[发明专利]一种低介电损耗钛酸锶陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低介电损耗钛酸锶陶瓷材料，属于环境友好型的微波介电陶瓷领域，可用于微波通讯等领域。

背景技术

近年来，随着信息处理技术和电子信息数字化技术的快速发展，微波通讯技术占据着越来越重要的地位，这就要求微波介质材料具有高的介电常数（ε_r）,高的Q×f值和近零频率温度系数(τ_f)。SrTiO₃陶瓷，室温下具有很高的介电常数ε_r(~230)和很大的正温度系数τ_f≈+1100ppm/℃，可与低介电常数，负温度系数的材料复合，获得一些性能优良的微波介质材料。例如Yuan-Bin Chen 等指出在0.55La(Mg_1/2Ti_1/2) O₃-0.45SrTiO₃陶瓷体系中加入0.25wt% B₂O₃，得到的样品介电常数为46.32,Q×f值为34,000(GHz), 温度系数τ_f为-0.12ppm/℃。Cheng-Shing 等人的研究表明，掺杂0.25wt% CuO于0.5LaAlO₃-0.5SrTiO₃体系中，样品的介电性能良好：ε_r =35.2，Q×f= 24,000GHz，τ_f=-13.5ppm/℃。Won Woo等报道了把2wt% 的 B₂O₃掺杂到0.96MgTiO₃-0.036SrTiO₃陶瓷体系中，样品的介电性能为：ε_r=19，Q ×f=75,300GHz，τ_f=-8.9ppm/℃。但是由于晶格中各阶非谐振振荡，衰减的存在，以及材料内部缺陷，杂质以及气孔的影响，SrTiO₃陶瓷介电损耗较大，Q×f值并不高（~1000GHz），这将影响所形成的复合材料的性能。因此降低钛酸锶材料的介电损耗，从而进一步提高复合材料的Q×f值是一项紧迫且有重大意义的课题。

钙钛矿（ABO₃）结构对外来离子有着较强的相容能力，只要满足电中性和离子配合半径的要求，A位和B位均可被外来离子占据而变成复合钙钛矿结构，并由此引发各种新的性能。因此，在这里我们可以通过掺杂来降低材料的介电损耗，进而提高钛酸锶材料的微波介电性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种低介电损耗钛酸锶陶瓷材料，解决现有技术中钛酸锶材料介电损耗（tanδ）较高、Q ×f值较低的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：首先以SrTiO₃作为原料，选用CaO、MgO、Al₂O₃、 ZrO₂、Nb₂O₅中的一种或多种作为掺杂物，湿法球磨（为了有助于干粉的成型，可在球磨过程中加入少许粘结剂）干燥后，经研磨、过筛得到混合干粉。

优选的，上述氧化物的掺杂量为0.5~5wt%；其中，当掺杂量为0时，即钛酸锶陶瓷粉体材料中未掺杂氧化物，最后所得的SrTiO₃陶瓷样品Q ×f值为1,145GHz；当Nb₂O₅的掺杂量为2wt%时，最后所得的SrTiO₃陶瓷材料的Q ×f值达到最高为6,281GHz，大约是纯钛酸锶陶瓷材料的5.5倍，介电性能得到了很大的改善。

优选的，球磨时间为24h，球磨介质为去离子水。

前述的一种低介电损耗钛酸锶陶瓷的制备方法，将前述的混合干粉在50~200MPa的压强下干压成型，压制成直径约16mm，高度约12mm的柱形样品，然后将样品放置于马弗炉中升温至1300~1500℃烧结2~6h, 得到致密的SrTiO₃陶瓷样品。

优选的，干压成型的压强为100MPa，样品的烧结温度为1450℃，保温时间为4h。