本发明专利技术涉及一种低介电常数、高调谐率、高温度稳定性和低损耗的微波调谐用 (Ba,Sr)TiO3‑Ba4Ti13O30复合陶瓷的制备方法。本发明专利技术以BaCO3、SrCO3、TiO2为原料，采用固相反应法制取BaTiO3和SrTiO3瓷粉，并通过溶胶渗透辅助烧结技术结合混相烧结BaTiO3,SrTiO3和TiO2混合粉的方法，在较低的烧结温度1280℃下制备了致密的(Ba,Sr)TiO3‑Ba4Ti13O30复合陶瓷。该陶瓷在室温1MHz下的介电损耗为0.19%、调谐率为5%(1kV/mm),同时具有优异的介电常数温度稳定性。本发明专利技术工艺简单，生产成本低，易于批量生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种制备具有低介电常数、高调谐率、高温度稳定性和低损耗的微波器件用介电调谐(Ba, Sr)TiO3-Ba4Ti13O30复合陶瓷的制备方法，属于无线通信微波技术用特种陶瓷制备
技术介绍
钛酸锶钡(BST)材料的介电常数可随外加电场改变，是一种可应用于微波下的介电可调的主要研究材料，在相控阵天线系统/雷达中的移相器以及微波无线通信系统中的可调谐振荡器、可调谐滤波器等中具有潜在的应用前景。然而，纯的钛酸锶钡材料因其相对高的介电常数和损耗所引起的阻抗匹配和热损耗问题，难以满足微波可调谐器件的应用要求。许多研究工作都是通过调节Ba/Sr比、元素掺杂、形成复合材料来改善性能。如南京航天航空大学的Qiang Ji制备的CuO和MnO2共掺杂的Ba0.6Sr0.4TiO3-MgO复合陶瓷，室温下介电常数为190，损耗为0.22%，介电调谐率为16%（3kV/mm）；同济大学的Zhang JingJi制备70 wt% BaTi4O9掺杂的Ba0.6Sr0.4TiO3陶瓷，室温下介电常数为68（10KHz），介电调谐率为4%（3kV/mm）。此外，为了获得良好的烧结性能，烧结温度通常较高（＞1350℃）。但是较高的烧结温度影响了BST陶瓷材料的组分非均匀性，不利于提高样品的介电温度稳定性。而且为实现钛酸锶钡材料的厚膜化，需要限制烧结温度（＜1300℃）。本专利技术中采用BaTiO3、SrTiO3和TiO2共同混相烧结的方法，生成物Ba4Ti13O30不仅降低了BST陶瓷材料的介电常数和损耗，还提高了1280℃低温烧结下陶瓷的体密度。本专利技术提供一种工艺简单、成本低廉、易于批量生产且具有低介电常数、低损耗、高介电调谐率、高温度稳定性的(Ba, Sr)TiO3-Ba4Ti13O30复合陶瓷制备新技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提拱一种低介电常数、高介电调谐率、高温度稳定性、低损耗的复合陶瓷的制备方法。本专利技术一种微波调谐用 (Ba, Sr)TiO3-Ba4Ti13O30复合陶瓷的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：a)BaTiO3、SrTiO3和TiO2的混相粉体的制备以BaCO3、SrCO3和TiO2为原料，按照BaTiO3与SrTiO3的化学计量比分别称取BaCO3、TiO2及SrCO3、TiO2放入球磨罐中；加入适量的去离子水、无水乙醇和不同直径大小与形状的二氧化锆球磨子进行球磨24小时；其中，液面高度约占整个球磨罐子高度的2/3，球磨子的质量约为原料总量的1.5～2倍；球磨完后，取出球磨好的浆料，120℃烘干，研细过筛，得到均匀细粉；然后置于烧结炉中，在1100℃煅烧两小时合成BaTiO3粉，在1200℃煅烧两小时合成SrTiO3粉；分别将合成好的BaTiO3与SrTiO3粉研细过筛，接着按照摩尔比BaTiO3:SrTiO3＝4:1将两者于烧杯中混合；再按照摩尔比TiO2: (BaTiO3 + SrTiO3)＝0.6:0.4称取TiO2原料粉加入BaTiO3与SrTiO3混合粉中；充分混合后装入球磨罐，加入适量去离子水、无水乙醇和球磨介质，球磨24小时；出料、120℃烘干和过筛，得到BaTiO3、SrTiO3和TiO2的混相粉体；b)成型向过筛好的混合粉(BaTiO3+ SrTiO3+TiO2)中加入浓度为3%的PVA粘结剂，在220MP下干压成直径12mm、厚度1mm的圆片，再等静压成型，得到有TiO2添加的(Ba,Sr)TiO3混相素坯；c)排胶将上述有TiO2添加的(Ba,Sr)TiO3混相素坯放于烧结炉中700℃缓慢排胶，直至PVA胶体等物质完全排出坯体外；d)BaTiO3溶胶的配制原料包括有Ba(OH)2·8H2O (99.99%)、冰乙酸(分析纯，>99.5%)、Ti(OC4H9)4 (钛酸四正丁脂，>99%)、无水乙醇(分析纯，>99.5%)、苯（C6H6,分析纯）；首先量取12ml无水乙醇与5ml苯倒入洁净锥形瓶中，并将0.03mol的钛酸四正丁脂加入其中；在另一锥形瓶中量取16ml冰乙酸，再称量0.03mol的Ba(OH)2·8H2O加入其中；将上述所得的两份溶液，分别超声至澄清透明后，将两者倒入烧杯混合摇匀，再冰浴超声至澄清透明，得BaTiO3溶胶；e)BaTiO3溶胶渗透混相素坯，并预烧将上述PVA粘结剂排尽的BaTiO3、SrTiO3和TiO2混相素坯放入已配制的BaTiO3溶胶中抽真空30分钟后于烧结炉700℃预烧两小时；f)烧结将上述预烧好的BaTiO3、SrTiO3和TiO2混相素坯在1260℃～1300℃温度下烧结，最终得到致密的(Ba, Sr)TiO3-Ba4Ti13O30复合陶瓷。本专利技术采用传统固相反应法制取BaTiO3和SrTiO3瓷粉，结合溶胶渗透辅助烧结技术，通过烧结BaTiO3、SrTiO3和TiO2混相素坯制备出低损耗、高介电调谐率、高温度稳定性的(Ba, Sr)TiO3-Ba4Ti13O30复合陶瓷。本专利技术复合陶瓷的制备工艺简单，制造成本低，综合性能优异，有利于实现工业规模化生产。附图说明图1本专利技术中所制的(Ba, Sr)TiO3-Ba4Ti13O30陶瓷制备流程图；图2本专利技术中所制的(Ba, Sr)TiO3-Ba4Ti13O30陶瓷的X射线衍射（XRD）图；图3本专利技术中所制的(Ba, Sr)TiO3-Ba4Ti13O30陶瓷的热腐蚀表面扫描电子显微镜（SEM）照片图；图4本专利技术中所制的(Ba, Sr)TiO3-Ba4Ti13O30陶瓷的介电性能图；图5本专利技术中所制的(Ba, Sr)TiO3-Ba4Ti13O30陶瓷的介电调谐图。具体实施方式实施例本实施例中的制备过程和步骤如下：（1）BaTiO3、SrTiO3和TiO2的混相粉体的制备a. 以BaCO3、SrCO3 (分析纯 ≧ 99%) 和TiO2 (化学纯 ≧ 98%) 为原料，按照BaTiO3与SrTiO3的化学计量比1：1分别称取BaCO3、TiO2及SrCO3、TiO2放入球磨罐中；加入适量的去离子水、无水乙醇和不同直径大小与形状的二氧化锆球磨子，球料比为2:1，去离子水和无水乙醇所占的液面高度约为整个球磨罐子高度的2/3，球磨罐转速为50转/分，球磨时间为24小时；b. 取出球磨好的浆料于120℃烘干研细过筛，得到均匀细粉；将粉料置于烧结炉中进行煅烧，在1100℃煅烧两小时合成BaTiO3粉，在1200℃煅烧两小时合成SrTiO3粉；c. 分别将合成好的BaTiO3与SrTiO3粉研细过筛，接着按照摩尔比BaTiO3∶SrTiO3＝4:1将两者于烧杯中混合；再按照摩尔比TiO2∶（BaTiO3+ SrTiO3）＝0.2∶0.8，0.4∶0.6，0.6∶0.4，分别称取TiO2原料粉加入BaTiO3与SrTiO3混合粉中，分别记做样品 A、样品B、样品C；d. 将上述混合粉（BaTiO3+ SrTiO3+TiO2）装入球磨罐进行球磨24小时，倒出球磨好的浆料，烘干和过筛，得到有TiO2添加的(Ba, Sr)TiO3混相粉体；（2）成型a. 