一种掺杂Yb制造技术

本发明专利技术提供了一种通过添加稀土氧化物(Yb

A doping Yb

The invention provides a method of adding rare earth oxide (Yb

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂Yb2O3的无氟低介电玻纤及其制备方法
本专利技术属于玻璃纤维
，涉及一种掺杂稀土氧化物Yb2O3(氧化镱)的无氟低介电玻璃纤维，这种玻璃纤维有利于规模化生产并可适用于覆铜板生产领域。
技术介绍
低介电玻璃纤维具有较低的介电常数和介电损耗，可以被纺织为电子级玻璃纤维布，并作为覆铜板的支撑骨架材料与树脂进行复合用于增强覆铜板的强度。覆铜板作为电气元器件进行电路刻蚀并最终制成印刷电路板，使设备轻便灵活、高集成化。覆铜板可以广泛的应用于航空航天、通讯、军事武器、家用电器以及生活的各方面。由于过高的介电常数和介电损耗会影响信号的传播速度以及信号强度，所以我们需要通过降低玻璃纤维的介电常数和介电损耗来改善覆铜板的性能。覆铜板主要包括玻璃纤维和树脂基体，其中树脂基的介电常数在2.1~3.3、介电损耗在2×10-4~0.005，并且目前国内外电路板中主要应用的是E玻璃纤维和D玻璃纤维。其中，E玻璃纤维的成分包括：52~56%的SiO2、10~16%的Al2O3、5~11%的B2O3、15~25%的CaO、0~5%的MgO和0~0.8%的Na2O+K2O。D玻璃纤维的成分包括：72~76%的SiO2、0~6%的Al2O3、20~24%的B2O3和3~5%的Na2O+K2O。E玻璃纤维的介电常数偏高(5.8~6.5左右)，并且介电损耗较大(0.001~0.002左右)，不能满足高密度化和信息高速处理化的要求。D玻璃纤维的介电常数为3.8~4.1，介电损耗为0.0015左右，但D玻璃纤维的成型温度远高于其他玻璃(约1410℃左右)，这就使得D玻璃纤维由于自身成型温度的限制而无法大规模的应用于工业化生产，并且D玻璃纤维的耐水性较差，容易与树脂基体发生脱离。针对上述情况，国内外专家也做了大量的研究。中国专利96194439.0公开的一种低介电玻璃纤维，降低了CaO的含量，就意味着降低了玻璃析晶的可能，使其介电常数达到4.2~4.5左右，但是为了改善熔制性能，该玻璃纤维引入了1~4%的TiO2，而TiO2的引入会使玻璃着色，限制了其应用。国内的重庆国际复合材料有限公司的专利CN102503153A介绍了一种低介电常数玻璃纤维，其介电常数可达到4.1左右，但是其玻璃纤维的成型温度在1300℃左右，不利于玻璃纤维的工业化生产。美国PPG工业俄亥俄公司的专利CN102531401A介绍了在保证玻璃纤维介电性能的情况下降低玻璃的成型温度，最低可达到1244℃，该温度可以使玻璃大规模生产，但不足之处在于其引入了F元素，F元素的引入会在生产中对环境造成严重危害。法国专利02810477.3公开了一种低介电玻璃纤维，P2O5是其中的组分，使得玻璃纤维在高频下的介电损耗较低频下有明显的降低，但是其介电常数在频率变化过程中在5左右，没有明显改善。
技术实现思路
以上专利的研究成果已经取得了较大进步，但也存在含P和F元素(污染环境)或者成型温度较高等各种问题。有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种低介电玻璃纤维，本专利技术提供的玻璃纤维具有良好的工艺性和操作性、较低的介电常数和介电损耗。本专利技术提供一种无氟低介电玻璃纤维，以摩尔百分计包括：SiO255~75%、Al2O35~20%、B2O37~15%、CaO+MgO0~8%、Li2O+Na2O+K2O0.1~1.5%、Yb2O30.1~7%。优选的，包括SiO258~69%。优选的，包括Al2O38~17%。优选的，包括B2O38~14%。优选的，包括CaO2~6%。优选的，包括MgO2~6%。优选的，包括Li2O+Na2O+K2O0.1~1%。优选的，包括Yb2O3低于5%。优选的，包括Yb2O3低于3%。本专利技术中的无氟低介电常数与低介电损耗玻璃纤维中，通过添加稀土氧化物Yb2O3来降低玻璃的介电常数和介电损耗。