KR20240004753A - 저유전 손실의 유리 섬유 조성물 - Google Patents
저유전 손실의 유리 섬유 조성물 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240004753A KR20240004753A KR1020237041212A KR20237041212A KR20240004753A KR 20240004753 A KR20240004753 A KR 20240004753A KR 1020237041212 A KR1020237041212 A KR 1020237041212A KR 20237041212 A KR20237041212 A KR 20237041212A KR 20240004753 A KR20240004753 A KR 20240004753A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- sno
- glass
- dielectric loss
- glass fiber
- low dielectric
- Prior art date
Links
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 43
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 229910018557 Si O Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 5
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910008284 Si—F Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910018516 Al—O Inorganic materials 0.000 description 2
- DHAHRLDIUIPTCJ-UHFFFAOYSA-K aluminium metaphosphate Chemical compound [Al+3].[O-]P(=O)=O.[O-]P(=O)=O.[O-]P(=O)=O DHAHRLDIUIPTCJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- -1 boron anhydride Chemical class 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000004031 devitrification Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 229910018085 Al-F Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018179 Al—F Inorganic materials 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K aluminium phosphate Chemical compound O1[Al]2OP1(=O)O2 ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 1
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
- C03C13/045—Silica-containing oxide glass compositions
- C03C13/046—Multicomponent glass compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2204/00—Glasses, glazes or enamels with special properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
본 발명은 유리 섬유 기술 분야에 속하며, 구체적으로는 저유전 손실의 유리 섬유 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물의 각 성분의 함량은 SiO2: 50~60%, B2O3: 20~30%, Al2O3: 8~18%, CaO: 1~6%, F2: 0.2~1.50%, SnO2: 0.05~0.5%, Li2O: 0.05~0.5%, K2O+Na2O≤0.05%이다. 본 발명은 SnO2와 F2를 동시에 첨가하고 F2/SnO2의 비율을 제어함으로써 유리 섬유가 비교적 낮은 유전 상수 및 유전 손실을 갖도록 할 뿐만 아니라 유리섬유의 점도를 감소시켜 유리 섬유 내의 기포 개수가 0이 되도록 한다. 본 발명의 다양한 성분들간에 상호 작용함으로써 얻은 유리 섬유 조성물이 저유전 상수와 저유전 손실, 낮은 기포, 낮은 점도 및 우수한 유리 성능을 갖도록 한다.
Description
본 발명은 유리 섬유 기술 분야에 속하며, 구체적으로는 저유전 손실의 유리 섬유 조성물에 관한 것이다.
5G 통신의 발전으로 저유전 재료의 성능에 대한 요구 사항이 더욱 엄격해졌다. 5G의 가장 큰 장점은 빠른 전파 속도이고, 이에 따른 가장 큰 단점은 낮은 투과력과 큰 감쇠이며, 유리는 고주파 전자기장에서 일부 전기 에너지를 열 에너지로 변환시킴으로써 손실을 발생하기에, 이는 전파 매체의 재료가 낮은 유전 상수(dielectric constant)과 저유전 손실의 특성을 가질 것을 요구하게 되는데 이는 신호 전송이 빠를수록 신호 지연이 낮아지고 신호 충실도가 높아지는 것을 달성할 수 있다.
중국 특허 CN102503153A에서는 SiO2 48~58wt%, Al2O3 10~18wt%, B2O3 18wt%~28wt%, CaO 0~6wt%, MgO 0~6wt%, Y2O3 0.5~8wt%, CeO2 0.2~0.6wt%, F2 0~3wt%, Na2O, K2O 및 Li2O 0~1wt%, TiO2 0~0.45wt%,Fe2O3 0~0.5wt%를 포함하는 저유전 상수의 유리 섬유를 공개하였고, 해당 유리 섬유는 실온에서 주파수가 1MHz일 때, 그의 유전 상수는 4.1~4.5이고, 유전 손실은 6×10-4~9×10-4이다.
중국 특허 CN104556710A에서는 이형 유리 섬유 및 그의 제조방법을 공개하였고,상기 이형 유리 섬유는 몰백분율로 계산하면 SiO2 52%~58%, B2O3 16%~24%, Al2O3 13%~19%, CaO 1%~5%, MgO 4.2%~8%, F2 0.4%~2%, Li2O 0~0.5%, Fe2O3 0~0.4%, K2O 0~0.2%, Na20 0~0.2%와 같은 성분을 포함한다. 해당 이형 유리 섬유는 실온에서 주파수가 1MHz일 때, 유전 상수는 4.7 미만이고 유전 손실 계수는 10-3 미만이다.
