CN112321864A - 一种导热吸波片、其制备方法与使用方法 - Google Patents

一种导热吸波片、其制备方法与使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种导热吸波片、其制备方法与使用方法。该导热吸波片包括吸波材料与导热材料，在吸波片厚度方向，吸波材料的含量呈正梯度分布，导热材料的含量呈负梯度分布，使用时将该吸波片中吸波材料含量高的一面面向波源，导热材料含量高的另一面与基体相连，有利于调节吸波片的电磁参数，提高吸波片的介电性能，并且增强低频吸波性能，同时能够有效提高导热能力，避免造成积热现象。

Description

一种导热吸波片、其制备方法与使用方法
技术领域
本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种导热吸波片、其制备方法与使用方法。
背景技术
具有吸收电磁波性能的吸波材料在电子、抗电磁干扰、电磁屏蔽、雷达屏蔽等器件中的应用需求日益增加。例如，随着科技的进步，GHz以上无线通讯及高频电路等带来的电磁波干扰问题逐渐成为焦点；在军事上，由于雷达系统的迅猛发展，隐身技术也成为了战略制高点。另外，基于电子产品向小型化、高度集成化转变，相应的要求吸波材料向“薄、轻、宽、强”发展，因此，吸波片被广泛应用。
现有的吸波片存在如下问题：
(1)介电常数较低；对于高磁导率、低介电常数的吸波材料，吸波体与自由空间之间难以实现阻抗匹配，限制了材料性能的发挥。
(2)吸波体在消耗电磁波的同时会产热，导热性能也是考察吸波材料的一项重要指标。对于吸波片，面向波源的一面通常与自由空间直接接触，表面热量容易散发；而背向波源的一面通常与金属背板、设备基体等相连，容易造成积热现象。
发明内容
针对上述技术现状，本发明旨在提供一种导热吸波片，其兼具优异的吸波性能与导热性能。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种导热吸波片，其组成材料包括吸波材料与导热材料，其特征是：在吸波片厚度方向，吸波材料的含量呈正梯度分布(即，沿着吸波片厚度并且指向吸波片一面的方向，吸波材料的含量逐渐增大)，导热材料的含量呈负梯度分布(即，沿着吸波片厚度并且指向吸波片另一面的方向，导热材料的含量逐渐增大)。
所述吸波材料不限，包括铁氧体、金属、金属与非金属的化合物等中的一种或者几种。所述吸波材料形貌不限，包括颗粒状、片状、针状、多孔状等。所述吸波材料尺寸不限，优选在0.1～100μm范围。
所述导热材料具有介电性能，其材料不限，包括碳、氧化铝、氮化铝、金属、氮化硼、碳化硅等中的一种或者几种。
作为优选，所述导热材料与吸波材料的质量比为1:99-20:80，进一步优选为5:95-15:85。
作为优选，所述吸波片的组成材料还包括高分子材料，包括聚丙烯酸脂、聚烯烃、环氧树脂、氟树脂、硅橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、聚苯乙烯、EVA、聚氨酯中的一种或者几种。作为进一步优选，所述吸波片的组成材料还包括消泡剂、润湿剂、防沉剂等中的一种或者几种。作为进一步优选，所述高分子材料与吸波材料的质量比为1:9-5:5，进一步优选为2:8-4:6。
本发明还提供一种导热吸波片的制备方法，所述吸波片的组成材料包括磁性吸波材料、导热材料与高分子材料，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将吸波材料、导热材料与流体状高分子材料混合均匀，得到浆料；
(2)将浆料形成片状坯体，对所述坯体施加磁场，磁场方向平行于坯体的厚度方向；
该步骤中，在磁场作用下所述磁性吸波材料颗粒沿着磁场方向移动，沿着坯体的厚度并且指向坯体一面的方向，吸波材料的含量逐渐增大，形成正梯度分布；相反，所述导热材料颗粒由于磁性吸波材料颗粒的移动，其空间被挤占，沿着坯体厚度并且指向坯体另一面的方向，导热材料的含量逐渐增大，形成负梯度分布；
(3)固化高分子材料，得到片状吸波片。
