[发明专利]介电可调的复合微波陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料与器件技术领域，具体涉及微波陶瓷材料及其制备。

背景技术

钛酸钡(BaTiO₃，记BTO)是一种典型钙钛矿结构(ABO₃)的铁电材料，具有优异的介电非线性，即介电常数随外加电场而变化的非线性特性，这种可调特性可应用在微波移相器里，通过外加电场改变电路的等效介电常数，进而控制电磁波的波速和波长，以达到相位移的改变。且因为其高介电常数，可大大减小元器件的尺寸，顺应了现代器件发展的小型化的趋势。因其优异的性质而受到人们的普遍青睐而成为最具前景的微波移相器介电材料之一。

作为微波可调介电材料，为了在微波器件中得到更好的应用，材料应具有较高的优值(可调性能和介电损耗的比值)。因而，可调介电材料应具有如下性能：在微波频率下，一方面，介电常数要低，缺陷要少，介电损耗低(品质因数Q要高)；另一方面，在直流偏压电场下，介电常数的变化要大，有较高的可调性能。因此钛酸钡的高损耗限制了其在微波元器件中的应用。

为了降低其介电损耗，目前主要采用如下几种有效手段：

1.通过ABO₃中的A位替代(如：Ba_1-xSr_xTiO₃)改变居里点，使其在常温下处于稳定的顺电态而降低损耗和B位替代(如：BaZr_xTi_1-xO₃)抑制Ti⁴⁺与Ti³⁺的电子跃迁降低漏导损耗；

2.在此基础上通过掺杂而实现材料内电荷平衡、缺陷控制、晶粒尺寸调整和结晶性能改善等大道优化性能的目的；

3.与低介电常数的介电材料相复合(Ba_1-xSr_xTiO₃-MgO)而降低介电损耗。

但是，通过这些手段改性后的材料的烧结温度一般都在1400℃左右，不能克服其高烧结温度的缺陷，而且因为第二相的引入，介电可调率会迅速恶化。这些都限制了其在铁电移相器上的应用。

经文献检索，目前对钛酸钡材料的改进，主要是以在钛酸钡材料中进行离子替代、掺杂改型或复合低损耗微波介质材料来提高钛酸钡材料的综合介电性能以提高其在器件应用中的适应性，未发现低烧微波材料与钛酸钡复合材料介电可调性的任何报道。

发明内容

针对上述背景技术中钛酸钡材料存在的缺陷或不足，本发明的目的之一是提供一种具有介电可调特性且可用于微波器件的陶瓷材料。

本发明的另一个目的是提供上述这种具有介电可调特性和低温烧结特性的复合微波陶瓷材料的制备方法。

在众多的微波材料中，AMP₂O₇(A＝Ca，Sr，M＝Zn，Cu)是一类具有优异微波性能的材料.它们具有如下性能：Qf高达50000GHz，低烧结温度(Ts<950℃)。本发明将介电可调材料与高Q值微波材料复合，结合钛酸钡所拥有的较高介电可调性和AMP₂O₇所拥有的优异性能，制备出一种较低的介电常数(分布在50-2000)、低介电损耗，并保持较高介电可调特性、工艺简单且较低的烧结温度的复合材料。由于其保持了介电可调材料的高调制特性，还能拥有微波材料的高Q特性，实现1+1>2的功能飞跃，而成为优化介电可调材料微波性能的另一途径。

本发明采用了下述技术方案：

一种介电可调的复合微波陶瓷材料，由AMP₂O₇与BTO复合而成，以复合微波陶瓷材料的总重量为基础计，各组分及其重量百分含量为：

BaTiO₃50.0wt％～97.5wt％，优选60.0wt％～97.0wt％，最佳75.0wt％～95.0wt％AMP₂O₇(A＝Ca或Sr，M＝Zn或Cu)2.5wt％～50.0wt％，优选3.0wt％～40.0wt％，最佳5.0wt％～25.0wt％。

本发明所提供的BTO-AMP₂O₇(A＝Ca或Sr，M＝Zn或Cu)复合陶瓷材料的制备方法包括如下步骤：