중국 특허 CN103482876A에서는 인쇄 회로 기판용 저유전 상수의 유리 섬유를 공개하였고, 질량 백분율로서 SiO2 48%~53%, Al2O3 13%~16%, B2O3 19%~25%, P2O5 0.5%~2%, CaO 5.0%~8.5%, La2O3 0.5%~8%, ZnO 0.5%~2.5%, TiO2 0.5%~2%, Na20, K20 및 Li2O 1% 미만, SO3 0.45% 미만, Fe2O3 0.45%미만인 성분을 포함한다. 이는 매우 낮은 유전 상수와 유전 손실을 구비하고 실온에서 주파수가 1MHz일 때, 유전 상수는 4.8~5.5이고 유전 손실은 4~8×10-4이다.
상기 특허에서 유리 섬유는 점도가 비교적 낮지만 그의 유전 특성은 1MHz의 조건에서 검출된 것이기에 주파수가 증가함에 따라 유리의 유전 손실이 증가하게 된다. 예를 들면, 상온에서 1MHz일 때, 규산염 유리의 tanδ=9×10-4이고, 3000MHz일 때, 36×10-4이다. 따라서 상기 특허는 단지 상온 및 1MHz의 조건에서 검출할 때에만 유전 손실이 상대적으로 비교적 낮다.
중국 특허 CN113135666A에서는 SiO2: 50~58%, Al2O3: 10~16%, B2O3: 20~28%, MgO:1~4%, CaO: 1~4%, Li2O: 0.05~0.5%, Na2O: 0.05~0.6%, K2O: 0.05~0.8%, TiO2: 0.2~1.5%, CeO2: 0~1%, SnO2: 0.01~1.5%, Fe2O3: 0~0.1%를 포함하는 저유전 유리 섬유를 공개하였다. 산화규소, 산화알루미늄 및 산화붕소의 비율을 합리적으로 설정함으로써 유리섬유가 비교적 낮은 유전 상수와 유전 손실을 갖도록 하고, 유리점도를 적절하게 조절하였다. 상기 유리 섬유는 실온에서 주파수가 10GHz일 때, 유전 상수는 4.2~4.5이고, 유전 손실은 2.5×10-3~4.4×10-3이다. 이 특허 중의 유전 상수와 유전 손실은 비교적 높다.
상기 문제에 기초하여, 고주파에서 대규모 생산에 적합한 저유전 상수, 저유전 손실, 저점도, 제로 기포인 유리 섬유 조성물의 개발이 시급하다.
본 발명은 저유전 상수, 저유전 손실, 저점도, 제로 기포인 유리 섬유 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 저유전 손실의 유리 섬유 조성물은 질량 백분율을 기준으로, 각 성분의 함량은 SiO2: 50~60%, B2O3: 20~30%, Al2O3: 8~18%, CaO: 1~6%, F2: 0.2~1.50%, SnO2: 0.05~0.5%, Li2O: 0.05~0.5%, K2O+Na2O≤0.05%이다.
바람직하게는, 상기 저유전 손실의 유리 섬유 조성물은 질량 백분율을 기준으로, 각 성분의 함량은 SiO2: 50~60%, B2O3: 20~30%, Al2O3: 8~18%, CaO: 1~6%, F2: 0.2~1.50%, P2O5: 0.05~5%, SnO2: 0.05~0.5%, Li2O: 0.05~0.5%, K2O+Na2O≤0.05%이다.
바람직하게는, 상기 저유전 손실의 유리 섬유 조성물은 질량 백분율을 기준으로, 각 성분의 함량은 SiO2: 50~60%, B2O3: 20~30%, Al2O3: 8~18%, CaO: 1~6%, F2: 0.2~1.50%, SnO2: 0.05~0.5%, Li2O: 0.05~0.5%, K2O+Na2O≤0.05%, 0＜MgO＜2.0이다.
바람직하게는, 상기 저유전 손실의 유리 섬유 조성물은 질량 백분율을 기준으로, 각 성분의 함량은 SiO2: 50~60%, B2O3: 20~30%, Al2O3: 8~18%, CaO: 1~6%, F2: 0.2~1.50%, P2O5: 0.05~5%, SnO2: 0.05~0.5%, Li2O: 0.05~0.5%, K2O+Na2O≤0.05%, 0＜MgO＜2.0이다.
여기서, SnO2와 Li2O의 질량 백분율 함량이 SnO2/Li2O를 충족하는 범위는 0.2~3이다.
F2와 SnO2의 질량 백분율 함량이 F2/SnO2를 충족하는 범위는 1~5이다.
P2O5, F2와 SnO2의 질량 백분율 함량이 P2O5/(F2+SnO2)를 충족하는 범위는 2~5이다.
