專(zhuān)利名稱：：介電可調(diào)的復(fù)合微波陶瓷材料及其制備方法
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：
，具體涉及微波陶瓷材料及其制備。
背景技術(shù)：
：鈦酸鋇(BaTi03，記BT0)是一種典型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(AB0》的鐵電材料，具有優(yōu)異的介電非線性，即介電常數(shù)隨外加電場(chǎng)而變化的非線性特性，這種可調(diào)特性可應(yīng)用在微波移相器里，通過(guò)外加電場(chǎng)改變電路的等效介電常數(shù)，進(jìn)而控制電磁波的波速和波長(zhǎng)，以達(dá)到相位移的改變。且因?yàn)槠涓呓殡姵?shù)，可大大減小元器件的尺寸，順應(yīng)了現(xiàn)代器件發(fā)展的小型化的趨勢(shì)。因其優(yōu)異的性質(zhì)而受到人們的普遍青睞而成為最具前景的微波移相器介電材料之一。作為微波可調(diào)介電材料，為了在微波器件中得到更好的應(yīng)用，材料應(yīng)具有較高的優(yōu)值(可調(diào)性能和介電損耗的比值)。因而，可調(diào)介電材料應(yīng)具有如下性能在微波頻率下，一方面，介電常數(shù)要低，缺陷要少，介電損耗低(品質(zhì)因數(shù)Q要高)；另一方面，在直流偏壓電場(chǎng)下，介電常數(shù)的變化要大，有較高的可調(diào)性能。因此鈦酸鋇的高損耗限制了其在微波元器件中的應(yīng)用。為了降低其介電損耗，目前主要采用如下幾種有效手段1.通過(guò)AB03中的A位替代(如BanSr,Ti(U改變居里點(diǎn)，使其在常溫下處于穩(wěn)定的順電態(tài)而降低損耗和B位替代(如BaZrJ^-A)抑制Ti'+與Ti"的電子躍遷降低漏導(dǎo)損耗；2.在此基礎(chǔ)上通過(guò)摻雜而實(shí)現(xiàn)材料內(nèi)電荷平衡、缺陷控制、晶粒尺寸調(diào)整和結(jié)晶性能改善等大道優(yōu)化性能的目的；3.與低介電常數(shù)的介電材料相復(fù)合(BahSr.、TiO廠MgO)而降低介電損耗。但是，通過(guò)這些手段改性后的材料的燒結(jié)溫度一般都在1400't左右，不能克服其高燒結(jié)溫度的缺陷，而且因?yàn)榈诙嗟囊?，介電可調(diào)率會(huì)迅速惡化。這些都限制了其在鐵電移相器上的應(yīng)用。經(jīng)文獻(xiàn)檢索，目前對(duì)鈦酸鋇材料的改進(jìn)，主要是以在鈦酸鋇材料中進(jìn)行離子替代、摻雜改型或復(fù)合低損耗微波介質(zhì)材料來(lái)提高鈦酸鋇材料的綜合介電性能以提高其在器件應(yīng)用中的適應(yīng)性，未發(fā)現(xiàn)低燒微波材料與鈦酸鋇復(fù)合材料介電可調(diào)性的任何報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述
背景技術(shù)：
中鈦酸鋇材料存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種具有介電可調(diào)特性且可用于微波器件的陶瓷材料。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述這種具有介電可調(diào)特性和低溫?zé)Y(jié)特性的復(fù)合微波陶瓷材料的制備方法。在眾多的微波材料中，AMP207(A=Ca，Sr，M=Zn，Cu)是一類(lèi)具有優(yōu)異微波性能的材料.它們具有如下性能Qf高達(dá)50000GHz,低燒結(jié)溫度(Ts<950°C)。本發(fā)明將介電可調(diào)材料與高Q值微波材料復(fù)合，結(jié)合鈦酸鋇所擁有的較高介電可調(diào)性和AMP207所擁有的優(yōu)異性能，制備出一種較低的介電常數(shù)(分布在50-2000)、低介電損耗，并保持較高介電可調(diào)特性、工藝簡(jiǎn)單且較低的燒結(jié)溫度的復(fù)合材料。由于其保持了介電可調(diào)材料的高調(diào)制特性，還能擁有微波材料的高Q特性，實(shí)現(xiàn)1+1〉2的功能飛躍，而成為優(yōu)化介電可調(diào)材料微波性能的另一途徑。本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案一種介電可調(diào)的復(fù)合微波陶瓷材料，由AMP207與BT0復(fù)合而成，以復(fù)合微波陶瓷材料的總重量為基礎(chǔ)計(jì)，各組分及其重量百分含量為BaTiO:,50.0wt%97.5wt%，優(yōu)選60.0wt%97.0wt%，最佳75.0wt%95,0wt%AMP207(A^a或Sr，M二Zn或Cu)2.5wt%50.0wt%，優(yōu)選3.0wt%40.0wt%，最佳5.0wt%25.0wt%。