介电可调的Ba***Sr*TiO*-MgAl*O*两相复合微波陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电子材料与器件技术领域，公开了一种介电可调的Ｂａ↓［１－ｘ］Ｓｒ↓［ｘ］ＴｉＯ↓［３］－ＭｇＡｌ↓［２］Ｏ↓［４］两相复合微波陶瓷材料及其制备方法，该两相复合微波陶瓷材料由以下质量百分比的组分组成：Ｂａ↓［１－ｘ］Ｓｒ↓［ｘ］ＴｉＯ↓［３］（ｘ＝０．３－０．９）４０．０ｗｔ．％～９５．０ｗｔ．％；ＭｇＡｌ↓［２］Ｏ↓［４］５．０ｗｔ．％～６０．０ｗｔ．％。本发明专利技术提供的两相复合微波陶瓷材料，具有介电可调特性、微波频段下低介电损耗（高Ｑ值）的特性，且可用于可调微波器件。

Dielectric adjustable Ba***Sr*TiO*-MgAl*O* two-phase composite microwave ceramic material and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of electronic materials and devices, and discloses a dielectric adjustable Ba down, down Sr 1-x x TiO: 3 MgAl: 2 O: 4 two-phase composite microwave ceramic material and preparation method thereof, composite microwave ceramic material by the two-phase mass the ratio of components: Ba, Sr:: 1-x x TiO: 3 (x = 0.30.9) 40.0wt.% ~ 95.0wt.%; MgAl: 2 O: 4 5.0wt.% ~ 60.0wt.%. The composite microwave ceramic material provided by the invention has the characteristics of Dielectric Tunable and low dielectric loss (high Q value) in the microwave band, and can be used for tunable microwave devices.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子材料与器件
，具体涉及一种两相复合微波陶瓷材料。技术背景具有高介电常数、低介电损耗、介电常数非线性可调以及其Curie温度可调的钙钛矿结 构Ba^SrxTi03铁电材料在作为微波可调器件方面(如移相器、滤波器、可变电容器以及延 迟线等)得到日益广泛关注，尤其在作为微波移相器方面更是目前研究的热点。1994年， 美国国家军事研究实验室材料部L.C. Sengupta和美国军事研究实验室微波与光电部W.C. Dmch，在向美国军事部门提交的"钛酸锶钡(BST)移相器材料电学特性"的调查报告中 提出，如果BST铁电材料能够取代铁氧体材料制作移相器，相控阵雷达天线将面临一场巨 大的革命。但具有高介电常数的BST陶瓷材料很难满足其与激励源内部的阻抗匹配，且其 在微波频段下具有较大的介电损耗，这都大大限制了其在微波可调器件领域的应用。因此， 如何制备出既具有适中介电常数、低的介电损耗，又具有高介电可调性的材料是一个技术 难点。目前，大多数研究者主要通过加入非铁电微波介质材料形成复合结构，从而达到降低 介电常数和微波频段下介电损耗，使其可用于微波可调器件。Sengupta等已对BST与非铁 电材料MgO的复合进行了系统的研究并申请了相关美国专利，虽然该复合材料的介电常数. 和损耗在一定程度上得到了降低，但随着MgO含量的增加，其介电常数的温度依赖特性和 介电可调特性却急剧下降。董显林等在BST陶瓷材料与Mg2Si04-MgO复合方面也做了一 定的研究工作，关于BST材料的介电常数与介电可调性相互制约这一矛盾也没有得到很好 的解决。本课题组早期在Ba"SrJ103-Mg2Ti04复合陶瓷材料方面做了一些工作，取得了很 大的进展。然而，BaLxSrJ103与具有优异的微波介电特性的MgAl204 (sr=8.75, Qf=68900 GHz(losstangent=0.00017 at 12.3 GHz))复合及其介电性能研究尚未见相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有介电可调特性、微波频段下低介电损耗(高Q值)且可 用于可调微波器件的两相复合微波陶瓷材料及其制备方法。本专利技术所提供的介电可调的两相复合微波陶瓷材料包含以下质量百分比的组分Ba卜xSrxTi03， x=0.3—0.9 40.0 wt. % 95.0 wt. %MgAl204 5.0 wt. % 60.0 wt. %较佳的，上述Ba^SrxTi03中，x优选0.6。本专利技术所提供的两相复合微波陶瓷材料的制备方法具体包括如下步骤(1) 采用固相反应法制备Bai.xSrxTi03 (x=0.3—0.9)，研磨后得到Bai-xSrxTi03 (x=0.3 — 0.9)粉料。