본 발명의 유리 섬유 조성물을 제조하기 위한 원료는 각각 석영 분말, 붕소 무수물, 산화 알루미늄, 규회석, 산화 마그네슘, 산화주석, 형석, 메타인산알루미늄 및 리티아휘석이다.
본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다.
SiO2는 Si-O 사면체의 구조로 불규칙한 연속 네트워크 구조를 형성하는데, 이 구조는 결합 강도가 높고 구조가 조밀하며 외부 전기장의 작용하에서 분극하기 어렵고, 전기 전도 및 이완 등의 손실이 발생하기 어렵기에 SiO2 함량이 높으면 유리 유전 상수와 유전 손실을 현저히 저감시킬 수 있고 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 그러나 함량이 증가하면 점도가 높아지게 되고 용융 제조가 어려워지는데, 예를 들면 석영 유리는 유전 손실이 0.0001로 매우 낮지만 점도가 높아 용해하기 어렵다. 본 발명은 SiO2 함량 범위를 50%-60%로 한정한다.
B2O3은 고온에서 붕소가 붕소와 산소의 삼각체로 존재하여 점도를 낮출 수 있지만 붕소 함량이 일정 값에 도달하면 점도가 높아지므로 생산에 불리하여 붕소 함량이 너무 높으면 안된다. 그리고 B2O3 함량이 너무 높으면 SiO2 그리드가 쉽게 석출되어 상분리가 발생한다. 또한 B2O3의 첨가는 B3+를 도입하여 B-O를 형성하는데, 이 결합의 결합 에너지는 Si-O 결합보다 크므로, 유리 내에서 유리 네트워크 구조를 안정화시키고 산소 이온의 분극을 제한하는 역할을 일으킬 수 있다. 따라서 B2O3 를 추가하면 유전 상수와 유전 손실을 저감시킬 수 있다. 본 발명은 B2O3 함량 범위를 20%~30%로 한정한다.
Al2O3의 첨가는 유리의 결정화(bulkcrystallization)를 효과적으로 억제할 수 있다. 다성분 유리에서 Al2O3는 끊어진 네트워크를 연결시키는 역할을 하여 네트워크 구조를 조밀하게 만들고 유리 강도를 향상시킬 수 있지만 Al-O 결합 에너지는 Si-O 결합보다 약하여 유리 산소를 증가시켜 손실을 증가시킨다. 본 발명은 Al2O3함량 범위를 8%~18%로 한정한다.
CaO는 네트워크 외체에 속하고 칼슘 이온의 배위수는 일반적으로 6이며 구조에서 활동성이 매우 작고 일반적으로 유리에서 쉽게 석출되지 않으며 고온에서 활동성이 비교적 크다. Ca2+는 브리지 산소를 분극시키고 실리콘 산소 결합을 약화시키는 효과가 있고 이로 인해 CaO는 점도를 낮추고 재료 특성을 단축할 수 있으며 동시에 유리 산소로 인한 손실이 증가할 수 있다. 본 발명은 CaO 함량 범위를 1%~6%로 한정한다.
본 발명은 또한 SnO2와 F2를 첨가한 기초상에서, MgO를 더 첨가할 수 있으며, MgO는 유리 시스템에서 유리의 점도를 감소시킬 수 있지만 함량이 너무 높으면 유전 상수와 유전 손실이 증가하게 되므로 본 발명은 MgO 함량 범위를 MgO<2.0으로 한정한다.
P2O5는 유리 구조에서 항상 P-O 사면체의 형태로 존재하며 유리의 형성체이고,유리 골격으로 사용하여 유리의 분상 온도를 높이고 유리의 온도 저항성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 유리의 재료 특성을 단축할 수도 있으며 기술 연구에서 DSC를 사용하여 유리의 팽창 연화점 온도 테스트를 수행한 결과, P 도입 후 도입되기 전에 비하여 유리의 연화점 온도가 높아져 후속의 제품의 온도 저항성을 향상시키는 데 도움이 되는 것을 발견하였다. 또한, 단일 P2O5 원료는 수분을 흡수하기 쉽고 배합 과정에서 응집하기 쉬워 배합물의 균일성이 나빠지게 되고 보관 조건에 대한 요구가 높으며, 본 발명은 메타인산알루미늄 또는 축합인산알루미늄 원료를 사용하여 P2O5를 도입하여 P2O5를 배합물에 균일하게 분산시키고 배합물의 용융 과정에서 B2O3의 용융 속도가 빠르고 균일하게 분포된 P2O5에 부분적으로 싸여 휘발량을 감소시켰고 가스 배출을 저감시켰다. 그러나 너무 많은 양의 도입으로 인하여 저온 점도를 크게 증가시키고 P 함량이 너무 높으면 B와 유리 산소를 쟁탈하기 쉬워 유리의 실투(devitrification)를 일으켜 결정 석출을 발생한다. 본 발명은 Al2O3 함량이 >8일 때 높은 B와 P의 도입으로 인한 상분리를 효과적으로 억제할 수 있음을 발견하였으며, Al2O3, P2O5, B2O3의 비율을 조절하여 유리의 성형 온도를 낮추고 결정 석출을 억제할 수 있으며, 본 발명은 P2O5 함량 범위를 0.05%~5%로 제어한다.
