專利名稱：一種鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波介電可調(diào)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高Q值、介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇基微波陶瓷介質(zhì)材料，該材料能被用于電調(diào)諧微波諧振器、濾波器以及微波介質(zhì)天線等可調(diào)微波元器件的材料。
背景技術(shù)：
具有高介電常數(shù)、低介電損耗、介電常數(shù)非線性可調(diào)以及其Curie溫度可調(diào)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈦酸鍶鋇鐵電材料在作為微波可調(diào)器件方面(如移相器、濾波器、可變電容器以及延遲線等)得到日益廣泛關(guān)注，尤其在作為微波移相器方面更是目前研究的熱點。但具有高介電常數(shù)的BST陶瓷材料很難滿足其與激勵源內(nèi)部阻抗匹配和高功率的要求，這大大限制了其在微波可調(diào)器件領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，如何制備出既具有低介電常數(shù)、高Q值，又具有一定介電可調(diào)特性的材料體系是一個技術(shù)難點。目前，大多數(shù)研究者主要通過加入非鐵電微波介質(zhì)材料形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而達到降低介電常數(shù)和微波頻段下介電損耗，使其可用于微波可調(diào)器件。Sengupta等已對BST與非鐵電材料MgO的復(fù)合進行了系統(tǒng)的研究并申請了相關(guān)美國專利，雖然該復(fù)合材料的介電常數(shù)和損耗在一定程度上得到了降低，但隨著MgO含量的增加，其介電常數(shù)的溫度依賴特性和介電可調(diào)特性卻急劇下降。董顯林等在BST陶瓷材料與Mg2SiO4-MgO復(fù)合方面也做了一定的研究工作，關(guān)于BST材料的介電常數(shù)與介電可調(diào)性相互制約這一矛盾也沒有得到很好的解決。本課題組早期采用MgAl2O6, M&Ti04，MgAl2O4, MgB2O3等與不同質(zhì)量比鈦酸鍶鋇復(fù)合， 研制得到具有低介電常數(shù)、高Q值和一定介電可調(diào)特性的陶瓷介質(zhì)材料體系復(fù)合方面做了大量工作，取得了很大的進展。然而，Ba1^ySryTiO3與具有優(yōu)異的微波介電特性的AMoO4 (A = Ba, Sr, Ca, Mn, Mg, Zn, Co) ( ε r = 8-10，Q*f，最高能達到89700GHz)的復(fù)合及其介電性能研究尚未見相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高Q值、介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料及其制備方法。本發(fā)明的高Q值、介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料，其化學(xué)成分符合化學(xué)下式(1-x) % Bai_ySryTi03+x% AMoO4,其中，A 選自 Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、&i 和 Co ； 0 < χ < 100 ;y = 0. 4 0. 6。元素右下角的數(shù)字代表各對應(yīng)元素的摩爾比；以高Q值、介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料的總重量計，(1-X%)和分別代表 Ba1^ySryTiO3和AMoO4的重量百分含量。較佳的，所述高Q值、介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料的 (l-x% )Bai_ySryTi03+x% AMoO4 中A 選自 Ba 和 Sr ;x = 10 40 ;y = 0. 4 0. 6。本發(fā)明的高Q值、介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，包括如下步驟(1)通過固相反應(yīng)法制備混合粉料，具體為選用BaC03、SrC03、TiO2, MoO3和A的碳酸鹽或氧化物為主要原料，按照(l-x% )Bai_ySryTi03+x% AMoO4中的Ba、Sr、Ti、A和Mo 的化學(xué)計量比配料，將配好的原料置于尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和球磨介質(zhì)球磨，出料烘干后經(jīng)預(yù)燒及研磨后得到混合粉料。本發(fā)明采用傳統(tǒng)的電子陶瓷粉料制備工藝，通過固相反應(yīng)法制備獲得高Q值、介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料的混合粉料。較佳的，步驟(1)中，所述球磨介質(zhì)為無水乙醇或去離子水，球磨時間為20 M 小時。較佳的，步驟(1)中，所述預(yù)燒溫度為1000°C 1300°C，預(yù)燒時間為2-4小時。