所述磁性吸波材料不限，包括铁氧体、金属、金属与非金属的化合物等中的一种或者几种。所述磁性吸波材料形貌不限，包括颗粒状、片状、针状、多孔状等。所述吸波材料尺寸不限，优选在0.1～100μm范围。
所述导热材料具有介电性能，其材料不限，包括碳、氧化铝、氮化铝、金属、氮化硼、碳化硅等中的一种或者几种。
作为优选，所述导热材料与吸波材料的质量比为1:99-20:80，进一步优选为5:95-15:85。
所述高分子材料不限，包括聚丙烯酸脂、聚烯烃、环氧树脂、氟树脂、硅橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、聚苯乙烯、EVA、聚氨酯中的一种或者几种。
作为优选，所述高分子材料与吸波材料的质量比为1:9-5:5，进一步优选为2:8-4:6。
所述磁场不限，可以是恒磁场或脉冲磁场。
所述磁场强度优选为0.1T～2T，施加磁场的时间优选为0.5～5min。
作为一种实现方式，步骤(3)中的固化采用室温固化或者在200℃以内的加热固化。
所述步骤(2)中，浆料形成片状坯体的方法不限，包括灌注、流延、压延等中的一种或者几种。
作为优选，所述步骤(1)中，浆料中还包括消泡剂、润湿剂、防沉剂等中的一种或者几种。
与现有技术相比，本发明在包括吸波材料与导热材料的吸波片中，在吸波片的厚度方向，将吸波材料与导热材料设计为正梯度分布与负梯度分布，即，吸波片材料富集在吸波片的一侧，而导热材料富集在吸波片的另一侧，具有如下有益效果：
(1)该结构有利于调节吸波片的电磁参数，与在吸波片的厚度方向，吸波材料与导热材料均匀分布相比，提高了介电性能，并且增强了低频吸波性能。
(2)将本发明的吸波片富集导热材料的一面与基体相连，能够有效提高导热能力，避免造成积热现象。
附图说明
图1是对比实施例1、对比实施例2中导热吸波片的结构示意图。
图2是实施例1、实施例2中导热吸波片的结构示意图。
图3是对比实施例1中磁性吸波粉末在流延片中的分布图。
图4是实施例1中磁性吸波粉末在流延片中靠近磁场一面的分布图。
图5是对比实施例1的电磁特性图。
图6是实施例1的电磁特性图。
图7是对比实施例1的吸波特性图。
图8是实施例1的吸波特性图。
图9是对比实施例2中磁性吸波粉末在流延片中的分布图。
图10是实施例2中磁性吸波粉末在流延片中靠近磁场一面的分布图。
图11是对比实施例2的电磁特性图。
图12是实施例2的电磁特性图。
图13是对比实施例2的吸波特性图。
图14是实施例2的吸波特性图。
图1、2中的附图标记：吸波材料1、导热材料2。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
对比实施例1:
本实施例中，如图1所示，导热吸波片的组成材料包括吸波材料1与导热材料2，在吸波片厚度方向，吸波材料1与导热材料2基本呈均匀分布。
本实施例中，吸波材料1为Y2Co17，导热材料2为石墨。
该吸波片的制备方法包括如下步骤：
(1)将Y2Co17粉末颗粒、石墨颗粒、流体状硅橡胶、消泡剂、润湿剂与防沉剂混合均匀，得到浆料；Y2Co17粉末颗粒的平均粒径为2μm，石墨颗粒平均粒径为0.2μm；
其中，Y2Co17粉末颗粒与石墨颗粒为主成分；硅橡胶、消泡剂、润湿剂与防沉剂为副成分；主成分中，按质量百分含量计，Y2Co17粉末颗粒占95％，石墨颗粒占5％；副成分中，按质量百分含量计，硅橡胶占97％，消泡剂占1％消泡剂，润湿剂占1％，防沉剂占1％。主成分与副成分按质量比8:2混合均匀；
(2)将浆料流延在第一PET膜上形成流延片，流延片与第一PET膜接触的一面称为流延片的A面，另一面称为流延片的B面，然后将第二PET膜覆盖在流延片B面；
(3)将流延片置于120℃环境中，保温20min，使硅橡胶固化，从而制得吸波片。
实施例1：
本实施例中，如图2所示，导热吸波片的组成材料包括吸波材料1与导热材料2，在吸波片厚度方向，吸波材料1的含量呈正梯度分布，即，沿着吸波片厚度并且指向吸波片A面的方向，吸波材料的含量逐渐增大，导热材料的含量呈负梯度分布，即，沿着吸波片厚度并且指向吸波片B面的方向，导热材料的含量逐渐增大。
本实施例中，与对比实施例1相同，吸波材料1也为Y2Co17，导热材料2也为石墨。
该吸波片的制备方法包括如下步骤：