本發(fā)明所提供的BTO-AMP207(A《a或Sr，M二Zn或Cu)復(fù)合陶瓷材料的制備方法包括如下步驟按照前述配比分別稱取BTO粉體、AMP207粉體，混合后置于球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇或水，球磨2024小時(shí)，出料后經(jīng)過(guò)110-300。C烘干研磨成粉料，過(guò)100-200目篩即得復(fù)合微波陶瓷粉料。此后，可采用810%的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑對(duì)上述復(fù)合粉料進(jìn)行造粒，在10100MPa壓力下，通過(guò)成型模具壓制成陶瓷生坯片。陶瓷生坯片經(jīng)過(guò)550°C600°C的排粘處理后，將得到的陶瓷片進(jìn)行950°C1300°C(保溫24小時(shí))燒結(jié)處理，即可得到所述復(fù)合微波陶瓷材料。上述AMP207(A《a或Sr，M二Zn或Cu)粉體，可采用傳統(tǒng)的電子陶瓷粉料制備方法及固相反應(yīng)法來(lái)制備選用CaC03，SrCO:"ZnO，CuO'(NH4)2HP04為主要原料，按照分子式中的摩爾比配料，將配好的原料置于尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇或去離子水球磨20-24小時(shí)，出料烘干后在550T900。C預(yù)燒1-5小時(shí)，研磨后得到AMPA粉料備用。上述球磨時(shí)，氧化鋯球與球磨料(BT0和AMP207)的質(zhì)量比優(yōu)選為1.01.5:1;無(wú)水乙醇或去離子水與球磨料的質(zhì)量比優(yōu)選為0.52.0。其中，球磨料即球磨陶瓷粉料是指在各個(gè)球磨步驟中，被氧化鋯球研磨的各種物料的總和。本發(fā)明的BTO和AMPA介電可調(diào)復(fù)合陶瓷材料不但擁有BTO的高介電可調(diào)率，而且因?yàn)榈蜔⒉ㄌ沾刹牧系膽K雜，還具有較低的燒結(jié)溫度，低介電損耗，高調(diào)制的優(yōu)異特性。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明是采用傳統(tǒng)的電子陶瓷制備工藝，通過(guò)微波介質(zhì)材料AMP207與鈦酸鋇鐵電材料進(jìn)行復(fù)合，研制得到一種微波頻段下具有介電常數(shù)系列化、低介電損耗(高Q值)、較高調(diào)制率，可用于可調(diào)微波器件的BaTi03-AMP207兩相復(fù)合微波陶瓷材料，其具有以下主要特點(diǎn)(1)通過(guò)控制BaTi03、AMP207兩相復(fù)合組分含量的變化，該復(fù)合陶瓷材料體系的居里溫度可隨在較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可以根據(jù)所設(shè)計(jì)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(guò)控制BaTi03、AMPA兩相復(fù)合組分含量的變化，復(fù)合陶瓷材料的介電常數(shù)可在502000之間連續(xù)可調(diào)，可以得到介電常數(shù)系列化的材料體系，拓寬了材料的應(yīng)用范圍；(3)在外加直流電場(chǎng)作用下，所述復(fù)合微波陶瓷材料具有較高的介電可調(diào)特性(213%)，且在微波頻段下具有較高的Q值(2200);(4)燒結(jié)溫度低，通過(guò)BaTi03、AMPA兩相復(fù)合組分含量的變化，可以得到燒結(jié)溫度在950。C1300。C之間的低燒材料體系。較大地降低了介電可調(diào)材料的燒結(jié)溫度。采用傳統(tǒng)的電子陶瓷制備工藝，工藝簡(jiǎn)單，成本低，材料體系環(huán)保無(wú)毒副作用，性能優(yōu)異，可適用于可調(diào)微波器件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。圖1是BaTiO3-AMP207介電可調(diào)復(fù)合陶瓷樣品的介電常數(shù)、損耗與溫度的關(guān)系曲線。圖2是BaTi03-AMPA介電可調(diào)微波復(fù)合陶瓷樣品的介電常數(shù)與外加直流場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系曲線。