WO2020228137A1

WO2020228137A1 - 一种电磁复合材料的制造方法

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Publication number: WO2020228137A1
Application number: PCT/CN2019/097822
Authority: WO
Inventors: 郑洪振; 芦永超; 窦英乾; 孙耀志
Original assignee: 佛山市粤海信通讯有限公司
Priority date: 2019-05-13
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2020-11-19
Also published as: CN110112569A

Abstract

本发明提供一种新的电磁复合材料的制造方法，以获得重量轻、介电常数稳定受控的电磁复合材料。包括以下步骤：1）在薄膜上通过印刷、平面打印或3D打印的方式制作若干组导体单元，这样的其上分布有导体单元的薄膜称为导体膜；导体膜上的各组导体单元之间留有空白；2）将所述导体膜固定到由发泡材料制成的板的内部，这样的内部带有导体膜的板称为原板；3）沿步骤1所述的空白对原板进行切割，以获得颗粒状的电磁复合材料。本发明的电磁复合材料的制造方法具有制作简单、成本较低、重量轻、容易控制介电特性等优点，所制得的电磁复合材料可用于龙伯透镜的制作。

Description

一种电磁复合材料的制造方法

技术领域

本发明涉及介质材料制造领域，更具体地说，涉及可用于制作天线的介质材料的制造领域。

背景技术

龙伯透镜技术，由RKLuneberg于1944年基于几何光学法提出，用作天线和散射体的应用，主要用于快速扫描系统、卫星通信系统、汽车防撞雷达、雷达反射器。

理论上，用于龙伯透镜的介质材料的介电常数从球心到外径应该是从2到1遵从一定的数学规律连续变化。但自然界里不存在这样理想的介质，所以在实际设计中常用分层设计的离散球壳来代替。

为使龙伯透镜的实际性能接近理论性能，目前已经存在多种龙伯透镜的生产方案，如：

CN201510084764.8一种半球龙伯透镜天线的制作方法；

CN201510065135.0一种开孔结构形式龙伯透镜的生产方法；

CN201610015855.0基于新型介质填充方式的极低剖面柱面龙伯透镜天线；

CN201610393370.5龙伯透镜天线的制造方法；

CN201520112992.7一种龙伯透镜天线。

以上技术方案包括有：钻孔的方法，通过孔洞所占材料体积的比例，控制材料的介电常数，但这种方法钻孔密度和精度不易控制，结构复杂，制造难度高、重量大不适合批量生产。

还包括有逐层发泡的方法，以中间球核为基础，逐层包裹逐层发泡，这是目前最常用的获得阶梯介电常数泡沫材料的一种方法，但无论是物理发泡，还是化学发泡，都需要严格控制温度和压力，通常是在高温和高压下生产，由于发泡材料的导热率很低，会形成发泡不均匀的现象。该工艺技术复杂，需要专用设备，成品率低，成本非常高。

名为“AN ARTIFICIAL DIELECTRIC MATERIAL AND A METHOD OF MANUFACTURING THE SAME”，公开号为WO2009078807，公开日为2009年6月25日的专利文献公开了一种人造介电材料及其制造方法，这种人造介电材料可以用于制造龙伯透镜。其技术方案主要是将平行布置的长的导电纤维放入到上下两片发泡材料之间，在粘合固定后再将这样的三文治结构的片切割成颗粒，所得的颗粒中即带有短的互相不接触的导电纤维，将这些颗粒随机混合并用粘合剂固定在一起即制得介电常数受控的介电材料。虽然文中有提及应该要尽可能避免导电纤维的末端外露于颗粒，此时的使用效果最好，但同时又说即使导电纤维的末端外露于颗粒，其对所应用场合的不良影响也要远小于现时的导电纤维随机混合而制得的产品。