(1)将Y2Co17粉末颗粒、石墨颗粒、流体状硅橡胶、消泡剂、润湿剂与防沉剂混合均匀，得到浆料；Y2Co17粉末颗粒的平均粒径为2μm，石墨颗粒平均粒径为0.2μm；
其中，Y2Co17粉末颗粒与石墨颗粒为主成分；硅橡胶、消泡剂、润湿剂与防沉剂为副成分；主成分中，按质量百分含量计，Y2Co17粉末颗粒占95％，石墨颗粒占5％；副成分中，按质量百分含量计，硅橡胶占97％，消泡剂占1％消泡剂，润湿剂占1％，防沉剂占1％。主成分与副成分按质量比8:2混合均匀；
(2)将浆料流延在第一PET膜上形成流延片，流延片与第一PET膜接触的一面称为流延片的A面，另一面称为流延片的B面，然后将第二PET膜覆盖在流延片B面；对该流延片施加磁场大小为0.5T的恒定磁场，磁场方向平行于该流延片厚度方向并且指向流延片A面，磁场施加时间为1min；
(3)将流延片置于120℃环境中，保温20min，使硅橡胶固化，从而制得吸波片。
图3是对比实施例1中吸波粉末在吸波片A面的分布图，图4是实施例1中吸波粉末在吸波片A面的分布图。从图3、图4对比可看出，与对比实施例1相比，实施例1中经过施加磁场后吸波粉末在A面的浓度增大。
对比实施例1与实施例1中制得吸波片的电磁特性分别如图5、6所示，与对比实施例1相比，实施例1中的吸波片提高了介电性能。
使用时，将对比实施例1与实施例1中制得吸波片的A面面向波源，B面与基体相连。对比实施例1与实施例1中制得吸波片的吸波特性分别如图7、8所示，可以看出，与对比实施例1相比，实施例1中的吸波片提高了低频吸波性能，最佳匹配频率由6.10GHz降低为4.42GHz。对比吸波片的导热率，得到对比实施例1中制得的吸波片的导热率为0.73W/m·K，而实施例1中制得的吸波片的导热率为1.03W/m·K。
对比实施例2:
本实施例中，如图1所示，导热吸波片的组成材料包括吸波材料1与导热材料2，在吸波片厚度方向，吸波材料1与导热材料2基本呈均匀分布。
本实施例中，吸波材料1为Y2Co17，导热材料2为石墨。
该吸波片的制备方法包括如下步骤：
(1)将Y2Co17粉末颗粒、石墨颗粒、流体状硅橡胶、消泡剂、润湿剂与防沉剂混合均匀，得到浆料；
其中，Y2Co17粉末颗粒与石墨颗粒为主成分；硅橡胶、消泡剂、润湿剂与防沉剂为副成分；主成分中，按质量百分含量计，Y2Co17粉末颗粒占85％，石墨颗粒占15％；副成分中，按质量百分含量计，硅橡胶占97％，消泡剂占1％消泡剂，润湿剂占1％，防沉剂占1％。主成分与副成分按质量比8:2混合均匀；
(2)将浆料流延在第一PET膜上形成流延片，流延片与第一PET膜接触的一面称为流延片的A面，另一面称为流延片的B面，然后将第二PET膜覆盖在流延片B面；
(3)将流延片置于120℃环境中，保温20min，使硅橡胶固化，从而制得吸波片。
实施例2：
本实施例中，如图2所示，导热吸波片的组成材料包括吸波材料1与导热材料2，在吸波片厚度方向，吸波材料1的含量呈正梯度分布，即，沿着吸波片厚度并且指向吸波片A面的方向，吸波材料的含量逐渐增大，导热材料的含量呈负梯度分布，即，沿着吸波片厚度并且指向吸波片B面的方向，吸波材料的含量逐渐增大。
本实施例中，与对比实施例2相同，吸波材料1也为Y2Co17，导热材料2也为石墨。
该吸波片的制备方法包括如下步骤：
(1)将Y2Co17粉末颗粒、石墨颗粒、流体状硅橡胶、消泡剂、润湿剂与防沉剂混合均匀，得到浆料；
其中，Y2Co17粉末颗粒与石墨颗粒为主成分；硅橡胶、消泡剂、润湿剂与防沉剂为副成分；主成分中，按质量百分含量计，Y2Co17粉末颗粒占85％，石墨颗粒占15％；副成分中，按质量百分含量计，硅橡胶占97％，消泡剂占1％消泡剂，润湿剂占1％，防沉剂占1％。主成分与副成分按质量比8:2混合均匀；
(2)将浆料流延在第一PET膜上形成流延片，流延片与第一PET膜接触的一面称为流延片的A面，另一面称为流延片的B面，然后将第二PET膜覆盖在流延片B面；对该流延片施加磁场大小为0.5T的恒定磁场，磁场方向平行于该流延片厚度方向并且指向流延片A面，磁场施加时间为1min；
(3)将流延片置于120℃环境中，保温20min，使硅橡胶固化，从而制得吸波片。