具體實(shí)施例方式以下列舉具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，實(shí)施例并非用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明所提供的BaTi03-AMPA介電可調(diào)微波復(fù)合陶瓷的制備方法具體包括如下步驟(1)AMP207粉體采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備。選用CaC03(純度99.99%)，SrC03(99%)，Zn0(99%),Cu0(98%)，(Nii)2HP04(98%)(其原料均為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供)為主要原料，按照一定摩爾比配料，將配好的原料置于尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇或和去離子水球磨24小時(shí)，出料烘干后在550T900。C預(yù)燒1-5小時(shí)，研磨后得到AMP207粉料備用。(2)稱取BaTi03(99.90%，100nm，山東國(guó)瓷功能陶瓷材料有限公司提供)粉體^膨207粉體，混合后置于球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇或水，球磨2024小時(shí)，出料后經(jīng)過(guò)110-300。C烘干研磨成粉料，過(guò)100-200目篩即得復(fù)合微波陶瓷材料。(3)采用810%的聚乙烯醇(PVA)作為粘結(jié)劑對(duì)上述復(fù)合粉料進(jìn)行造粒，在10100MPa壓力下，通過(guò)不同型號(hào)的成型模具壓制成所需尺寸大小的陶瓷生坯片。(4)陶瓷生坯片經(jīng)過(guò)550°C600°C的排粘處理后，將得到的陶瓷片進(jìn)行950°C1300。C(保溫24小時(shí))燒結(jié)處理，即可得到所述復(fù)合微波陶瓷材料。實(shí)施例中，氧化鋯球與球磨料(BTO和AMPA)的質(zhì)量比優(yōu)選為L(zhǎng)01.5:1;無(wú)水乙醇或去離子水與球磨料的質(zhì)量比優(yōu)選為0.52.0:1。實(shí)施例1AMP207的制備分別根據(jù)分子式按照下表配料，稱取CaC0:,，SrC03，Zn0，CuO,(NH4)2HP04,將配好的原料置于尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇或和去離子水球磨24小時(shí)，出料烘干后在550"C880T預(yù)燒1-5小時(shí)，研磨后得到AMP207，參加反應(yīng)的各原料的重量(g)及相應(yīng)獲得的反應(yīng)產(chǎn)物如表1所列表l6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例29制備BaTi03-AMPA(A=Sr，M二Cu)復(fù)合陶瓷按照表2配方中組分配比分別稱取BaTi0:,、SrCuP207粉料。將實(shí)施例中各配方的混合料放入尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇球磨24小時(shí)，出料烘干后粉體過(guò)200目篩，按照傳統(tǒng)電子陶瓷制備工藝，采用8%的聚乙烯醇(PVA)作為粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，在10MPa壓力下，干法壓制成直徑0=10mm生坯片和0=10mm、h=5mm，0=15mm、h=7mm、0=18mm、h=9mm、0=25mm、h=12mm的圓柱體，經(jīng)過(guò)550°C的排粘處理后，樣品在空氣氣氛下，燒結(jié)溫度為950°C-1300°C范圍內(nèi)，保溫2小時(shí)后，得到BaTiO3-AMP207(A=Sr，M=Cu)兩相復(fù)合陶瓷樣品。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例10BaTiO3-AMP207(A=Sr，M二Cu)復(fù)合陶瓷的介電性能測(cè)試將上述實(shí)例29配方所制的陶瓷樣品兩面拋光，被銀、燒銀后進(jìn)行介電性能測(cè)試，實(shí)施例26配方所制的的介電可調(diào)微波介質(zhì)材料的介電常數(shù)和損耗與溫度的關(guān)系曲線如圖1所示；實(shí)例3-6配方所制的的介電可調(diào)微波介質(zhì)材料的介電常數(shù)與外加直流場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系曲線如圖2所示。圖中a，b，c，d,e分別為實(shí)施例26的陶瓷樣品。