[发明专利]一种基于陶瓷基板的超材料及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种基于陶瓷基板的超材料及其制备方法。

【背景技术】

目前制作陶瓷基板超材料的方法是：选用树脂基中混入已烧结完成的陶瓷粉的玻璃布树脂复合基板，在其表面压合铜箔，最后蚀刻出微结构，但此方法基板的陶瓷粉最高含量有限制，介电常数和介电损耗不够理想。另一方法是利用低温共烧陶瓷(LTCC)技术制作多层陶瓷基板，所述的低温共烧陶瓷技术(LTCC)是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个被动组建(低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器)埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内、外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路；

虽在介电常数、介电损耗上可满足超材料的设计应用，但在制作电路时，多用丝网印刷技术，该技术印刷的电路线宽大约在70μm左右，且印刷的形状精度也不高，难以满足种类日益丰富的微结构加工。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：利用低温共烧陶瓷技术结合刻蚀技术制备出致密、一体的多层的基于陶瓷基板的超材料。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于陶瓷基板的超材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：

a、制备生瓷带：将低温烧结陶瓷粉末、溶剂和粘结剂一按一定比例混合均匀形成陶瓷浆料，采用流延法将陶瓷浆料制成生瓷带；

b、将金属薄膜覆在涂覆有粘结剂二的生瓷带上，并烘干、保持干燥；

c、通过刻蚀技术在金属薄膜上刻蚀出微结构图形；

d、重复步骤a、b、c，制备多片蚀刻有微结构的生瓷带；

e、将步骤d中的多片生瓷带叠合，然后热压、烧结，形成一体的多层基于陶瓷基板的超材料。

在所述的步骤c之前还包括在所述的覆有金属薄膜的生瓷带上蚀刻出定位标记。

所述的步骤c通过刻蚀技术在金属薄膜上刻蚀出微结构，具体方法为：在金属薄膜上涂抹一层光刻胶，将掩膜板对准光刻胶进行曝光，然后去除未曝光的光刻胶，再通过腐蚀液去掉微结构图形以外的金属薄膜，获得刻蚀有微结构图形的生瓷带。

所述的步骤e的热压、烧结具体为：将多片生瓷带对准叠合后，先在100℃-400℃下热压5-10分钟，再在氩气、氮气或湿氢气的氛围下和温度为500℃-900℃下烧结1-4小时，获得致密、一体的多层基于陶瓷基板的超材料。

所述步骤a中低温烧结陶瓷粉末为BiNbO₄和0.5wt％Cu的粉末混合物、BaTi₄O₉和1.5wt％BaCu(B₂O₅)的粉末混合物或TeO₂和10wt％CaTiO₃的粉末混合物。

所述的粘结剂一为聚乙烯醇或淀粉或羧甲基纤维素。

所述的粘结剂二为聚乙烯醇或淀粉或羧甲基纤维素。

所述的溶剂为乙醇、丙酮或水。

所述刻蚀的微结构图形由所述的掩膜板控制。

所述的微结构图形为轴对称图形或非轴对称图形。

所述的金属薄膜为铜箔、金箔、银箔或铝箔。

原理为：采用低温烧结陶瓷粉末制成生瓷带，利用低温共烧陶瓷技术结合刻蚀技术在生瓷带上蚀刻出微结构图形，在温度为900℃以下对生瓷带烧结制成致密的基于陶瓷基板的超材料，并且温度为900℃以下不会对金属结构造成不良反应。

一种基于陶瓷基板的超材料，包括以上任意一项所述的方法制备的基于陶瓷基板的超材料。

本发明的有益效果为：利用低温共烧陶瓷技术结合刻蚀技术制备出致密、一体的多层的基于陶瓷基板的超材料，陶瓷基板层与层之间不需要使用其他材料进行粘合，并且最后烧结出的多层陶瓷基板之间的结合与陶瓷内部的结合一样，不会影响陶瓷的介电常数，也不会影响金属微结构；该制造工艺简单、成本低，适于多层超材料的大规模应用。

【附图说明】

图1为本发明实施例一的流程图；

图2为本发明实施例二的流程图；

图3为本发明实施例三的流程图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。