알칼리 금속 산화물인 Li2O, K2O, Na2O는 유리의 점도 특성을 빠르게 감소시킬 수 있어 유리의 용융 및 정화에 도움이 되지만 알칼리 금속과 산소의 결합은 분극되기 쉽고 유전 손실을 현저히 증가시키게 된다. 본 발명은 소량의 Li2O를 첨가하여 유전 손실을 확보하는 전제하에서 점도를 낮추고 유리의 용융에 유리하며, 본 발명은 원료 내 K2O 및 Na2O의 함량을 엄격히 제어하고, 소량으로 존재함은 원료 중의 불순물 도입으로서 첨가할 필요가 없고, 본 발명은 Li2O의 범위를 0.05~0.5%, K2O+Na2O≤0.05%로 한정하여 비교적 낮은 용융 온도에서 저유전 손실의 유리를 얻을 수 있도록 확보한다.
SnO2는 고온에서 분해되어 O2를 생성하여 기체 분압을 감소시켜 기포 배출에 도움이 된다. 더 중요한 것은 본 발명의 SnO2+Li2O는 복합 청징제(Clarifier) 역할을 하며 Sn4+ 외부 전자층의 간섭을 받아 Li+의 분극 효과를 높이고 Li2O의 유익한 효과를 효과적으로 향상시키며 유리 청징 과정에서 유리액의 표면 장력을 감소시키고 기포를 효율적으로 배출하며 유리 균일성을 향상시키고 저유전 유리 섬유 생산에 필요한 제로 기포율을 실현한다. 그리고 복합 재료의 용융 온도가 크게 감소하여 B와 F의 휘발을 감소시켰다. 본 발명은 SnO2 함량의 범위를 0.05~0.5%로 제어하고 SnO/Li2O의 중량 백분율 범위는 0.2~3이다.
F 원자는 반경이 작고 O 원자에 비해 분극되기 어렵고 Si와 Si-F 결합을 형성하여 부분적으로 Si-O를 대체하고 유리 네트워크에서 네트워크를 끊는 역할을 하며 유리에서 형성된 Si-F, B-F, Al-F 결합의 강도는 Si-O, B-O, Al-O 결합의 결합 강도보다 약하며 이러한 이중 효과는 유리의 용융 온도를 낮추고 점도를 낮추며 유리의 표면 장력을 감소시켜 유리 성형 공정의 어려움을 감소하는데 도움이 된다. 그리고 형성된 Si-F 결합은 분극되기 어려워 유전 손실을 감소시켰다. 본 발명은 F2 함량 범위를 0.2%~1.5%로 제어한다.
또한, 본 발명의 F2와SnO2의 함량의 비율은 유리의 유전 손실에 큰 영향을 미치며, SnO2가 소량 도입되면 양자가 서로 협동하여 유전 손실이 더 크게 감소시킨다. 본 발명의 중량 백분율 비율인 F2/SnO2의 범위는 1~5일 때 효과가 분명하다. 실험에 따르면 F2 또는 SnO2를 단독으로 첨가하거나 F2/SnO2의 범위가 1~5가 아닌 경우에, 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 없다. F2와 SnO2를 함께 사용하면 F2가 SnO2주위에 분산되어 Sn-F 결합을 형성하고 Si-F, B-F, Al-F와 함께 작용하여 유리의 용융 온도를 더욱 낮추고 점도를 낮추며 유리의 표면 장력을 감소시킨다.
상기를 종합하면, 본 발명은 SnO2와 F2를 동시에 첨가하고 F2/SnO2의 비율을 제어함으로써 유리 섬유가 비교적 낮은 유전 상수 및 유전 손실을 갖도록 할 뿐만 아니라 유리섬유의 점도를 감소시켜 유리 섬유 내의 기포 개수가 0이 되도록 한다.
본 발명은 또한 SnO2와 F2를 첨가한 기초상에서, P2O5를 더 첨가할 수 있으며, P2O5/(F2+SnO2)의 비율 범위를 2~5로 제어함으로써 유리 섬유의 유전 상수와 유전 손실을 추가적으로 감소시켰다.