實(shí)施例11BaTiO3-AMP207(A=Sr，M=Cu)復(fù)合陶瓷的微波介電性性能的測(cè)試將燒制后的圓柱體樣品陶瓷樣品兩面拋光，測(cè)試實(shí)例26配方的微波介電性能如表3所示。由圖1介電溫譜曲線和表3可以看出，該類(lèi)復(fù)合微波陶瓷材料的居里溫度和介電常數(shù)可通過(guò)控制BaTi03、AMPA兩相復(fù)合組分含量的變化來(lái)有效調(diào)節(jié)，并可獲得低介電損耗、高品質(zhì)因數(shù)Q的復(fù)合材料。通過(guò)圖2可以看出，該類(lèi)復(fù)合微波陶瓷材料在室溫條件下表現(xiàn)出較高的介電可調(diào)性(P13%)適合可調(diào)微波器件(移相器等)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1.一種介電可調(diào)的復(fù)合微波陶瓷材料，由AMP2O7與BTO復(fù)合而成，以復(fù)合微波陶瓷材料的總重量為基礎(chǔ)計(jì)，各組分及重量百分含量為BaTiO350.0％～97.5％，AMP2O72.5％～50.0％，AMP2O7中，A為Ca或Sr，M為Zn或Cu。2.如權(quán)利要求l所述介電可調(diào)的復(fù)合微波陶瓷材料，其特征在于，所述BaTi03的重量百分含量為60.0%97.0%，AMP207的重量百分含量為3.0%40.0%。3.如權(quán)利要求2所述介電可調(diào)的復(fù)合微波陶瓷材料，其特征在于，所述BaTi03的重量百分含量為75.0%95.0%，AMP207的重量百分含量為5.0%25.0%。4.如權(quán)利要求l-3中任一權(quán)利要求所述介電可調(diào)的復(fù)合微波陶瓷材料的制備方法，包括下列步驟按照配比分別稱取BTO粉體、AMP207粉體，混合后置于球磨罐中，加入氧化鋯球，加入無(wú)水乙醇或水，球磨2024小時(shí)，出料后經(jīng)過(guò)110-300。C烘干研磨成粉料，過(guò)100-200目篩即得復(fù)合微波陶瓷粉料。5.如權(quán)利要求4所述介電可調(diào)的復(fù)合微波陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述球磨時(shí)，氧化鋯球與球磨料的質(zhì)量比為1.01.5:1;無(wú)水乙醇或水與球磨料的質(zhì)量比為0.52.0，其中，球磨料是指參與球磨的BT0粉體與AMP207粉體的總和。6.如權(quán)利要求4所述介電可調(diào)的復(fù)合微波陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述AMP207粉體，采用傳統(tǒng)的電子陶瓷粉料制備方法及固相反應(yīng)法制得。7.如權(quán)利要求4-6中任一權(quán)利要求所述介電可調(diào)的復(fù)合微波陶瓷材料的制備方法，其特征在于，還包括下列步驟采用810%的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑對(duì)復(fù)合微波陶瓷粉料進(jìn)行造粒，在10100MPa壓力下，通過(guò)成型模具壓制成陶瓷生坯片；陶瓷生坯片經(jīng)過(guò)550GC600。C的排粘處理后，將得到的陶瓷片進(jìn)行950°C1300°C燒結(jié)處理，即得到所述復(fù)合微波陶瓷材料。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(kāi)了一種介電可調(diào)的復(fù)合微波陶瓷材料及其制備，該復(fù)合微波陶瓷材料由AMP₂O₇與BTO復(fù)合而成，以復(fù)合微波陶瓷材料的總重量為基礎(chǔ)計(jì)，各組分及重量百分含量為BaTiO₃50.0％～97.5％，AMP₂O₇2.5％～50.0％，AMP₂O₇中，A為Ca或Sr，M為Zn或Cu。本發(fā)明采用傳統(tǒng)的電子陶瓷制備工藝，工藝簡(jiǎn)單，成本低，材料體系環(huán)保無(wú)毒副作用，性能優(yōu)異，可適用于可調(diào)微波器件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。文檔編號(hào)C04B35/468GK101337811SQ20081004156公開(kāi)日2009年1月7日申請(qǐng)日期2008年8月11日優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日發(fā)明者姜海濤,翟繼衛(wèi)申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)