然而该公开文献所描述的产品及制造方法在实际上是存在很大缺陷的，一方面是：由于将长的导电纤维切割为短的导电纤维的过程中基本只能采用物理刀具，如果采用激光刀具或化学刀具则由于温度或化学作用会大概率地引起发泡材料状态发生变化，而采用物理刀具的话，导电纤维在被切断以前必定受到一定的拉扯力，尤其是切割过程是以容易发生物理形变的其中一片发泡片作为垫底，则此时导电纤维大概率会被拉出而外露于颗粒，于是后续虽然随机混合这些颗粒，但这些颗粒之间仍然有很大的几率发生不同颗粒之间导电纤维互相导通的情况；另一方面是：由于颗粒的尺寸很小，因此在将该三文治结构的片切割成颗粒时，所采用的刀法基本上就是经向加纬向的切法，此时获得的颗粒基本上就是立方体或接近立方体，此时可能外露导电纤维的面至少就有立方体上2个对向布置的面，而且虽然后续是随机地混合这些立方体颗粒，但由于混合多个立方体颗粒时，这些立方体颗粒会朝着总体积最小的趋势分布，此时不同颗粒之间平面贴平面的几率是很高的，这就导致不同颗粒之间导电纤维互相导通这个情况的发生几率仍然是比较高的。也就是说，这样方法制得的颗粒在大量使用时其总体的介电特性的随机性仍然太大，不适用于大批量生产的场合。

于是需要对现有的电磁复合材料的制造方法进行改进。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

本发明提供一种新的电磁复合材料的制造方法，以获得重量轻、介电常数稳定受控的电磁复合材料。

采用以下的技术方案：

一种电磁复合材料的制造方法，包括以下步骤：

步骤1)：在薄膜上通过印刷、平面打印或3D打印的方式制作若干组导体单元，这样的其上分布有导体单元的薄膜称为导体膜；导体膜上的各组导体单元之间留有空白；

步骤2)：将所述导体膜固定到由发泡材料制成的板的内部，这样的内部带有导体膜的板称为原板；

步骤3)：沿步骤1所述的空白对原板进行切割，以获得颗粒状的电磁复合材料。

通过这样的技术方案制作获得的颗粒状的电磁复合材料，其内部即包含有一组导体单元，并且在对原板进行切割的时候不会切割到导体单元，也就无所谓导体单元被扯出的问题，且切割完成后导体单元的任何部位也都不会外露于表面，于是从根本上杜绝了颗粒之间导体单元互相导通的可能性。此时进行大量的这样的颗粒的随机混合，其总体的介电特性的随机性就显得更小了。此时人们用大量的这种电磁复合材料来制成特定形状的几何体，则人们就很容易控制这个几何体所表现出来的介电特性了。

所述薄膜由介电常数尽可能低的材料制成，例如聚酰亚胺，且薄膜的厚度应当尽量的薄。

其中，印刷制作导体单元的方法可以是：用丝网印刷法或凹版印刷法将导电涂料印刷在薄膜上。此时所制得的导体单元是平面型的导体单元。

其中一种平面打印制作导体单元的方法是：用打印机将导电涂料直接打印在薄膜上。此时所制得的导体单元也是平面型的导体单元。

其中一种3D打印导体单元的方法是：用3D打印机将导电材料在薄膜上构建立体形状。此时所制得的导体单元是立体型的导体单元。

应当说明的是，一组导体单元内可以只有单个导体，也可以包含多个互不导通的导体。

所述导体可以是线状或者环状或者多边形状。

另外，在同一片导体膜上可以至少有一组导体单元的样式不同于另一组导体单元的样式。

再者，在同一片导体膜的两个面上可以都制作有多组导体单元。且属于一个面上的各组导体单元之间的空白最好与属于另一个面上的各组导体单元之间的空白至少有70％以上的面积重叠。

将导体膜固定到由发泡材料制成的板的内部的一种方法是：在导体膜的两个面上都涂上粘合剂，导体膜的一个面与第一片发泡板粘合在一起，导体膜的另一个面与第二片发泡板粘合在一起。这样就构成了“第一片发泡板---导体膜---第二片发泡板”这样的三文治结构，此时第一片发泡板与第二片发泡板可视为一件整体的发泡板，则导体膜相当于固定到了由发泡材料制成的板的内部。

将导体膜固定到由发泡材料制成的板的内部的另一种方法是：将导体膜平铺在一个用于制作发泡平板的模具的底部，合上模具并注入发泡材料于导体膜的上面，然后进行第一次发泡，在第一次发泡完成后导体膜即固定在该发泡成型的板上，然后将该板翻过来再放入到另一个用于制作发泡平板的模具中且令固定有导体膜的一面朝上，合上模具并注入发泡材料于导体膜的上面，然后进行第二次发泡。在第二次发泡完成后导体膜即处在两片发泡板之间，则导体膜相当于固定到了由发泡材料制成的板的内部。