본 발명의 다양한 성분들간에 상호 작용함으로써 얻은 유리 섬유 조성물이 저유전 상수와 저유전 손실, 낮은 기포, 낮은 점도 및 우수한 유리 성능을 갖도록 한다.
아래 실시예와 결합하여 본 발명에 대해 추가로 설명하기로한다.
실시예1-7
실시예1-7에서 저유전 손실의 유리 섬유 조성물의 구성은 표1에 나타냈다.
(1) 각 성분의 함량에 따라 각 화합물을 일정 비율로 혼합하고 균일하게 혼합한 후 배합물을 백금 도가니에 넣은 다음 1550~1600℃에서 용해하고 1350℃미만에서 실 모양으로 가공(spinning)하여 유리 섬유를 제조한다.
유리의 충분한 강도를 확보하고 스피닝 공정에 적응하기 위해 모듈러스 강도 테스트를 수행한다. 유리를 20*20*15mm(가로*세로*두께)로 자르고 테스트 표면이 매끄럽고 평평하며 초음파 두께 측정기를 사용한다 [두께 측정기로 측정한 실제 음속 단위는 mm/us이므로 다음 공식 중의 음속 값(cm/s)은 모두 측정값*105, 밀도 단위:g/cm3이고, 필요한 데이터를 대입하여 계산해 내면 된다.
여기서, VT=횡파음속(cm/s), VL=종파음속(cm/s).
여기서, VL=종파음속(cm/s), ρ＝밀도(g/cm 3), V=푸아송비.
(2)유전 성능 검출은 균일하게 혼합된 복합 재료를 백금 도가니에서 용해하고 용해한 후의 샘플을 600℃에서 어닐링하여 응력을 제거한 다음 Φ50*2mm 샘플로 절단하고 네트워크 벡터 분석기로 10GHz에서 테스트를 수행한다.
유리 섬유 조성물의 lg3.0 온도, 액상 온도, △T, 유전 상수, 유전 손실, 모듈러스 및 기포수 등 다양한 지표의 데이터는 표 1에 나타냈다.
비교예 1-6
비교예1-6에서 유리 섬유 조성물의 구성은 표2에 나타냈다.
해당 유리 섬유 조성물의 lg3.0 온도, 액상 온도, △T, 유전 상수, 유전 손실, 모듈러스 및 기포수 등 다양한 지표의 데이터는 표 2에 나타냈다.
| 실시예1-7의 데이터표 | ||||||||
| 함량 범위 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 | |
| SiO2 | 50~60 | 55 | 60 | 50 | 56.43 | 57 | 56.44 | 53 |
| B2O3 | 20~30 | 22.5 | 20.8 | 27.77 | 24 | 21.5 | 25.5 | 24 |
| Al2O3 | 8.0~18 | 13.87 | 13.83 | 12 | 13 | 11.85 | 13 | 16 |
| CaO | 1.0~6.0 | 3.5 | 2.1 | 5 | 4.1 | 5 | 4.1 | 4 |
| MgO | <2.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1.22 |
| P2O5 | 0.05~5.0 | 4 | 2 | 4.1 | 1.5 | 2.5 | 0 | 0 |
| F2 | 0.2~1.5 | 0.8 | 0.6 | 0.6 | 0.4 | 0.8 | 0.4 | 1.2 |
| SnO2 | 0.05~0.5 | 0.2 | 0.35 | 0.3 | 0.15 | 0.2 | 0.15 | 0.25 |
| Li2O | 0.05~0.5 | 0.1 | 0.3 | 0.2 | 0.4 | 0.15 | 0.4 | 0.3 |
| K2O+Na2O | ≤0.05 | 0.03 | 0.02 | 0.03 | 0.02 | 0 | 0.01 | 0.03 |
| F2/SnO2 | 1.0~5.0 | 4.00 | 1.71 | 2.00 | 2.67 | 4.00 | 2.67 | 4.80 |
| P2O5/(F2+SnO2) | 2~5 | 4.00 | 2.11 | 4.56 | 2.73 | 2.50 | 0.00 | 0.00 |
| SnO2/Li2O | 0.2~3 | 2.00 | 1.17 | 1.50 | 0.38 | 1.33 | 0.38 | 0.83 |
| Lg3.0/℃ | 1310 | 1335 | 1320 | 1316 | 1308 | 1305 | 1300 | |
| 액상 온도/℃ | 1050 | 1123 | 1060 | 1080 | 1023 | 998 | 1010 | |
| △T/℃ | 260 | 212 | 260 | 236 | 285 | 307 | 290 | |