(2)在獲得的混合粉料中加入氧化鋯球和球磨介質(zhì)球磨，出料烘干后過篩。較佳的，步驟O)中，所述球磨介質(zhì)為無水乙醇或去離子水，球磨時間為20 M 小時。較佳的，步驟O)中，出料烘干后過篩的篩子目數(shù)為200目篩。(3)采用粘結(jié)劑對步驟O)中過篩后的粉料進行造粒，在IOMPa IOOMPa壓力下壓制成陶瓷生坯片。陶瓷生坯片的壓制可通過不同型號的成型模具壓制成所需尺寸大小的陶瓷生坯片。較佳的，步驟(3)中，所述粘結(jié)劑為質(zhì)量百分比為8% 10%的聚乙烯醇(PVA)水溶液。(4)將步驟(3)中制得的陶瓷生坯片經(jīng)過550°C 600°C排粘處理后，在1200°C 1500°C進行燒結(jié)，保溫2 4小時后得到所述高Q值、介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料。所述球磨料是指球磨的原料，在步驟(1)中球磨的原料是由BaC03、SrC03> TiO2和 AMoO4組成的混合原料，步驟2)中球磨的原料是預(yù)燒過的混合粉料。上述球磨時，氧化鋯球與球磨料的質(zhì)量比均為(1. 2 1. 5) 1 ；球磨介質(zhì)無水乙醇或去離子水與球磨料的質(zhì)量比均為(1.5 3.0) 1。本發(fā)明是采用傳統(tǒng)的電子陶瓷制備工藝，采用AMoO4和Bai_ySryTi03的相應(yīng)質(zhì)量比復(fù)合改性，研制得到可用于可調(diào)微波器件的高Q值、介電可調(diào)的(l-x% )Bai_ySryTi03+x% AMoO4 (Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、Zn和Co ;y = 0. 4 0. 6。)陶瓷介質(zhì)材料，其具有以下主要特點
(1)本發(fā)明的陶瓷介質(zhì)材料體系的居里溫度可隨Ba/Sr以及Bai_ySryTi03和 AMoO4(A = Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、Zn或Co ;y = 0. 4 0. 6)的質(zhì)量比在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可以根據(jù)所設(shè)計的可調(diào)微波器件的工作溫度要求調(diào)整材料體系的結(jié)構(gòu)和性能；(2)通過 Ba/Sr 以及 Ba1^ySryTiO3 和 AMoO4 (A = Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、Zn 或 Co ;y = 0. 4 0. 6)組分比例的變化，陶瓷介質(zhì)材料的介電常數(shù)可連續(xù)可調(diào)，可以得到介電常數(shù)系列化的材料體系，拓寬了該陶瓷介質(zhì)材料的應(yīng)用范圍；(3)本發(fā)明的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料具有高Q值、低的介電常數(shù)，一定的介電可調(diào)率，并且介電常數(shù)系列化；(4)本發(fā)明的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料，其化學(xué)成分以立方 Ba1^ySryTiO3相與AMo04共存(四方或單斜相)，具有優(yōu)異的微波介電性能；
(5)采用傳統(tǒng)的電子陶瓷制備工藝，工藝簡單，成本低，且該陶瓷介電材料體系環(huán)保無毒副作用，性能優(yōu)異，可適用于可調(diào)微波器件的開發(fā)和設(shè)計。本發(fā)明的高Q值、介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料被用作電調(diào)諧微波諧振器、濾波器以及微波介質(zhì)天線等可調(diào)微波元器件材料。


圖1-3是80%8￡10 射分析圖譜；圖1-13是80%8￡10 射分析圖譜。圖2_&是80%8￡10 和損耗與溫度的關(guān)系曲線；圖2_13是80%8￡10 和損耗與溫度的關(guān)系曲線。圖3_&是80%8￡10 與電場強度的關(guān)系曲線；圖3_13是80%8￡10 與電場強度的關(guān)系曲線。上述各圖中BEici 4Srci 6TiO3 用 BST40 表示，B^15Srtl 5TiO3 用 BST50 表示。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例進一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。實施例1制備高Q值、介電可調(diào)的80% Ba0.4Sr0.6Ti03+20% BaMoO4陶瓷介質(zhì)材料按照80% Ba0.4Sr0 6Ti03+20% SrMoO4 中的 Ba、Sr、Ti 和 Mo 的化學(xué)計量比配料，稱取 BaC03、SrCO3> Ti02、MoO3 原料(如表 l_a 所示)。原料來源=BaCO3(99.8%, Alfa Aesar China LTD. )、SrCO3(99. 0%, Alfa Aesar China LTD.)、TiO2 (99. 9%，佛山高新無機材料有限公司)和MoO3(99. 99%，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)。表1-a 80% Ba0.4Sr0.6Ti03+20 % BaMoO4 陶瓷介質(zhì)材料的配比
