物;
作为一种实施方案,所述无机填料包含碳酸钙和硅酸盐类,诸如滑石,云母,硅灰石,硅酸盐球,硅酸铝,高岭土,玻璃纤维等。作为进一步优选,所述无机填料为碳酸钙。
一种可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料,由上述任一项技术方案所述的制备方法制备得到。进一步讲,由上述任一项技术方案所述的步骤(1)和步骤(2)得到。
一种电路元件,由上述任一项技术方案所述的制备方法制备得到。进一步讲,由上述任一项技术方案所述的步骤(1)~步骤(3)得到。
本发明得到的可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料,可以直接在透波材料表面进行任意电路纹路的加工,设计灵活性好,同时保留了PTFE 材料良好的耐环境性、低介电损耗等优良性能,且同时具有良好的热性能。
本发明的步骤(3)中进行激光活化工艺时,可以预先设计好加工路线,利用计算机控制的三维或二维运动机构实现激光器件的移动,进而实现高精度的自动加工。
同时,本发明的制备方法,对于曲面结构、不规则三维结构的电路元件也能快速精准的加工,可以根据实际需要,选择对应的压片机进行压制,利用激光活化工艺实现对任一图案的加工。
附图说明
图1为本实施例1加工得到的某一电路元件的结构示意图。
图2为本实施例2加工得到的某一电路元件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。以下实施例旨在向本领域中普通技术人员提供如何制造和评价在本文中公开的和要求保护的方法,装置和系统的完整公开和描述,为纯粹示例性,而非旨在限制本公开。
实施例1
总重量为2Kg,采用粒径为300微米的悬浮法聚四氟乙烯粉末(占总物料量的重量比为67%),加入10wt%的铜铬氧化物,3wt%的聚碳酸酯粉末,以及20wt%的碳酸钙粉末。将上述原料预混均匀后在25兆帕的预成型压力下保压5分钟。以120℃/小时的升温速度预热,在380℃进行烧结,保温时间为3小时;然后慢速降至120℃,作2小时的退火处理。
将制得的PTFE片材进行加工,得到特定的形状,然后在其表面进行激光镭射,形成刻蚀区并激活金属;之后进行化学镀,在刻蚀区形成导电通路,如图1所示。
在10GHz频率条件下对所得样品的介电性能进行测试,测得其介电常数为2.05,介电损耗为0.0032。
实施例2
总重量为2Kg,采用粒径为300微米的悬浮法聚四氟乙烯粉末(占总物料量的重量比为65%),加入8wt%的铜铬氧化物,2wt%的钛氧化物, 5wt%的聚醚醚酮粉末,以及20wt%的碳酸钙粉末。将上述原料预混均匀后在25兆帕的预成型压力下保压5分钟。以120℃/小时的升温速度预热,在380℃进行烧结,保温时间为3小时;然后慢速降至120℃,作2小时的退火处理。
将制得的PTFE片材进行加工,得到特定的形状,然后在其表面进行激光镭射,形成刻蚀区并激活金属;之后进行化学镀,在刻蚀区形成导电通路,如图2所示。
在10GHz频率条件下对所得样品的介电性能进行测试,测得其介电常数为2.17,介电损耗为0.0041。
从以上在高频条件下的介电性能测试结果看来,本发明的制备方法得到的产品很好地保持了PTFE低介电损耗的特性。

Claims (10)

1.一种可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将聚四氟乙烯、激光活化物质、成炭促进剂和无机填料混合均匀,进入压片机压制成型,得到一定厚度的片材;
(2)将片材进行烧结,得到所述可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料;
可选择的进入步骤(3):
(3)通过激光活化工艺对所述聚四氟乙烯透波材料表面进行激光镭射,形成刻蚀区并激活金属;之后进行化学镀,在刻蚀区形成导电通路,得到对应的电路元件。
2.根据权利要求1所述的可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,其原料百分比包括:
Figure FDA0002498588920000011
3.根据权利要求1所述的可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,压制条件为:预成型压力为15~35兆帕,保压时间为3~20分钟。
4.根据权利要求1所述的可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,烧结温度为370~380℃。
5.根据权利要求1所述的可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料的制备方法,其特征在于,所述激光活化物质包括金属氧化物、金属氧化物涂覆的填料、铜盐、金属氧化物尖晶石、有机金属复合物,或者它们的组合。
6.根据权利要求1所述的可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料的制备方法,其特征在于,所述成炭促进剂包括热塑性酚醛树脂、聚苯硫醚、聚亚苯基砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯醚、聚醚酰亚胺、液晶聚合物、高温尼龙中的一种,或者它们的组合。
7.根据权利要求1所述的可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料的制备方法,其特征在于,所述无机填料包含碳酸钙、硅酸盐或者它们的任意组合。
8.一种可表面直接金属化的聚四氟乙烯透波材料,其特征在于,由权利要求1~7任一项所述的制备方法制备得到。
9.一种电路元件,其特征在于,由权利要求1~7任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种电器元件,其特征在于,包括权利要求9所述的电路元件。
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