[发明专利]压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属微波陶瓷制备技术领域，特别涉及一种压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料及其制备方法。该材料特别适用于相控阵移相器，可调滤波器，延迟线，振荡器，共振器等微波器件。

背景技术

相控阵雷达是一种新型的有源电扫描阵列多功能雷达。它不但具有传统雷达的功能，而且具有其它射频功能。有源电扫描阵列的最重要的特点是能直接向空中辐射和接收射频能量。它与机械扫描天线系统相比，有许多显著的优点：相控阵雷达省略了整个天线驱动系统，其中个别部件发生故障时，仍保持较高的可靠性，该雷达天线的平均无故障时间比机械扫描雷达天线的平均无故障时间长出10倍左右。典型的相控阵雷达是利用电子计算机控制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描，即电子扫描。

目前的移相器主要是铁氧体移相器和半导体二极管移相器。但在高频下二极管移相器存在损耗大，功率低，需要逻辑电路控制相位移动，不能连续调谐等缺点；铁氧体损耗低，功率大，但其调谐电路的价格昂贵，且体积大，功耗大。钛酸锶钡基铁电陶瓷具有非线性效应，可以通过改变外加电场以获得不同的介电常数值，从而实现微波相移。该材料在室温下具有非线性强、极化速度快、漏电流小、耐击穿强度高、居里温度可调的特点，因而在介质移相器、压控滤波器等方面有着广泛的应用前景。但是，钛酸锶钡的微波介电损耗太高，需要进一步优化。另外，压控可调钛酸锶钡基铁电陶瓷材料的介电常数越大，其压控可调性越高，移相器的尺寸越小。但是，较高的介电常数将导致材料的介电损耗增高，阻抗匹配难度增大。因此，当钛酸锶钡基复合材料作为移相器介质材料使用时，要求其具有较低的微波介电损耗，较高的压控可调性及适中的介电常数。而微波介电损耗过高，是目前研发铁电移相器的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是为了实现背景技术中要求移相器介质材料具有较高的压控可调性及适中的介电常数，而且较低的微波介电损耗，提供一种压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料及其制备方法，其特征在于：所述压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料的通式为Ta₂O₅掺杂(1-m)Ba_1-xSr_xTiO₃-mMg_1-yZn_yO复合粉体，其中：x＝0.4～0.6；y＝0.00～0.20；m为Mg_1-yZn_yO在复合粉体中的重量百分比，m的范围为30％～65％；Ta₂O₅的重量百分比含量范围为0wt.％～2.0wt.％。

所述压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料制备方法的技术方案如下：

选用纯度大于99.5％的BaCO₃、SrCO₃、TiO₂、MgO和ZnO为原材料，采用固相反应法分别制备Ba_1-xSr_xTiO₃和Mg_1-yZn_yO粉体，再采用固相反应法将Ba_1-xSr_xTiO₃、Mg_1-yZn_yO和Ta₂O₅得到Ta₂O₅掺杂的(1-m)Ba_1-xSr_xTiO₃-mMg_1-yZn_yO复合陶瓷粉体，再制备成压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷块体，具体的步骤如下：

1)按Ba_1-xSr_xTiO₃化学剂量比称取BaCO₃、SrCO₃及TiO₂装入玛瑙混料罐中，加入玛瑙球和酒精，在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1；

2)将上述混合浆料在100℃的烘箱中烘干，之后进行温度1100℃常压空气中预烧4小时，得到Ba_1-xSr_xTiO₃粉体；

3)按Mg_1-yZn_yO化学剂量比称取MgO和ZnO装入玛瑙混料罐中，加入玛瑙球和酒精，在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1；