将上述制得的有TiO2添加的(Ba, Sr)TiO3混相粉体加入适量浓度为3%的PVA粘结剂，进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微波调谐用 (Ba, Sr)TiO3‑Ba4Ti13O30复合陶瓷的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：a)BaTiO3、SrTiO3和TiO2的混相粉体的制备：以BaCO3、SrCO3和TiO2为原料，按照BaTiO3与SrTiO3的化学计量比分别称取BaCO3、TiO2及SrCO3、TiO2放入球磨罐中；加入适量的去离子水、无水乙醇和不同直径大小与形状的二氧化锆球磨子进行球磨24小时；其中，液面高度约占整个球磨罐子高度的2/3，球磨子的质量约为原料总量的1.5～2倍；球磨完后，取出球磨好的浆料，120℃烘干，研细过筛，得到均匀细粉；然后置于烧结炉中，在1100℃煅烧两小时合成BaTiO3粉，在1200℃煅烧两小时合成SrTiO3粉；分别将合成好的BaTiO3与SrTiO3粉研细过筛，接着按照摩尔比BaTiO3:SrTiO3＝4:1将两者于烧杯中混合；再按照摩尔比TiO2: (BaTiO3 + SrTiO3)＝0.6:0.4称取TiO2原料粉加入BaTiO3与SrTiO3混合粉中；充分混合后装入球磨罐，加入适量去离子水、无水乙醇和球磨介质，球磨24小时；出料、120℃烘干和过筛，得到BaTiO3、SrTiO3和TiO2的混相粉体；b)成型：向过筛好的混合粉(BaTiO3+ SrTiO3+TiO2)中加入浓度为3%的PVA粘结剂，在220MP下干压成直径12mm、厚度1mm的圆片，再等静压成型，得到有TiO2添加的(Ba, Sr)TiO3混相素坯；c)排胶：将上述有TiO2添加的(Ba,Sr)TiO3混相素坯放于烧结炉中700℃缓慢排胶，直至PVA胶体等物质完全排出坯体外；d)BaTiO3溶胶的配制：原料包括有Ba(OH)2·8H2O (99.99%)、冰乙酸(分析纯，>99.5%)、Ti(OC4H9)4 (钛酸四正丁脂，>99%)、无水乙醇(分析纯，>99.5%)、苯（C6H6,分析纯）；首先量取12ml无水乙醇与5ml苯倒入洁净锥形瓶中，并将0.03mol的钛酸四正丁脂加入其中；在另一锥形瓶中量取16ml冰乙酸，再称量0.03mol的Ba(OH)2·8H2O加入其中；将上述所得的两份溶液，分别超声至澄清透明后，将两者倒入烧杯混合摇匀，再冰浴超声至澄清透明，得BaTiO3溶胶；e)BaTiO3溶胶渗透混相素坯，并预烧：将上述PVA粘结剂排尽的BaTiO3、SrTiO3和TiO2混相素坯放入已配制的BaTiO3溶胶中抽真空30分钟后于烧结炉700℃预烧两小时；f)烧结：将上述预烧好的BaTiO3、SrTiO3和TiO2混相素坯在1260℃～1300℃温度下烧结，最终得到致密的(Ba, Sr)TiO3‑Ba4Ti13O30复合陶瓷。...
【技术特征摘要】
1.一种微波调谐用 (Ba, Sr)TiO3-Ba4Ti13O30复合陶瓷的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：a)BaTiO3、SrTiO3和TiO2的混相粉体的制备：以BaCO3、SrCO3和TiO2为原料，按照BaTiO3与SrTiO3的化学计量比分别称取BaCO3、TiO2及SrCO3、TiO2放入球磨罐中；加入适量的去离子水、无水乙醇和不同直径大小与形状的二氧化锆球磨子进行球磨24小时；其中，液面高度约占整个球磨罐子高度的2/3，球磨子的质量约为原料总量的1.5～2倍；球磨完后，取出球磨好的浆料，120℃烘干，研细过筛，得到均匀细粉；然后置于烧结炉中，在1100℃煅烧两小时合成BaTiO3粉，在1200℃煅烧两小时合成SrTiO3粉；分别将合成好的BaTiO3与SrTiO3粉研细过筛，接着按照摩尔比BaTiO3:SrTiO3＝4:1将两者于烧杯中混合；再按照摩尔比TiO2: (BaTiO3 + SrTiO3)＝0.6:0.4称取TiO2原料粉加入BaTiO3与SrTiO3混合粉中；充分混合后装入球磨罐，加入适量去离子水、无水乙醇和球磨介质，球磨24小时；出料、120℃烘干和过筛，得到BaTiO3、SrTiO3和TiO2的混相粉体；b)成型：向过筛好的混合粉(BaTiO3+ SrTiO3+TiO2)中加入浓度为3%的...
【专利技术属性】
技术研发人员：金灯仁，陈锦，郑瑞，董汉莛，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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