具体为采用传统的电子陶瓷粉料制备工艺，通过固相反应法，选用BaTi03和SrTi03为主要原 料，按照一定Ba/Sr摩尔比配料，将配好的原料置于尼龙球磨罐中，加入氧化锆球，加入无 水乙醇或去离子水，球磨20 24小时，出料烘干后在1100 °C 1250 °C预烧4 8小时， 研磨后得到Ba,.xSrxTi03 (x=0.3—0.9)粉料。(2) 采用固相反应法制备MgAl204,研磨后得到MgA204粉料。按照以下反应方程式合成MgAl204粉料MgO+Al203 = MgAl204 首先称取一定摩尔配比的MgO (98.50%)和A1203 (99.99%)混合料置于尼龙球磨罐中，加 入氧化锆球，加入无水乙醇或去离子水，球磨20 24小时，出料烘干后在1250°C 1450°C 预烧4 8小时，研磨后得到MgAl204粉料。(3) 按照下列组分配比称取混合料，加入氧化锆球，加入无水乙醇或去离子水，球磨 20 24小时，出料烘干后过200目筛得到复合粉料。Bai-xSrxTiCb (x=0.3—0.9)粉料 95.0 wt. % 40.0 wt. %MgAl204粉料 5.0 wt. % 60.0 wt. %(4) 采用8 10%的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂对上述复合粉料进行造粒，在10 100 MPa压力下，通过不同型号的成型模具压制成所需尺寸大小的陶瓷生坯片。(5) 陶瓷生坯片经过550 。C 600 QC的排粘处理后，将得到的陶瓷片进行1400 °C 1600 °C (保温2 4小时)烧结处理，即可得到所述复合微波陶瓷材料。其中氧化锆球与球磨料的质量比为1.2 1.5;无水乙醇或去离子水与球磨料的质量比为 1.5 3.0。球磨料是指球磨主要原料的总和，在步骤1中为BaTi03和SrTi03 ，步骤2中为MgO 和A1203 ，步骤3中为Bai-xSrxTi03 (x=0.3—0.9)粉料和MgAl204粉料。本专利技术是采用传统的电子陶瓷制备工艺，选用微波介质材料铝酸镁(MgAl204)与不同 Ba/Sr组分的钛酸锶钡铁电材料进行两相梯度复合，研制得到一种具有介电可调特性、微波 频段下低介电损耗(高Q值)且可用于可调微波器件的Ba^SrxTi03-MgAl204两相复合微 波陶瓷材料，其具有以下主要特点(1) 该复合陶瓷材料体系的居里温度可随Ba/Sr比在很宽的范围内连续可调，可以根 据所设计的可调微波器件的工作温度要求调整材料体系的结构和性能；(2) 通过Ba"SrxTiO3(x-0.3—0.9)、 MgAl204两相复合组分含量的变化，复合陶瓷材料 的介电常数可在15 2000之间连续可调，可以得到介电常数系列化的材料体系，拓宽了材 料的应用范围；(3) 在外加直流电场作用下，所述复合微波陶瓷材料具有较高的介电可调特性 &10%)，且在微波频段下具有较高的Q值(2200);(4) 该复合陶瓷材料其成分以Bai-xSrxTiO3(x=0.3—0.9)与MgAl204纯的两相形式复 合存在，没有其它杂相的生成，具有优异的介电性能；(5) 采用传统的电子陶瓷制备工艺，工艺简单，成本低，材料体系环保无毒副作用， 性能优异，可适用于可调微波器件的开发和设计。附图说明图1是(l-x)Bao.4Sro.6Ti03-xMgAl204两相复合微波陶瓷材料的X射线衍射分析图谱。 图2是(l-x)Bao.4SiWn03-xMgAl204两相复合微波陶瓷材料的介电常数和损耗与温度的 关系曲线。图3是(l-x)Bao.4Sro.6Ti03-xMgAl204两相复合微波陶瓷材料的介电常数和损耗与外加直 流场强的关系曲线。具体实施方式实施例1—5制备(l-x)Bao.4Sro.6Ti03-xMgAl204两相复合微波陶瓷材料 按照Bao.4Sr06Ti03的化学计量比，称取93.291 g BaTi03和110.110 g SrTi03 (99.90% ， 100 nm，山东国瓷功能陶瓷材料有限公司提供)粉料置于尼龙球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇或去离子水，球磨24小时，出料烘干后在110(TC 1250。C预烧4小时，研磨后 得到Bao.4Sro.6Ti03粉体待用。另夕卜，分别称取10.228 g MgO和25.493 g A1203粉料置于尼 龙球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇或去离子水，球磨24小时，出料烘干后在125(rc 1450 °C预烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介电可调的两相复合微波陶瓷材料，由以下质量百分比的组分组成：　　　　Ｂａ↓［１－ｘ］Ｓｒ↓［ｘ］ＴｉＯ↓［３］，ｘ＝０．３－０．９　　４０．０ｗｔ．％～９５．０ｗｔ．％　　　　ＭｇＡｌ↓［２］Ｏ↓［４］　　５．０ｗｔ．％～６０．０ｗｔ．％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟继卫，张景基，莫伟锋，丁西亚，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]