所述导体单元的材料可以是铜、铝、银、合金、碳纤维、钛酸钡、碳化硅、石墨烯、碳、铁氧体等良导体或半导体。

所述步骤2)的板的厚度优选在：2mm至20mm。

所述步骤2)的发泡材料可以是：聚乙烯、聚氨酯、聚苯烯、聚苯乙烯等所有可发泡的固态聚合物中的一种或多种。

本发明还提供另一种电磁复合材料的制造方法，包括以下步骤：

步骤a)：在薄膜上通过印刷、平面打印或3D打印的方式制作若干组导体单元，这样的其上分布有导体单元的薄膜称为导体膜；导体膜上的各组导体单元之间留有空白；

步骤b)：将2片或2片以上的导体膜固定到由发泡材料制成的板的内部，这样的内部带有2片或2片以上导体膜的板称为原板；在原板内部这些导体膜之间互相以发泡材料分隔，并且这些导体膜的空白至少有70％以上的面积重叠；

步骤c)：沿步骤a所述的空白对原板进行切割，以获得颗粒状的电磁复合材料。

通过这样的技术方案制作获得的颗粒状的电磁复合材料，其内部即包含有至少2组导体单元，并且在对原板进行切割的时候多片导体膜即同时被切开，同样也不会切割到导体单元，同样不存在导体单元被扯出的问题，且切割完成后导体单元的任何部位也都不会外露于表面。这样制得的电磁复合材料在被随机混合后，其介电特性的随机性也是比较小的，其优点是在特定的应用场合中可以减少粘合剂的使用量。

在原板包括有2片或2片以上导体膜的情况下，同一片导体膜上可以至少有一组导体单元的样式不同于另一组导体单元的样式；另外还有一种可能性的做法是：属于同一导体膜的各组导体单元都是相同的样式，但至少有一片导体膜的各组导体单元的样式不同于另一片导体膜的各组导体单元的样式。

将2片或2片以上导体膜固定到由发泡材料制成的板的内部的一种方法是：在各片导体膜的两个面上都涂上粘合剂，然后以N片导体膜分隔开N+1片发泡板的布置方式，N≥2，将这些导体膜与发泡板粘制成一体而作为原板。则此时这N+1片板可视为一件整体的板，该N片导体膜相当于固定到了由发泡材料制成的板的内部。

发明的有益效果

有益效果

本发明的电磁复合材料的制造方法具有制作简单、成本较低、重量轻、容易控制介电特性等优点，所制得的电磁复合材料可用于龙伯透镜的制作。

对附图的简要说明

附图说明

图1是实施例1的导体膜的结构示意图；

图2是实施例1的原板的结构示意图；

图3A至图3G是可能性的导体膜的结构示意图；

图4是实施例2的导体膜的结构示意图；

图5是实施例3的导体膜的结构示意图；

图6是实施例4的目标介质材料的结构示意图；

图7是实施例4的原板的结构示意图。

附图标记说明：1薄膜；11-导体单元；12-导体线条；2-导体膜；3-第一片发泡板；4-第二片发泡板；5-原板；6-薄膜；61-导体单元；62-圆环导体；7-导体膜；81-第一导体膜；82-第二导体膜；91-第一片发泡板；92-第二片发泡板；93-第三片发泡板。

发明实施例

本发明的实施方式

下面结合实施例对本发明内容作进一步说明。

实施例1

本实施例以制作一个长*宽*高≈2mm*2mm*2mm的立方体颗粒状的介质材料为例。

其制造方法如下：

步骤1)：在由聚酰亚胺制成的厚度为0.1mm的薄膜1上通过丝网印刷法印制若干组导体单元11，本实施例的1组导体单元中包含了3条印制而成的互相平行的导体线条12，如图1所示，这些导体线条12是由导电涂料干燥后形成的，每条导体线条12的目标宽度是0.1mm，目标长度是1mm。这样的其上分布有多组导体单元的薄膜称为导体膜2。导体膜2上的各组导体单元之间留有空白，本实施例中相邻组导体单元之间的空白的宽度D1为1mm。

步骤2)：在导体膜2的两个面上都涂上薄薄一层粘合剂，导体膜2的一个面与第一片发泡板3粘合在一起，导体膜2的另一个面与第二片发泡板4粘合在一起，如图2所示。第一片发泡板3和第二片发泡板4都是发泡材料发泡而成的，第一片发泡板3的目标厚度为1mm，第二片发泡板4的目标厚度为1mm。第一片发泡板3和第二片发泡板4可视为一片发泡板的两个分层，导体膜2在与第一片发泡板3和第二片发泡板4粘合在一起以后，相当于处在一片厚度为2mm的板的内部。第一片发泡板3、导体膜2、第二片发泡板4此时所构成的三文治结构的板称为原板5。原板5理论上的厚度应该为1+0.1+1＝2.1mm，但在进行粘合的时候需要施以一定的压力，这个压力有可能令原板5的最终厚度变为2mm。