影响介电常数值的主要因素有电子位移极化和离子位移极化，而玻璃网络结构的变化也会对以上极化作用产生影响，进而对玻璃的介电常数产生影响。若玻璃网络结构致密、聚合度高以及网络键具有较高的强度则会限制电子、离子位移，进而降低电子位移极化和离子位移极化。离子位移极化与非桥氧键的存在数目以及场强较弱的阳离子电荷有关，若非桥氧含量少并且场强较弱的阳离子少或者离子被固定移动困难都可以减少离子位移极化。若玻璃结构具有较为完整的网络结构，并且非桥氧以及断键较少，则空间电荷较少，进而空间电荷极化较少，则极化损耗减少进而减少介电损耗。稀土氧化物Yb2O3掺杂铝硼硅酸盐玻璃样品的介电常数呈现先降低后增加的趋势，介电常数的降低与稀土离子掺杂对玻璃网络结构的改变有关。稀土离子(Yb3+)随着稀土氧化物的添加会进入网络间隙使网络致密度增加，并且由于Yb3+场强较大会强烈的吸引网络断键和稳固电子以及电荷，使电子位移极化和离子位移极化均减小。另外玻璃网络中掺入的阳离子与直接邻近的非桥接氧离子之间存在偶极机制，从而电子位移极化和离子位移极化的极化受到限制。由于Yb2O3的添加促进[AlO5]、[AlO4]、[BO3]等多面体向着四面体[AlO4]和[BO4]转变，使玻璃网络聚合度增加并使玻璃中的非桥氧数目减少，进而减少了非桥氧的极化率。而稀土氧化物的过量添加会使玻璃的介电常数呈现上升趋势，稀土氧化物过量的添加会使玻璃的网络结构在一定程度上被破坏，进而玻璃中的电子位移极化和离子位移极化会增强，并且稀土离子本身的极化率也较玻璃的其它基础组分大。SiO2、B2O3、A12O3在玻璃中作为玻璃的形成体，对玻璃的网络结构以及性能起到了关键性的作用。其中SiO2是形成骨架的主体，以硅氧四面体的结构组成不规则的连续网络结构，该结构具有较高的键强，在外电场的作用下不易极化，也不易产生电导和松弛等损失。SiO2含量的升高对降低玻璃的介电常数以及介电损耗都有较明显的效果。SiO2不足50%时，玻璃的介电性能较差。但是SiO2含量过高会使得玻璃的熔点高、玻璃液粘度过大导致熔化困难、耗能过大不利于工业化生产。为了既满足玻璃介电性能的需要又能满足生产需要，本专利技术中最优限定SiO2含量为58~69%。B2O3本身是网络形成体，能单独形成玻璃。在硅酸盐玻璃中硼原子能够部分取代硅原子构成网络结构。B2O3的添加引入B3+，形成B-O键，该键的键能较Si-O键能大，在玻璃中可以起到稳定玻璃网络结构并且限制氧离子极化的作用。因此适量添加B2O3可以优化玻璃的介电性能。另外，B2O3在玻璃中具有助熔的作用，可以使得玻璃的高温粘度降低节省成本利于生产。但是随着B2O3含量的增加玻璃的失透范围增大，另外B2O3易挥发会对环境造成污染，在生产过程中应严格控制用量。在本专利技术中最优限定B2O3含量为8~14%。A12O3虽然不是玻璃形成体，但是其可以对玻璃的网络结构产生影响进而对玻璃的稳定性起到重要的作用。A12O3适量的添加可以降低玻璃的析晶倾向、提高化学稳定性、改善热稳定性。若A12O3过量的添加会使玻璃液粘度过大反而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无氟低介电玻璃纤维，其特征在于，由以下摩尔百分计的原料制成：SiO

【技术特征摘要】
1.一种无氟低介电玻璃纤维，其特征在于，由以下摩尔百分计的原料制成：SiO255~75%、Al2O35~20%、B2O37~15%、CaO+MgO0~8%、Li2O+Na2O+K2O0.1~1.5%、Yb2O30.1~7%。


2.根据权利要求1所述的无氟低介电玻璃纤维，其特征在于，按摩尔百分计包括58~69%的SiO2。


3.根据权利要求1~2所述的无氟低介电玻璃纤维，其特征在于，按摩尔百分计包括8~17%的Al2O3。


4.根据权利要求1~3所述的无氟低介电玻璃纤维，其特征在于，按摩尔百分计包括8~14%的B2O3，且SiO2/B2O3在5.8~9.2，Al2O3/B2O3在1~2.5。


5.根据权利要求1~4所述的无氟低介电玻璃纤维，其特征在于，按摩尔百分计包括2~8%的CaO+MgO。

【专利技术属性】
技术研发人员：岳云龙，杨胜赟，康俊峰，张路路，屈雅，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37