稀土氧化物掺杂铝硼硅酸盐玻璃纤维结构与性能影响研究

With the development of electronic industry, E-glass fibers (εr= 6.5) have not meet the demands of glass fiber printed circuit board (PCB) substrates. Therefore, the development of the printed circuit board which has low dielectric constant and loss is imperative. Based the study on structural, dielectric and chemical characteristics of aluminoborosilicate glass fiber doped with different Re2O3, we choose two kinds rare earth oxides as key study, and utilize infrared spectroscopy (IR), nuclear magnetic resonance (MAS NMR) and Raman spectroscopy to analyze Al and B coordination variation, also discuss the effect of microstructure variations on dielectric properties. Meanwhile, according to the further characterization on dielectric properties, chemical durability and the other properties to study the quantitative relationship among composition,structure and properties, thereby acquire the composition of low dielectric constant glass fiber, which meet the process demands.

随着当前电子信息工业的发展，目前E玻璃纤维（介电常数为6.5左右）已不能满足高频线路印刷电路板(PCB)基板的要求。因此，开发应用于印刷电路板且具有低介电常数和低介电损耗的玻璃纤维势在必行。本项目在课题组前期研究稀土掺杂铝硼硅酸盐玻璃纤维介电性能、化学稳定性等性能的基础上，优化确定两种稀土氧化物作为重点研究对象，在满足玻璃纤维生产工艺性能的前提下对掺杂稀土氧化物的玻璃纤维结构进行研究，利用红外光谱（IR）、核磁共振(MAS NMR)、拉曼光谱等测试分析技术深入探讨稀土氧化物掺杂对Al、B配位影响规律，探讨玻璃纤维微观结构变化对介电性能影响研究。同时对玻璃纤维介电性能、化学稳定性、热膨胀性、高温粘度等进行研究和表征，进一步研究建立玻璃纤维组成、结构和性能之间的关系。确定具有优异的介电性能、化学稳定性等且满足玻璃纤维生产工艺要求的低介电玻璃纤维组成配比。

近年来，电子信息产业飞速发展，对印制电路板的性能要求大幅提高。而目前用于增强电路板的玻璃纤维无法满足要求，成为了制约电路板性能提升的瓶颈。因此，研究用于印制电路板具有低介电常数和损耗的玻璃纤维对国家信息产业的发展具有重要意义。本课题首先探索了多种稀土氧化物单独掺杂对铝硼硅酸盐玻璃结构及介电性能的影响，总结出玻璃介电性能与稀土氧化物种类之间的关系，发现La2O3对玻璃性能的影响相对较好；并在此基础上重点研究了三种稀土氧化物的不同掺量及两种稀土氧化物共掺杂对铝硼硅酸盐玻璃结构及综合性能的影响，结果表明La2O3和Y2O3共掺杂且二者含量比例为1：1左右时，玻纤的介电性能较好。然后，探究了二价金属氧化物对稀土掺杂玻璃的结构及性能影响，结合结构及介电性能等分析，得出对于该系统铝硼硅酸盐玻璃较优的二价金属氧化物种类及掺量分别是MgO和MgO与CaO含量比例为0.4。而后，研究了玻璃形成体氧化物之间的含量比例对稀土掺杂玻璃结构及性能的影响，根据各项性能变化总结出影响规律，得到形成体之间的较优比例，结果为SiO2/B2O3在2.7~4.0，B2O3/Al2O3在1.6~2.5玻璃里的整体性能较好。最后，综合以上研究结果，得到具有较优介电性能的玻璃纤维配方，并制得低介电常数玻璃纤维。