今天帶大家了解一下“小眾產(chǎn)品石英纖維”，這個(gè)看起來(lái)很偏門的玩意可是航天軍工領(lǐng)域不可或缺的材料哦。除了應(yīng)用于高大上的特殊領(lǐng)域外，石英纖維因具有介電常數(shù)低（約3.7），介電損耗因子?。ǖ陀?.001）特點(diǎn)，也是5G超高速布線基板的優(yōu)選材料。PS：與普通纖維相比，石英纖維造價(jià)可謂之很高昂，因此石英纖維只能走高端應(yīng)用的路線。

石英纖維超細(xì)砂（圖片來(lái)源：神玖天航新材）

石英纖維？玻璃纖維？傻傻分不清楚？

石英纖維與玻璃纖維的關(guān)系：玻璃纖維有很多種，石英纖維是其中的一種（因此也有石英玻璃纖維的說(shuō)法），主要特點(diǎn)是二氧化硅含量高高高。

走一下題，科普一下玻璃纖維類別。玻璃纖維的分類方法很多，可從玻璃原料成分、單絲直徑、纖維外觀、生產(chǎn)方法及纖維特性等方面進(jìn)行分類。目前最為通俗的分類方法是以玻璃原料成分分類（主要用于連續(xù)玻璃纖維的分類），通常按堿金屬氧化物含量來(lái)區(qū)分，堿金屬氧化物（R20）是普通玻璃的主要組分之一，其主要作用是降低玻璃的熔點(diǎn)，一般指氧化鈉、氧化鉀，由純堿、芒硝、長(zhǎng)石等物質(zhì)引人。但玻璃中堿金屬氧化物的含量愈高，它的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性能和強(qiáng)度都會(huì)相應(yīng)降低。因此，對(duì)不同用途的玻璃纖維，常采用不同含堿量的玻璃成分。因此有如下類別：a、無(wú)堿纖維（通稱E玻璃）。R20含量小于0.8%，是一種鋁硼硅酸鹽成分。它的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性能、強(qiáng)度都很好。b、中堿纖維（通稱C玻璃）。R20的含量為11.9%-16.4%，是一種鈉鈣硅酸鹽成分，因其含堿量高，不能作電絕緣材料，但其化學(xué)穩(wěn)定性和強(qiáng)度尚好。c、特種玻璃纖維。在玻纖業(yè)內(nèi)，玻璃纖維泛指無(wú)堿和中堿產(chǎn)品這兩大類產(chǎn)品，因此這個(gè)不好分類了，整個(gè)特種玻璃區(qū)分一下，常見(jiàn)的系列有，純鎂鋁硅三元組成的高強(qiáng)玻璃纖維、鎂鋁硅系高強(qiáng)高彈玻璃纖維、硅鋁鈣鎂系耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕玻璃纖維、含鉛纖維、高硅氧纖維及石英纖維等都屬于特種玻璃纖維系列。

玻璃是一種以脆聞名的物質(zhì)，但有趣的是，玻璃一旦經(jīng)加熱，被拉制成比頭發(fā)還要細(xì)得多的玻璃纖維之后，它就變得像合成纖維那樣柔軟，而堅(jiān)韌的程度甚至超過(guò)了同樣粗細(xì)的不銹鋼絲，此外玻璃纖維具有優(yōu)秀的電絕緣性能，同時(shí)耐高溫，抗腐蝕能力強(qiáng)。因此玻璃纖維常常用做強(qiáng)化塑料的補(bǔ)強(qiáng)材料，高級(jí)電絕緣材料，絕熱材料和防火材料屏蔽材料等。

石英玻璃纖維的特點(diǎn)

相比于含有大量其它雜七雜八元素的玻璃纖維，一般我們能叫做石英纖維或石英玻璃纖維的其二氧化硅含量應(yīng)當(dāng)在99.9%以上。它是采用高純石英/二氧化硅或天然水晶為原料制得的一種無(wú)機(jī)纖維，直徑一般為一微米~幾十微米。

石英纖維二氧化硅含量高，保持了固體石英的一些特點(diǎn)和性能，具有很高的耐熱性，高溫和高頻率電絕緣性，耐燒蝕，抗熱震，良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能長(zhǎng)期在1050℃以下使用，瞬間耐高溫達(dá)1700℃，抗拉強(qiáng)度是普通纖維的3倍。此外它還具有著優(yōu)越的介電性能，它的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗系數(shù)是所有礦物纖維中最低的，1MHz的介電常數(shù)為3.70，介質(zhì)損耗系數(shù)低于為0.001，在高頻及700℃以下區(qū)域，石英纖維局具有最低和最穩(wěn)定的介電常數(shù)和介電損耗，同時(shí)強(qiáng)度可以保留70%以上。

綜上，石英纖維的特點(diǎn)：耐熱性好！力學(xué)性能優(yōu)秀！高溫和寬頻條件下透波能力優(yōu)秀！是雷達(dá)罩、電磁發(fā)射窗口和低介電產(chǎn)品的優(yōu)選材料。

熱點(diǎn)應(yīng)用1：耐高溫透波材料

耐高溫透波材料是指對(duì)波長(zhǎng)在1~1000mm，頻率在0.3~300GHz的電磁波的單向透過(guò)率大于70%的材料，它是兼有耐高溫性能與透波性能的介質(zhì)材料，主要用于制造飛行器的天線罩和天線窗，用于保護(hù)雷達(dá)天線或整個(gè)微波系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下能夠正常工作。