| 10GHz 유전 상수 | 4.1 | 4.07 | 4.15 | 4.12 | 4.15 | 4.18 | 4.16 | |
| 10GHz 유전 손실 | 0.0015 | 0.0013 | 0.0013 | 0.0016 | 0.0016 | 0.0018 | 0.0017 | |
| 모듈러스/GPa | 60 | 65 | 60 | 60 | 62 | 59 | 63 | |
| 기포수(개/10g) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 비교예1-6의 데이터표 | ||||||
| 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | 비교예 6 | |
| SiO2 | 55 | 55 | 60 | 60 | 55 | 55 |
| B2O3 | 22.2 | 22.5 | 20.8 | 20.8 | 22.5 | 22.5 |
| Al2O3 | 13.87 | 14.07 | 14.08 | 14.33 | 14.67 | 14.87 |
| CaO | 3.5 | 3.5 | 2.1 | 2.1 | 3.5 | 3.5 |
| MgO | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| P2O5 | 4 | 4 | 2 | 1.5 | 4 | 4 |
| F2 | 0.8 | 0.8 | 0.6 | 0.6 | 0 | 0 |
| SnO2 | 0.5 | 0 | 0.1 | 0.35 | 0.2 | 0 |
| Li2O | 0.1 | 0.1 | 0.3 | 0.3 | 0.1 | 0.1 |
| K2O+Na2O | 0.03 | 0.03 | 0.02 | 0.02 | 0.03 | 0.03 |
| F2/SnO2 | 1.60 | 0.00 | 6.00 | 1.71 | 0 | 0 |
| P2O5/(F2+SnO2) | 3.08 | 5.00 | 2.86 | 1.58 | 20 | 0 |
| SnO2/Li2O | 5.00 | 0.00 | 0.33 | 1.17 | 2 | 0 |
| Lg3.0/℃ | 1360 | 1375 | 1365 | 1392 | 1384 | 1398 |
| 액상 온도/℃ | 1079 | 1100 | 1110 | 1200 | 1153 | 1164 |
| △T/℃ | 281 | 275 | 255 | 192 | 231 | 234 |
| 10GHz 유전 상수 | 4.55 | 4.52 | 4.55 | 4.58 | 4.59 | 4.65 |
| 10GHz 유전 손실 | 0.0035 | 0.0033 | 0.0028 | 0.0030 | 0.0029 | 0.0031 |
| 모듈러스/GPa | 54 | 55 | 58 | 60 | 52 | 51 |
| 기포수(개/10g) | 10 | 22 | 25 | 12 | 20 | 30 |
표에서 lg3.0은 유리액의 점도가 1000Poise일 때의 온도를 말하며, 유리의 성형온도는 즉 스피닝 온도이고, 액상 온도는 즉 결정 석출 온도 또는 상분리 온도의 상한이고, 상한은 유리의 실투의 상한 온도이며, 성형 온도와 액상 온도의 차이가 클수록 스피닝에 더 유리하다.
표 1-2의 데이터를 분석한 결과, 비교예 1의 SnO2/Li2O의 비율은 5.00이고 0.2~3의 범위에 속하지 않으며, 비교예 3의F2/SnO2의 비율은 6.00이고 1~5의 범위에 속하지 않으며, 비교예 4 중의 P2O5/(F2+SnO2)의 비율은 1.58이고 2~5 범위에 속하지 않는다. 그 결과 유리 섬유의 점도가 증가하게 되고 유리 섬유 중의 기포수도 다양한 정도로 증가하게 되었다.
실시예 1과 비교예 2, 5, 6을 비교하면 알 수 있다시피, 본 발명의 실시예 1에 비하여 비교예 2는 SnO2를 첨가하지 않았고, 비교예 5는 F2를 첨가하지 않았으며, 비교예 6은 SnO2와 F2를 첨가하지 않았으며, 모두 유리 섬유의 점도를 증가시켜 유리 섬유 내의 기포수를 증가시켰다. 본 발명은 SnO2와 F2를 동시에 첨가하고 SnO2/F2의 비율을 제어함으로써 유리 섬유가 비교적 낮은 유전 상수 및 유전 손실을 갖도록 할 뿐만 아니라 유리섬유의 점도를 감소시켜 유리 섬유 내의 기포 개수가 0이 되도록 한다. 또한 본 발명은 P2O5를 첨가하고 P2O5/(F2+SnO2)의 비율 범위를 2~5로 제어하여 유리 섬유의 유전 상수와 유전 손실을 추가로 감소시켰다.