步骤3)：用机械刀具沿步骤1)所述的空白的中线对原板5进行经向和纬向的切割，即沿图1中的双点划线，以获得立方体颗粒状的电磁复合材料。由于切割原板5时不会切割到导体单元，因此所获得的颗粒其内部的导体单元是完全不会外露于发泡材料，同时也不会有导体单元被扯出的问题。

这样就可以杜绝不同颗粒之间导体单元互相导通的问题，从而使得这些颗粒总体的介电特性较易准确控制。

应该说明的是，本实施例的导体单元是平面型的导体单元，其他平面型的导体单元如图3A至图3G所示。其中，图3A、图3B这些导体单元进一步地是线条发射型。图3C、图3D这些导体单元进一步地是环状。图3E至图3G这些导体单元进一步是多边形状。

实施例2

本实施例以制作一个长*宽*高≈4mm*4mm*4mm的立方体颗粒状的介质材料为例。

其制造方法如下：

步骤1)：在由聚酰亚胺制成的厚度为0.1mm的薄膜6上通过丝网印刷法印制若干组导体单元61，本实施例的1组导体单元61中只包含了1个印制而成的圆环导体62，如图4所示，这些圆环导体62是由导电涂料干燥后形成的，每个圆环导体62的目标直径是2mm，目标环宽是0.15mm。这样的其上分布有多组导体单元的薄膜称为导体膜7。导体膜7上的各组导体单元61之间留有空白，本实施例中相邻组导体单元之间的空白的宽度D2为2mm。

步骤2)：将导体膜7平铺在一个用于制作发泡平板的模具的底部，这个模具对应的板厚为2mm。导体膜7的那个面朝向模具的底部不需要作严格区分。合上模具并注入发泡材料于导体膜上面，然后进行第一次发泡，在发泡完成后导体膜7即固定在该发泡成型的板上。然后将该板翻过来再放入到另一个用于制作发泡平板的模具中且令固定有导体膜7的一面朝上，这个模具对应的板厚为4mm，合上模具并注入发泡材料于导体膜7的上面，然后进行第二次发泡，在第二次发泡完成后导体膜7即处在两片发泡板之间。两片发泡板可视为一片板的两个分层，此时导体膜7相当于处在一片厚度为4mm的板的内部。第一次发泡成型的板、导体膜、第二次发泡成型的板此时所构成的三文治结构的板称为原板。第一次发泡成型的板的厚度为2mm-0.1mm＝1.9mm，第二次发泡成型的板的厚度为4mm-2mm＝2mm。

步骤3)：沿步骤1)所述的空白的中线对原板进行模具切割，模具上形成有若干横向刃口和若干纵向刃口，这些横向刃口和纵向刃口形成众多4mm*4mm的方格切割区域，当模具以准确的位置以及足够的压力压在原板上，则可将原板分割成众多立方体颗粒状的电磁复合材料，且不会切割到每个颗粒中的圆环导体。

实施例3

如图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：在同一片导体膜上至少有一组导体单元的样式不同于另一组导体单元的样式。具体地，在一片导体膜上，有若干组导体单元属于第一种样式，具体为十字型；有若干组导体单元属于第二种样式，具体为六线星形。

实施例4

如图6所示，本实施例以制作一个长*宽*高≈4mm*2mm*2mm的立方体颗粒状的介质材料为例。

其制造方法如下：

步骤a)：在由聚酰亚胺制成的厚度为0.1mm的薄膜1上通过丝网印刷法印制若干组导体单元，这样的其上分布有多组导体单元的薄膜称为导体膜。本实施例包含有2片导体膜，分别为第一导体膜81和第二导体膜82。第一导体膜81上各组的导体单元的样式相同，其样式具体为十字形，如图3A所示；第二导体膜82上各组的导体单元的样式相同，其样式具体为六线星形，如图3B所示。第一导体膜81上的各组导体单元之间留有空白。第二导体膜82上的各组导体单元之间也留有空白。适当设定各组导体单元在第一导体膜81上的位置和大小，以及适当设定各组导体单元在第二导体膜82上的位置和大小，可以令到第一导体膜81的空白与第二导体膜82的空白达到70％以上的面积重叠，当然这样的面积重叠的比例越高越好，但也要结合各组导体单元的面积大小综合考虑。