雷達(dá)天線罩選材的依據(jù)是高強(qiáng)度、高模量、耐候性好、介電性能好等，其中的介電性能具體包括介電常數(shù)(ε)和損耗角正切(tanδ)，tanδ越大，電磁波能量在穿透天線罩過(guò)程中轉(zhuǎn)化為熱量而損耗的能量就越多；ε越大，電磁波在空氣與天線罩壁分界面上的反射就越大，從而導(dǎo)致鏡像波瓣電平增加和傳輸效率降低。因此，要求雷達(dá)天線罩罩體材料的ε盡可能低，tanδ低至接近于0，以達(dá)到最大傳輸和最小反射的目的。此外，如果是在高溫下使用，還要保證材料的介電常數(shù)和損耗角正切值不隨著溫度、頻率有明顯的變化，以保證氣動(dòng)加熱條件下，盡可能不失真的透過(guò)電磁波。

石英玻璃纖維工作頻率與介電常數(shù)

石英纖維耐溫能力優(yōu)秀，介電性能相對(duì)于普通玻纖的介電性更加優(yōu)越，石英纖維的損耗角正切(tanδ)和介電常數(shù)(ε)在玻璃纖維體系中最低，石英玻璃纖維織物增強(qiáng)的二氧化硅基復(fù)合材料因含有一定的孔隙率，具有較低的介電常數(shù)較高的透過(guò)率且在較寬頻帶范圍內(nèi)基本不變化，同時(shí)與酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等樹(shù)脂基體都有很好的兼容性，因很適合作為高溫高頻透波天線罩材料的增強(qiáng)體。

熱點(diǎn)應(yīng)用2：高頻高速低介電低損耗基板材料

電子信息產(chǎn)品特別是微波器件的高速發(fā)展，集成度的提高和數(shù)字化、高頻化、多功能化的發(fā)展對(duì)高頻基板材料提出了更高的要求，此外，隨著5G的商業(yè)化進(jìn)程逐步推進(jìn)，高頻高速基板的需求日益明顯。

實(shí)現(xiàn)PCB的高頻高速化，通常通過(guò)如下幾個(gè)方面進(jìn)行：對(duì)樹(shù)脂和玻纖及整體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，或通過(guò)布線或其他方式改進(jìn)基板的特性。從材料角度考慮，低介電常數(shù)及低介質(zhì)損耗因數(shù)的材料最合適。

5G射頻低損耗基材（來(lái)源：生益科技）

PCB傳輸速度影響因素。在高頻電路中，信號(hào)傳輸速度與基板介電常數(shù)呈現(xiàn)反相關(guān)（此處公式略去），基板介電常數(shù)越低，信號(hào)傳播得越快，因此想要得到高的信號(hào)傳輸速率，就必須研究開(kāi)發(fā)低介電常數(shù)的基板材料。

PCB板的信號(hào)傳輸損失。導(dǎo)體電路上的傳輸損失中的介質(zhì)損失主要是受到基板材料絕緣層的介電常數(shù)(ε)、介質(zhì)損失因數(shù)(tanδ)所支配。傳輸損失的影響與介電常數(shù)(ε)、介質(zhì)損失因數(shù)(tanδ)的大小成正比，并與介質(zhì)工作時(shí)的頻率大小相關(guān)。在同一介電常數(shù)(ε)或介質(zhì)損失因數(shù)(tanδ)，頻率越高，其傳輸損失就越大，基板(tanδ)越小，信號(hào)傳播的衰減越小。因此在高頻電路基板材料的選擇或者研究開(kāi)發(fā)時(shí)，要求其具有較低的介電常數(shù)(ε)或介質(zhì)損失因數(shù)(tanδ)。

玻纖增強(qiáng)材料是高頻基板復(fù)合材料中力學(xué)強(qiáng)度的主要承擔(dān)者，一般來(lái)說(shuō)其介電常數(shù)高于樹(shù)脂基體，又在復(fù)合材料中占有較高的體積含量，因此它是決定復(fù)合材料介電性能的主要因素。世界各國(guó)生產(chǎn)的硅酸鹽成分的玻纖織物組成大體相同，其基礎(chǔ)成分都是SiO₂\AI₂O₃\CaO三元系統(tǒng)，重量百分比在小范圍內(nèi)波動(dòng)。常溫下構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)的硅氧或硼氧、鋁氧骨架無(wú)弱聯(lián)系離子，幾乎不導(dǎo)電。但是網(wǎng)絡(luò)中充填了陽(yáng)離子，特別是堿金屬離子時(shí)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在堿金屬離子處中斷，形成弱聯(lián)系離子，產(chǎn)生熱離子極化，這是影響玻璃介電性能的主要因素

目前通常采用的是無(wú)堿玻纖（E玻纖），其介電常數(shù)為7.2（1MHz），不能滿足高頻高速電路的要求。石英玻璃纖維布的介電常數(shù)及消耗因數(shù)低，且線膨脹系數(shù)低于1ppm/℃，傳輸損耗（電信號(hào)的劣化程度）的特性極為優(yōu)異，適用于5G超高速布線基板材料，但它的加工成本較高，單獨(dú)使用不合適，或許通過(guò)對(duì)不同品質(zhì)的玻纖進(jìn)行合理選配，或許能在保證低介電性能的同時(shí)，很好的解決工業(yè)化生產(chǎn)成本的問(wèn)題。此外，及細(xì)且強(qiáng)度好的石英纖維有利于制備更加輕薄的基板產(chǎn)品。

粉體圈 作者Alpha