一種高介電常數(shù)的玻璃纖維的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高介電常數(shù)的玻璃纖維，原料包括按重量份計(jì)的下列組分：SiO2 35～45份，B2O3 1～5份，BaO 15～25份，SrO 10～20份，TiO2 10～20份。本發(fā)明提供的高介電常數(shù)的玻璃纖維具有優(yōu)異的工藝性能和介電性能，其拉絲溫度低于1080℃，在室溫下，頻率為1MHz時(shí)介電常數(shù)為9?13，介電損耗為3×10?4?9×10?4，適合作為小型化印刷電路板的增強(qiáng)材料。
【專利說明】
一種高介電常數(shù)的玻璃纖維
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于印刷電路板材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高介電常數(shù)的玻璃纖維。
【背景技術(shù)】
[0002] 近十幾年來(lái)，由于電子信息產(chǎn)業(yè)的飛躍式發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備和微波線路小型化、便 攜化的要求也越來(lái)越高，這就要求印刷電路板向高容量、小型化的方向發(fā)展。只有印刷電路 板的材料具有高的介電常數(shù)才能滿足這種需求，這是由于器件的尺寸和制造器件的材料的 介電常數(shù)成反比，介電常數(shù)高才有可能把器件的尺寸做小。印刷電路板通常由樹脂和玻璃 纖維組成的，如果采用介電常數(shù)在10以上的樹脂，則材料的介電損耗急劇增加，難以實(shí)用 化。因此常規(guī)用于印刷電路板的樹脂材料的介電常數(shù)一般在4以下。要提高印刷電路板的介 電常數(shù)，關(guān)鍵在于提高玻璃纖維的介電常數(shù)。傳統(tǒng)用于印刷電路板的E玻璃纖維的介電常數(shù) 在7左右，也不能滿足電路板小型化的要求。因此亟需開發(fā)比E玻璃具有更高的介電常數(shù)(介 電常數(shù)大于9)的玻璃纖維。
[0003] 針對(duì)這種情況，國(guó)內(nèi)外做了很多研究，開發(fā)了一些低介電常數(shù)和低介電損耗的玻 璃纖維。如美國(guó)專利5284807介紹了一種高介電常數(shù)玻璃纖維的組成：SiO 2 40~65mol%， RO (RO=MgO、CaO、SrO、BaO) 20~45mo 1 %，Ti〇2+Zr〇25~25mo 1 %，Nb2O5 0 · 5 ~15mo 1 %，A12〇3 0.5~15mol %，所得玻璃纖維的介電常數(shù)ε大于9,拉絲溫度在1150 °C左右。中國(guó)專利 201310121691.6介紹了一種高介電常數(shù)玻璃纖維的組成：Si〇2 30~40wt%，Mg0 0~ 2wt%，Ca0 3~7wt%，Sr0 6~10wt%，Ba0 22~27wt%，Ce〇2 0~5wt%，Ti〇2 7~15wt%， Zr〇2 2~5wt%，Nb2〇5 4~22wt%，Al2〇3 0~6wt%;ZnO、R2〇及其它化合物的總量小于 lwt% ;在IMHz頻率條件下，玻璃纖維介電常數(shù)ε大于9.5、介電損耗tgS小于〇. 03，拉絲溫度 在1100~1120°C之間。為了保證玻璃纖維有良好的成型性能和介電性能，上述玻璃纖維的 組成中都含有Nb 2O5和AhO3。貴金屬氧化物Nb2O5大大增加了生產(chǎn)成本，AhO 3的存在會(huì)導(dǎo)致玻 璃熔融困難，相應(yīng)地也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種工藝性和介電性能優(yōu)良、生產(chǎn)成 本相對(duì)較低的高介電常數(shù)玻璃纖維。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種高介電常數(shù)的玻璃纖維，原料包括按重量份計(jì)的下列組分= SiO2 35~45份， B2O3 1 ~5份，BaO 15 ~25份，SrO 10 ~20份，Ti〇2 10 ~20份。
