[发明专利]一种微波调谐复合陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微波陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种微波调谐复合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

可调滤波器、延迟线、移相器、振荡器、共振器及相控阵天线等微波器件是微波通信领域的重要器件，但太高的成本限制了其广泛的商业应用。低成本调谐技术将引起微波元件及天线工业的革命。

微波调谐材料的介电常数可随外加电压改变。应用于微波通讯领域，可通过外加电压改变元件的工作频率，如可让一个滤波器产生频率跳跃，这对未来的宽带通讯非常重要，因为这样可实现几个用户在一个共同频率范围传输和接受信号。相控阵天线的速度、精度及可靠性均比相应的机械操纵天线高，新型微波调谐材料可大大降低相控阵天线的成本，将使相控阵天线的应用由目前的军用扩展至民用。

此外，微波调谐材料还可用于制造移相器。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，PIN二极管存在损耗大，功率低，需要逻辑电路控制相位移动，不能连续调谐等缺点；铁氧体在3GHz以上损耗低，功率大，但其调谐电路的价格昂贵，且体积大，笨重，功耗大，仅用于军事领域；另外，铁氧体在1～2GHz时的损耗比在10GHz时大，不适用于蜂窝电话及个人通讯服务；铁氧体移相器很难制成平面结构。

钛酸锶钡的介电常数可以随外加电场变化，是一种合适的微波调谐材料。钛酸锶钡可以应用于各种天线，但是，钛酸锶钡的微波介电损耗太高，需要对材料进行改进。另外，太大的介电常数会导致太大的插入损耗，与电路匹配困难。因此，如何获得具有适中的介电常数和较高调谐率的钛酸锶钡是一个技术难点。

钛酸锶钡Ba_1-xSr_xTiO₃与线性介质材料复合可以降低介电常数、介电损耗，而调谐率保持在较高的范围，其中以Ba_1-xSr_xTiO₃-MgO的综合性能最好。但是，为降低复合陶瓷的介电损耗，通常需要增加线性介质如MgO的含量，结果导致调谐率的降低，而对于微波调谐应用来说，希望调谐率越高越好。如果能在降低复合陶瓷的介电损耗的同时，还能提高复合陶瓷的调谐率，将对微波调谐应用有利。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种微波调谐复合陶瓷材料及其制备方法。该材料介电常数适中，介电损耗低，调谐率高，尤其适用于微波调谐元件。制备工艺简单，成本低，能在1050℃～1200℃范围内烧结，制得的复合陶瓷材料成分以Ba_1-xSr_xTiO₃、Mg₃B₂O₆和MgO三相复合物存在，没有杂质相。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微波调谐复合陶瓷材料，其特征在于，它由Ba_1-xSr_xTiO₃和混合物构成，其中，Ba_1-xSr_xTiO₃的质量百分比为30%～95%，x=0.4～0.6，所述混合物由Mg₃B₂O₆和MgO构成，其中，Mg₃B₂O₆在混合物中的质量百分比含量为30%～90%。

按照本发明的另一方面，提供了一种上述微波调谐复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）配制Ba_1-xSr_xTiO₃和Mg₃B₂O₆粉体；

（2）按照配比在Ba_1-xSr_xTiO₃粉体中掺入粉末状的Mg₃B₂O₆和MgO，湿法球磨6～24小时后烘干；

（3）在烘干后的材料中加入3～8wt%的聚乙烯醇(PVA)造粒，再压制成型生坯；

（4）将生坯加热升温到400℃～800℃，升温速度小于等于30℃/分钟，然后保温2～4小时，排除生坯中的有机物质；

（5）在1050℃～1200℃范围内烧结，再保温2～4小时，得到微波调谐复合陶瓷材料。