[发明专利]一种介电可调的复相陶瓷质材料

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种介电可调的复相陶瓷质材料。

背景技术

钛酸锶钡(Ba_1-xSr_xTiO₃，记BST)是一种典型的钙钛矿结构铁电材料，具有高的介电常数、低的介电损耗以及在直流电场作用下介电常数非线性可调等优异的介电性能，且其Curie温度可随Ba/Sr比在很宽的范围内连续可调。因此，BST陶瓷材料在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材料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.Drach，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。

在可调微波器件应用方面，负载材料过高的介电常数，很难满足其与激励源内部阻抗的匹配。而纯BST陶瓷材料的介电常数过高，大大地限制了其在微波可调器件领域的应用。对于微波移相器的设计而言，所选材料的介电参数指标一般要求其相对介电常数ε介于30～1000之间，介电损耗tanδ＜0.001，且在外加直流电场作用下的介电可调性应大于10％。目前，大多数研究者主要通过选用介电性能优异的低介电常数材料与BST陶瓷材料进行复合，希望降低介电常数，同时保持较高的介电可调率，但效果不佳。研究较多的体系为BST-MgO，它能够有效地降低介电常数，但介电可调率也迅速降低；有些添加物还会与BST生成其它杂相，劣化陶瓷材料的其它电学性能。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，董显林等在BST陶瓷材料与Mg₂SiO₄-MgO的复合方面也做了一定的研究工作。至今，BST材料的介电常数与介电可调性相互制约的矛盾始终没有得到很好的解决。因此，开发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和国际上的研究热点。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种介电特性优良，介电损耗小，介电常数适中，具有较高的介电可调率的介电可调的复相陶瓷材料。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种介电可调的复相陶瓷质材料，其特征在于，其成份包括两相，第一相的组成分子式为(Ba，Sr，Ca)TiO₃，各成份的含量按照其原料表示为：(1-x-y)BaTiO₃-ySrTiO₃-xCaTiO₃，其中0≤y≤0.18，0.21≤x≤0.91且钡的含量大于钙的含量；第二相的组成分子式为(Ba，Sr，Ca)TiO₃，各成份的含量按照其原料表示为：(1-x-y)BaTiO₃-ySrTiO₃-xCaTiO₃，其中0≤y≤0.18，0.21≤x≤0.91，且钙的含量大于钡的含量。

其中，第一相为富钡相，为铁电相；第二相为富钙相，为介电相。

优选地是，所述的第一相中，0.21≤x≤0.41。

优选地是，所述的第二相中，0.42≤x≤0.91。

本发明的另一个目的是提供一种制备权利要求介电可调的复相陶瓷质材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、按(1-x-y)BaTiO₃-ySrTiO₃-xCaTiO₃，其中0≤y≤0.18，0.21≤x≤0.91，剂量比称取原料粉体，加入无水乙醇或去离子水与氧化锆球，球磨，出料烘干后过200目筛得到粉料；

b、将上述球磨过的粉料置于坩埚中进行预烧，900-1100℃下保温1-7小时；

c、将预烧料粉稍做研磨，加入8～10％的聚乙烯醇作为粘结剂对粉料进行造粒，在10～100MPa压力下压制成所需尺寸大小的陶瓷生坯片；

d、将陶瓷生坯片经过550℃～600℃的排粘处理后，再在1300℃～1500℃保温2～4小时，即可得到介电可调的复相陶瓷质材料。

本发明的有益效果为：

(1)本发明采用传统的电子陶瓷制备工艺，工艺简单，成本低，原料、制备过程及制成的复相陶瓷均无污染和毒副作用；这种复相陶瓷是一种天然的两相复合材料，具有自组装特性；可适用于可调微波器件的开发和设计；