[0007]本發(fā)明建立了基本不含貴金屬氧化物Nb2O5和難融氧化物Al2O 3的新高介電常數(shù)玻 璃纖維體系，通過對(duì)該玻璃體系的設(shè)計(jì)試驗(yàn)得到一種新的高介電常數(shù)的玻璃纖維組成。在 該高介電常數(shù)的玻璃纖維中：
[0008] SiO2是形成玻璃及玻璃纖維的骨架氧化物之一，在本發(fā)明中當(dāng)SiO2不足35份時(shí)，玻 璃液的粘度小，難于拉成玻璃纖維，工藝性能差。當(dāng)SiO 2超過45份時(shí)，玻璃纖維的高溫粘度 大，拉絲溫度高，介電常數(shù)低。
[0009] B2O3也是形成玻璃的骨架氧化物之一，在本發(fā)明中當(dāng)B2O3不足1份時(shí)，玻璃纖維的 高溫粘度大，拉絲溫度高，生產(chǎn)時(shí)容易失透。當(dāng)B2O3超過5份時(shí)，玻璃纖維的介電常數(shù)低。
[001 0] BaO在本發(fā)明中起到玻璃網(wǎng)絡(luò)調(diào)整體的作用，當(dāng)BaO不足15份時(shí)，玻璃纖維的高溫 粘度大，拉絲溫度高，拉絲過程中容易失透，介電常數(shù)低。當(dāng)BaO超過25份時(shí)，玻璃液的粘度 小，難于拉成玻璃纖維，工藝性能差。
[0011] SrO在本發(fā)明中也起到玻璃網(wǎng)絡(luò)調(diào)整體的作用，當(dāng)SrO不足10份時(shí)，玻璃纖維的高 溫粘度大，液相溫度高，拉絲過程中容易失透，介電常數(shù)低。當(dāng)SrO超過20份時(shí)，玻璃液的粘 度小，難于拉成玻璃纖維，工藝性能差。
[0012] TiO2在本發(fā)明中起到增加介電常數(shù)的作用，當(dāng)TiO2含量不足10份時(shí)，玻璃纖維的介 電常數(shù)低，當(dāng)當(dāng)Ti02含量超過20份時(shí)，玻璃在拉絲時(shí)容易失透，拉制的纖維容易斷裂。
[0013] 其中，所述BaO和SrO的重量份之和在35~45份之間。如果BaO和SrO的重量百分比 之和低于35份，玻璃纖維的高溫粘度大，拉絲溫度高，拉絲過程中容易失透，介電常數(shù)低。如 果BaO和SrO的重量百分比之和高于45份，玻璃液的粘度小，難于拉成玻璃纖維，工藝性能 差。
[0014] 從介電常數(shù)、介電損耗以及玻璃纖維成型性能等參數(shù)全面考慮，原料各組分可以 優(yōu)選為：Si〇2 43~45份，B2O3 1.7~4.2份，BaO 19.5~25份，SrO 11 ~20份，TiO2 11 ~18.5 份。
[0015] 采用本發(fā)明組成和重量百分比例制備的玻璃纖維，室溫下，頻率為IMHz時(shí)介電常 數(shù)為9~13,介電損耗為3~9 X ΚΓ4。拉絲溫度在1100~1180°C之間，拉絲溫度和液相溫度之 差大于50°C，介電性能、工藝性能優(yōu)良。
[0016] 本發(fā)明的玻璃纖維制備方法簡(jiǎn)單，采用常規(guī)的玻璃纖維制備工藝即可生產(chǎn)。將上 述原料混合均勻后裝入鉑金坩堝在1400°C-150(TC保溫，得到均勻、澄清的玻璃液，然后通 過鉑金漏板流出，在拉絲機(jī)帶動(dòng)下，即得到高介電常數(shù)玻璃纖維。
[0017] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0018] 1、本發(fā)明采用的玻璃體系不含貴金屬氧化物Nb2O5和難融氧化物Al 2O3,組成成分 簡(jiǎn)單，制備容易，生產(chǎn)成本相對(duì)較低。
[0019] 2、本發(fā)明提供的玻璃纖維具有高的介電常數(shù)和低的介電損耗，室溫下，頻率為 IMHz時(shí)介電常數(shù)為9~13,介電損耗為3~9 X 10 一4。
[0020] 3、本發(fā)明提供的玻璃纖維的拉絲溫度在1080 °C以下，低于其它發(fā)明的1100 °C以上 的拉絲溫度。
[0021] 4、本發(fā)明提供的玻璃纖維的拉絲溫度與液相溫度之差均大于50°C，一般認(rèn)為這個(gè) 數(shù)值以上有利于拉絲作業(yè)，易于生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]本發(fā)明的實(shí)施例1 -8以及比較例I -12均采用以下方法制備：