Claims (4)
- 저유전 손실의 유리 섬유 조성물에 있어서,
질량 백분율을 기준으로, 각 성분의 함량은 SiO2: 50~60%, B2O3: 20~30%, Al2O3: 8~18%, CaO: 1~6%, F2: 0.2~1.50%, SnO2: 0.05~0.5%, Li2O: 0.05~0.5%, K2O+Na2O≤0.05%, SnO2와 Li2O의 질량 백분율 함량이 SnO2/Li2O를 충족하는 범위는 0.2~3이고, F2와 SnO2의 질량 백분율 함량이 F2/SnO2를 충족하는 범위는 1~5인 것을 특징으로 하는 저유전 손실의 유리 섬유 조성물.
- 저유전 손실의 유리 섬유 조성물에 있어서,
질량 백분율을 기준으로, 각 성분의 함량은 SiO2: 50~60%, B2O3: 20~30%, Al2O3: 8~18%, CaO: 1~6%, F2: 0.2~1.50%, P2O5： 0.05~5％, SnO2: 0.05~0.5%, Li2O: 0.05~0.5%, K2O+Na2O≤0.05%, SnO2와 Li2O의 질량 백분율 함량이 SnO2/Li2O를 충족하는 범위는 0.2~3이고, F2와 SnO2의 질량 백분율 함량이 F2/SnO2를 충족하는 범위는 1~5이며, P2O5, F2와 SnO2의 질량 백분율 함량이 P2O5/(F2+SnO2)를 충족하는 범위는 2~5인 것을 특징으로 하는 저유전 손실의 유리 섬유 조성물.
- 저유전 손실의 유리 섬유 조성물에 있어서,
질량 백분율을 기준으로, 각 성분의 함량은 SiO2: 50~60%, B2O3: 20~30%, Al2O3: 8~18%, CaO: 1~6%, F2: 0.2~1.50%, SnO2: 0.05~0.5%, Li2O: 0.05~0.5%, K2O+Na2O≤0.05%, 0＜MgO＜2.0, SnO2와 Li2O의 질량 백분율 함량이 SnO2/Li2O를 충족하는 범위는 0.2~3이고, F2와 SnO2의 질량 백분율 함량이 F2/SnO2를 충족하는 범위는 1~5인 것을 특징으로 하는 저유전 손실의 유리 섬유 조성물.
- 저유전 손실의 유리 섬유 조성물에 있어서,
질량 백분율을 기준으로, 각 성분의 함량은 SiO2: 50~60%, B2O3: 20~30%, Al2O3: 8~18%, CaO: 1~6%, F2: 0.2~1.50%, P2O5： 0.05~5％, SnO2: 0.05~0.5%, Li2O: 0.05~0.5%, K2O+Na2O≤0.05%, 0＜MgO＜2.0, SnO2와 Li2O의 질량 백분율 함량이 SnO2/Li2O를 충족하는 범위는 0.2~3이고, F2와 SnO2의 질량 백분율 함량이 F2/SnO2를 충족하는 범위는 1~5, P2O5, F2와 SnO2의 질량 백분율 함량이 P2O5/(F2+SnO2)를 충족하는 범위는 2~5인 것을 특징으로 하는 저유전 손실의 유리 섬유 조성물.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111323970.1A CN113880441B (zh) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | 低介电损耗的玻璃纤维组合物 |
| CN202111323970.1 | 2021-11-10 | ||
| PCT/CN2022/111308 WO2023082736A1 (zh) | 2021-11-10 | 2022-08-10 | 低介电损耗的玻璃纤维组合物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240004753A true KR20240004753A (ko) | 2024-01-11 |
Family
ID=79017133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237041212A KR20240004753A (ko) | 2021-11-10 | 2022-08-10 | 저유전 손실의 유리 섬유 조성물 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024520955A (ko) |
| KR (1) | KR20240004753A (ko) |
| CN (1) | CN113880441B (ko) |
| WO (1) | WO2023082736A1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113880441B (zh) * | 2021-11-10 | 2022-08-16 | 泰山玻璃纤维有限公司 | 低介电损耗的玻璃纤维组合物 |
| CN114956584B (zh) * | 2022-04-21 | 2023-07-21 | 河南光远新材料股份有限公司 | 一种高频工况用低介电玻璃纤维组合物及其应用 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7678721B2 (en) * | 2006-10-26 | 2010-03-16 | Agy Holding Corp. | Low dielectric glass fiber |
| CN102503153B (zh) | 2011-10-19 | 2013-10-16 | 重庆国际复合材料有限公司 | 低介电常数玻璃纤维 |
| CN103351102B (zh) * | 2013-06-25 | 2016-03-30 | 巨石集团有限公司 | 一种玻璃纤维组合物及由其制成的具有低介电常数的玻璃纤维 |