步骤b)：在第一导体膜81的两个面上以及第二导体膜82的两个面上都涂上薄薄一层粘合剂，将第一导体膜81的一个面与第一片发泡板91的一个面粘合在一起，将第一导体膜81的另一个面与第二片发泡板92的一面粘合在一起，将第二片发泡板92的另一面与第二导体膜82的一个面粘合在一起，将第二导体膜82的另一个面与第三片发泡板93的一个面粘合在一起，如图7所示。这样构成的“3夹2”的层叠结构即为本实施例的原板，该原板的最终厚度被设定为4mm。

步骤c)：用机械刀具沿步骤a)所述的第一导体膜81的空白或者第二导体膜82的空白的中线对原板进行经向和纬向的切割，切割的重要原则是力求不能切割到任何一组导体单元，这样就可以获得目标形状的颗粒状的电磁复合材料。

本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式，凡在本发明的工作原理和思路下所做的等同技术变换，均视为本发明的保护范围。

Claims

一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1)：在薄膜上通过印刷、平面打印或3D打印的方式制作若干组导体单元，这样的其上分布有导体单元的薄膜称为导体膜；导体膜上的各组导体单元之间留有空白；

步骤2)：将所述导体膜固定到由发泡材料制成的板的内部，这样的内部带有导体膜的板称为原板；

步骤3)：沿步骤1所述的空白对原板进行切割，以获得颗粒状的电磁复合材料。
如权利要求1所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：印刷制作导体单元的方法是：用丝网印刷法或凹版印刷法将导电涂料印刷在薄膜上。
如权利要求1所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：一组导体单元内只有单个导体。
如权利要求1所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：一组导体单元内包含多个互不导通的导体。
如权利要求1所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：在同一片导体膜上至少有一组导体单元的样式不同于另一组导体单元的样式。
如权利要求1所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：在同一片导体膜的两个面上都制作有多组导体单元，且属于一个面上的各组导体单元之间的空白与属于另一个面上的各组导体单元之间的空白至少有70％以上的面积重叠。
如权利要求3或4所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：所述导体是线状或者环状或者多边形状。
如权利要求1所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：将导体膜固定到由发泡材料制成的板的内部的方法是：在导体膜的两个面上都涂上粘合剂，导体膜的一个面与第一片发泡板粘合在一起，导体膜的另一个面与第二片发泡板粘合在一起。
如权利要求1所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：将导体膜固定到由发泡材料制成的板的内部的方法是：将导体膜平铺在一个用于制作发泡平板的模具的底部，合上模具并注入发泡材料于导体膜的上面，然后进行第一次发泡，在第一次发泡完成后导体膜即固定在该发泡成型的板上，然后将该板翻过来再放入到另一个用于制作发泡平板的模具中且令固定有导体膜的一面朝上，合上模具并注入发泡材料于导体膜的上面，然后进行第二次发泡。
如权利要求1所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：所述导体单元的材料是良导体或半导体。
如权利要求1所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：所述步骤2)的板的厚度在：2mm至20mm。
如权利要求1所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：所述步骤2)的发泡材料是：聚乙烯、聚氨酯、聚苯烯、聚苯乙烯中的一种或多种。
一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤a)：在薄膜上通过印刷、平面打印或3D打印的方式制作若干组导体单元，这样的其上分布有导体单元的薄膜称为导体膜；导体膜上的各组导体单元之间留有空白；

步骤b)：将2片或2片以上的导体膜固定到由发泡材料制成的板的内部，这样的内部带有2片或2片以上导体膜的板称为原板；在原板内部这些导体膜之间互相以发泡材料分隔，并且这些导体膜的空白至少有70％以上的面积重叠；

步骤c)：沿步骤a所述的空白对原板进行切割，以获得颗粒状的电磁复合材料。
如权利要求13所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：同一片导体膜上至少有一组导体单元的样式不同于另一组导体单元的样式。
如权利要求13所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：属于同一导体膜的各组导体单元都是相同的样式，至少有一片导体膜的各组导体单元的样式不同于另一片导体膜的各组导体单元的样式。
如权利要求13所述的一种电磁复合材料的制造方法，其特征是：在各片导体膜的两个面上都涂上粘合剂，然后以N片导体膜分隔开N+1片发泡板的布置方式，N≥2，将这些导体膜与发泡板粘制成一体而作为原板。