[0024]將各種原料按照相應(yīng)的質(zhì)量份制成配合料，混合均勻后裝入鉑金坩堝在1400°C到 1500Γ保溫4小時(shí)，得到均勻、澄清的玻璃液;將所述玻璃液倒在預(yù)熱的不銹鋼模具上，置于 馬弗爐內(nèi)退火后制成玻璃片，將所述玻璃片經(jīng)切割、研磨、拋光后制成厚約1.5mm、長(zhǎng)約4mm、 寬約3mm的矩形片。
[0025] 在所述矩形片涂上銀電極后進(jìn)行介電常數(shù)及介電損耗的測(cè)量。
[0026] 實(shí)施例1-8
[0027] 采用上述方法，按表1的原料組分制備高介電常數(shù)的玻璃纖維，并檢驗(yàn)性能參數(shù)， 其中，拉絲溫度是指玻璃液粘度為1000泊時(shí)的溫度，本發(fā)明采用高溫粘度儀測(cè)試玻璃液在 不同溫度下的粘度，從而確定拉絲溫度。液相溫度是指玻璃液長(zhǎng)期保溫而不發(fā)生析晶或分 相而使玻璃失透的溫度上限，本發(fā)明采用梯度爐法測(cè)試液相溫度。
[0028] 表1實(shí)施例1-8原料組分及制成的高介電常數(shù)的玻璃纖維的性能參數(shù)

[0031] 比較例1-12
[0032] 采用上述方法，按表2的原料組分制備高介電常數(shù)的玻璃纖維，并檢驗(yàn)性能參數(shù)
[0033] 表2比較例1-12原料組分及制成的高介電常數(shù)的玻璃纖維的性能參數(shù)
[0035] 由上述實(shí)施例及比較例可知，本發(fā)明提供的玻璃纖維具有良好的工藝性、較高的 介電常數(shù)和較低的介電損耗;本發(fā)明實(shí)施例提供的玻璃纖維的拉絲溫度都低于1080°C，大 大低于比較例2提供的高介電常數(shù)玻璃纖維的拉絲溫度;本發(fā)明實(shí)施例提供的玻璃纖維的 拉絲溫度與失透上限溫度之差均大于50°C，有利于拉絲作業(yè);本發(fā)明實(shí)施例提供的玻璃纖 維的介電性能和比較例2提供的高介電常數(shù)玻璃纖維相近，優(yōu)于比較例1提供的E玻璃纖維； 本發(fā)明實(shí)施例提供的玻璃纖維的組成和比較例2相比，沒有貴金屬氧化物Nb 2O5和難融氧化 物Al2O3,相比較而言生產(chǎn)成本較低。因此，本發(fā)明提供的玻璃纖維可以適用于印刷電路板小 型化需要的玻璃纖維增強(qiáng)材料領(lǐng)域。
[0036] 本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施 方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不 同形式的變化和變動(dòng)。這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案 所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高介電常數(shù)的玻璃纖維，其特征在于，原料包括按重量份計(jì)的下列組分:Si〇2 35 ~45份，B2O3 1 ~5份，BaO 15~25份，SrO 10~20份，Ti〇2 10~20份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高介電常數(shù)的玻璃纖維，其特征在于，所述BaO和SrO的重量 份之和為35~45份。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高介電常數(shù)的玻璃纖維，其特征在于，原料包括按重量份計(jì)的 下列組分：Si〇2 43~45份，B2〇3 1.7~4.2份，BaO 19.5~25份，SrO 11 ~20份，Ti〇2 11 ~ 18.5 份。
【文檔編號(hào)】C03C13/00GK105859145SQ201610213088
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月7日
【發(fā)明人】田中青, 黃偉九
【申請(qǐng)人】重慶理工大學(xué)