配方質(zhì)量(g)BaCO344. 3
SrCO334. 7TiO231. 4
.4Sr0.6Ti03+20% BaMoO4介電可調(diào)微波陶瓷介質(zhì)材料的X射線衍 .5Sr0.5Ti03+20% SrMoO4介電可調(diào)微波陶瓷介質(zhì)材料的X射線衍 .4Sr0.6Ti03+20% BaMoO4介電可調(diào)微波陶瓷介質(zhì)材料的介電常數(shù) .5Sr0.5Ti03+20% SrMoO4介電可調(diào)微波陶瓷介質(zhì)材料的介電常數(shù) .4Sr0.6Ti03+20% BaMoO4介電可調(diào)微波陶瓷介質(zhì)材料的介電常數(shù) .5Sr0.5Ti03+20% SrMoO4介電可調(diào)微波陶瓷介質(zhì)材料的介電常數(shù)
權(quán)利要求
1.一種介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料，其化學(xué)成分符合化學(xué)下式(1-X% )Bai_ySryTi03+x% AMoO4,其中，A 選自 Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、Zn 禾口 Co ；0 < χ < 100 ； y = 0. 4 0. 6。
2.如權(quán)利要求書1所述的介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料， 其特征在于，所述介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料的(ι-χ% ) Bai_ySryTi03+x% AMoO4 中，A 為 Ba 或 Sr ;x = 10 40 ;y = 0. 4 0. 6。
3.如權(quán)利要求書1或2所述的介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，包括如下步驟(1)通過固相反應(yīng)法制備混合粉料，具體為選用BaC03、SrC03、TiO2,MoO3和A的碳酸鹽或氧化物為主要原料，按照(l-x% )Bai_ySryTi03+x% AMoO4中的Ba、Sr、Ti、A和Mo的化學(xué)計量比配料，將配好的原料置于尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和球磨介質(zhì)球磨，出料烘干后經(jīng)預(yù)燒及研磨后得到混合粉料；(2)在獲得的混合粉料中加入氧化鋯球和球磨介質(zhì)進行球磨，出料烘干后過篩；(3)采用粘結(jié)劑對步驟(2)中過篩后的粉料進行造粒，在IOMI^a lOOMI^a壓力下壓制成陶瓷生坯片；(4)將步驟(3)中制得的陶瓷生坯片經(jīng)過550°C 600°C排粘處理后，在1200°C 1500°C進行燒結(jié)，保溫2 4小時后得到所述介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料。
4.如權(quán)利要求書3所述的介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)和步驟(2)中，所述球磨介質(zhì)均為無水乙醇或去離子水，球磨時間均為20 24小時。
5.如權(quán)利要求書3所述的介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述預(yù)燒溫度為1000°c 1300°C，預(yù)燒時間為2-4小時。
6.如權(quán)利要求書3所述的介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述粘結(jié)劑為質(zhì)量百分比為8% 10%的聚乙烯醇水溶液。
7.如權(quán)利要求書1或2所述的介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料在電調(diào)諧微波諧振器、濾波器以及微波介質(zhì)天線的可調(diào)微波元器件中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高Q值、介電可調(diào)的鈦酸鍶鋇復(fù)合鉬酸鹽的微波陶瓷介質(zhì)材料及其制備。本發(fā)明的微波陶瓷介質(zhì)材料，其化學(xué)成分符合化學(xué)下式(1-x)%Ba1-ySryTiO3+x%AMoO4，其中，A選自Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、Zn和Co；0＜x＜100；y=0.4～0.6。本發(fā)明的可調(diào)微波陶瓷介質(zhì)材料，具有高的Q值，介電常數(shù)系列化，并有一定的介電可調(diào)率，能被用作電調(diào)諧微波諧振器、濾波器以及微波介質(zhì)天線等可調(diào)微波元器件的材料。
文檔編號C04B35/622GK102515746SQ20111042266
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者唐林江, 沈波, 翟繼衛(wèi) 申請人:同濟大學(xué)