| CN103482876B (zh) | 2013-09-18 | 2016-01-20 | 重庆理工大学 | 一种用于印刷电路板的玻璃纤维及其制备方法 |
| CN104556710B (zh) | 2015-02-03 | 2017-09-26 | 重庆国际复合材料有限公司 | 一种异形玻璃纤维及其制备方法 |
| CN104909578B (zh) * | 2015-05-28 | 2017-06-16 | 重庆国际复合材料有限公司 | 一种玻璃纤维 |
| US11739023B2 (en) * | 2016-12-28 | 2023-08-29 | Agy Holding Corporation | Low dielectric glass composition, fibers, and article |
| EP3632863A4 (en) * | 2017-05-26 | 2021-03-24 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | GLASS COMPOSITION, GLASS FIBER, GLASS FIBER WOVEN, AND METHOD FOR MANUFACTURING A GLASS FIBER |
| WO2019049526A1 (ja) * | 2017-09-08 | 2019-03-14 | 日東紡績株式会社 | ガラス繊維用ガラス組成物、ガラス繊維及びそれを用いるガラス繊維強化樹脂組成物 |
| TWI694976B (zh) * | 2019-12-31 | 2020-06-01 | 富喬工業股份有限公司 | 一種低氣泡數之低介電常數玻璃組成物及玻璃纖維 |
| CN113135666B (zh) | 2020-11-18 | 2021-11-19 | 南京玻璃纤维研究设计院有限公司 | 低介电玻璃纤维及制备方法、玻璃纤维制品、复合材料及应用 |
| CN113880441B (zh) * | 2021-11-10 | 2022-08-16 | 泰山玻璃纤维有限公司 | 低介电损耗的玻璃纤维组合物 |
-
2021
- 2021-11-10 CN CN202111323970.1A patent/CN113880441B/zh active Active
-
2022
- 2022-08-10 WO PCT/CN2022/111308 patent/WO2023082736A1/zh active Application Filing
- 2022-08-10 KR KR1020237041212A patent/KR20240004753A/ko unknown
- 2022-08-10 JP JP2023574328A patent/JP2024520955A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113880441B (zh) | 2022-08-16 |
| WO2023082736A1 (zh) | 2023-05-19 |
| CN113880441A (zh) | 2022-01-04 |
| JP2024520955A (ja) | 2024-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20240004753A (ko) | 저유전 손실의 유리 섬유 조성물 | |
| KR102321888B1 (ko) | 저 유전성 유리 조성물, 섬유 및 물품 | |
| CN112047626B (zh) | 低气泡数、低介电常数的玻璃组成物及由其制得的玻璃纤维 | |
| CN110028249B (zh) | 一种低介电玻璃纤维组分及其制造方法 | |
| US11643360B2 (en) | Electronic-grade glass fiber composition, and glass fiber and electronic fabric thereof | |
| JPS62226839A (ja) | 低誘電率ガラス繊維 | |
| JP7405987B2 (ja) | 熱膨脹係数の低いガラス繊維 | |
| CN110171929B (zh) | 低气泡低介电玻璃纤维组合物及其生产工艺 | |
| CN104909578A (zh) | 一种玻璃纤维 | |
| TWI725930B (zh) | 低介電玻璃組成物、低介電玻璃及低介電玻璃纖維 | |
| CN115321824B (zh) | 一种可低温成型的低介电玻璃纤维 | |
| CN114230175B (zh) | 具有低热膨胀系数的玻璃组成物及玻璃纤维 | |
| CN114933418A (zh) | 低介电常数且低介电损耗玻璃纤维组合物、玻璃纤维及其应用 | |
| JPH092839A (ja) | 低誘電正接ガラス繊維 | |
| TW202136168A (zh) | 低介電玻璃組合物、纖維及物件 | |
| CN114956584B (zh) | 一种高频工况用低介电玻璃纤维组合物及其应用 | |
| CN115093123B (zh) | 一种低膨胀高模量玻璃纤维组合物以及玻璃纤维 | |
| TWI722474B (zh) | 提高氧化硼之重量百分比以降低介電常數之玻璃材料 | |
| CN115093124B (zh) | 一种耐侵蚀低介电玄武岩纤维及其制备方法和高频高速印制电路板 | |
| CN115043593A (zh) | 一种低介电玻璃纤维组合物及其应用 | |
| CN115611512A (zh) | 具有低介电常数和低拉丝温度的玻璃材料及其制备方法 | |
| CN116768469A (zh) | 一种低介电常数玻璃的制备方法 | |
| CN118125720A (zh) | 一种可低温制备的低介电常数玻璃纤维及制备方法 | |
| CN116477839A (zh) | 一种适用于高频微波通信的低介电磷酸盐玻璃及其制备方法与应用 |