图9是对比实施例2中吸波粉末在吸波片A面的分布图，图10是实施例2中吸波粉末在吸波片A面的分布图。从图9、图10对比可看出，经过施加磁场后，吸波粉末在A面的浓度增大。
对比实施例2与实施例2中制得吸波片的电磁特性分别如图11、12所示，与对比实施例2相比，实施例2中的吸波片提高了介电性能。
使用时，将对比实施例2与实施例2中制得吸波片的A面面向波源，B面与基体相连。对比实施例2与实施例2中制得吸波片的吸波特性分别如图13、14所示，可以看出，与对比实施例2相比，实施例2中的吸波片提高了低频吸波性能，最佳匹配频率由6.43GHz降低为4.62GHz。对比吸波片的导热率，得到对比实施例2中制得的吸波片的导热率为1.56W/m·K，而实施例2中制得的吸波片的导热率为2.07W/m·K。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导热吸波片，其组成材料包括吸波材料与导热材料，其特征是：在吸波片厚度方向，吸波材料的含量呈正梯度分布，导热材料的含量呈负梯度分布。
2.如权利要求1所述的导热吸波片，其特征是：吸波材料选自铁氧体、金属、金属与非金属的化合物中的一种或者几种；
作为优选，所述导热材料选自碳、氧化铝、氮化铝、金属、氮化硼、碳化硅中的一种或者几种。
3.如权利要求1所述的导热吸波片，其特征是：所述导热材料与吸波材料的质量比为1:99-20:80，优选为5:95-15:85。
4.如权利要求1所述的导热吸波片，其特征是：所述吸波片的组成材料还包括高分子材料；
作为优选，所述高分子材料选自聚丙烯酸脂、聚烯烃、环氧树脂、氟树脂、硅橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、聚苯乙烯、EVA、聚氨酯中的一种或者几种；
作为优选，所述吸波片的组成材料还包括消泡剂、润湿剂、防沉剂中的一种或者几种；
作为优选，所述高分子材料与吸波材料的质量比为1:9-5:5，进一步优选为2:8-4:6。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的导热吸波片的使用方法，其特征是：吸波片中，吸波材料含量高的一面面向波源。
6.一种导热吸波片的制备方法，所述吸波片的组成材料包括磁性吸波材料、导热材料与高分子材料，其特征是：所述制备方法包括如下步骤：
(1)将吸波材料、导热材料与流体状高分子材料混合均匀，得到浆料；
(2)将浆料形成片状坯体，所述坯体施加磁场，磁场方向平行于坯体的厚度方向；
(3)固化高分子材料，得到片状吸波片。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征是：所述磁性吸波材料选自铁氧体、金属、金属与非金属的化合物中的一种或者几种；
作为优选，所述导热材料选自碳、氧化铝、氮化铝、金属、氮化硼、碳化硅中的一种或者几种。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征是：所述导热材料与吸波材料的质量比为1:99-20:80，优选为5：95-15:85。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征是：所述高分子材料选自聚丙烯酸脂、聚烯烃、环氧树脂、氟树脂、硅橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、聚苯乙烯、EVA、聚氨酯中的一种或者几种；
作为优选，所述步骤(1)中，浆料中还包括消泡剂、润湿剂、防沉剂中的一种或者几种；
作为优选，所述高分子材料与吸波材料的质量比为1:9-5:5，进一步优选为2:8-4:6。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征是：所述步骤(2)中，浆料形成片状坯体的方法包括灌注、流延、压延中的一种或者几种；
作为优选，所述步骤(2)中，磁场是恒磁场或者脉冲磁场；
作为优选，所述步骤(2)中，磁场强度为0.1T～2T；
作为优选，所述步骤(2)中，磁场施加时间为0.5～5min。
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