[发明专利]高导热微波衰减器材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波衰减器材料及制备方法，特别涉及一种应用于真空条件下 的绿色环保微波衰减器材料及制备技术，属于微波电子真空技术领域。

背景技术

微波真空器件广泛应用于雷达、电子对抗、卫星通讯、导弹发射等国防和重点 工程领域，被誉为电子系统的“心脏”。目前，微波真空器件正向大功率、高效率、 高增益、宽频带及长寿命方向发展，但随着功率、增益及带宽等的提高，微波真空 器件的稳定性越来越差。为解决这一问题，需要在微波真空器件内放置微波衰减器， 以吸收反射波，并有选择地抑制各种模式的杂波，防止微波真空器件的自由震荡。 因此，微波衰减器是真空器件内关键部件之一，其性能直接关系到微波真空器件的 稳定性、输出功率及可靠性。

大功率的微波电子真空器件，由于需要吸收较大的功率，对衰减材料提出了严 格的要求，主要体现在如下几个方面：1)材料在微波频段的介电常数高(ε_r≥20)、 介电损耗高(tanδ≥0.1)，这是实现衰减材料高衰减量的关键之一；2)基体具有良 好的导热性，以使其吸收的微波能量能很快地传到管外；3)能承受足够大的功率， 在大功率下，衰减材料的基本性能(包括衰减量、真空性能等)一概不受损害，因 此材料中的低熔点物质和易挥发物质应尽可能少，而气孔率应尽可能低；4)高温 和化学稳定性好，保证材料能经受整个制管工艺过程而性能不变；5)一定的机械 强度，以保证衰减器在装架或管子的使用过程不受损害。

目前，国内采用的微波衰减器多为渗碳多孔陶瓷，这类陶瓷性能指标低，参数 调整困难。此外，该类材料还存在制瓷工艺不稳定，重复性差，成品率低，真空条 件下易放气，导热性能也差等缺点，难以满足高性能机载雷达和电子对抗系统的需 求。并且，陶瓷基体多为BeO瓷，BeO瓷虽然导热性好、强度高，但有毒，安全防 护难以达到要求。

AlN(氮化铝)无毒，热导率理论值为320W/(m·K)，与BeO的热导率相近，是 Al₂O₃热导率的8倍左右。AlN晶体结构和BeO的相同，具有六方纤锌矿结构。而且， AlN具有在高真空环境下放气速率低、与氧化物阴极有长期的兼容性、在1200℃以 下具有好的热稳定性能和较高的力学性能及与无氧铜可形成气密封接等优点。因 此，AlN基衰减材料是替代有毒BeO的最佳选择。但是，纯氮化铝陶瓷具有介电常数 低(ε_r≈8)、介电损耗低(tanδ≈0.001)及电阻率过高(ρ≈10¹⁴～10¹⁷Ω·cm)等特点， 因此常在其中添加一些导电相来加以调整。W和Mo与AlN具有相匹配的热膨胀系数， 且具有较高的熔点(由于AlN的烧结温度在1700℃左右，添加熔点过低的导电相在 烧结过程会形成液体，得不到所需要的结果)，十分适合作为导电添加剂来制备金 属-介质复合微波衰减材料。但是，由于W和Mo的密度与AlN的密度相差甚远，采用 传统的混料工艺很难使金属相和导电相混合均匀，这是目前制备Mo(W)-AlN金属-介 质复合微波衰减材料的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导热率高、气孔率低、机械强度高、均匀性及一致 性高且无毒、无污染的金属-介质微波衰减器材料，此材料可以满足在较宽频段内， 至少有20dB的反射衰减量。

针对上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

一种高导微波衰减器材料，其特征在于：包括金属相Mo或W：1.65～2.01vol.％； 介质相AlN：93.28～96vol.％；烧结助剂CaF₂：2.39～4.91vol.％。

所述高导热微波衰减器材料中，所述金属相Mo或W为磁控溅射镀膜。

本发明选取Mo和W作为金属相，AlN为介质相。如前所述，高性能的微波衰减 器材料要求介电常数高、介电损耗高，而AlN的介电常数和介电损耗均较低，因此 从理论上来讲金属相的加入量越多越好。但是，当金属相的添加量超过某一数值(渗 流阈值)后，所制备的金属-介质复合材料就会成为导体，与大块金属样品的反射 相类似，强烈的反射微波辐射，不能作为微波衰减器材料使用。而渗流阈值是与原 材料及制备工艺密切相关的，金属相与介质相分布越均匀，金属-介质复合材料的 渗流阈值越高。此外，由于AlN烧结温度高且难以烧结致密，适当添加少量的烧结 助剂可以有效提高复合材料的烧结致密度并降低烧结温度。