[发明专利]一种钡基钙钛矿结构的陶瓷电介质材料

说明书

技术领域

本发明是关于电子信息材料与元器件的，特别涉及一种具有更高介电调谐性能的钡基钙钛矿结构的陶瓷电介质材料及其制备方法。

背景技术

介电调谐材料就是其介电常数能随外加电场变化而变化的材料，这种介电常数与外加电场的非线性变化就是介电调谐性，利用这种介电非线性效应，可以设计出电压控制的可调电容器，从而应用到各种电压可调的移相器、振荡器、滤波器及延迟器等可调谐器件中。相控阵雷达就是通过控制天线阵面的相位来实现波束在空间的扫描，通过移相器改变相邻天线的相位差值，就可使雷达波束在空间进行电扫描而天线不必转动。

移相器作为相控阵天线的关键部件，要求其具有高的开关速度、低插入损耗、尺寸小、质量小等特点。目前，移相器材料主要包括PIN二极管、铁氧体和介质材料三类。与其他材料相比，介质材料具有响应速度快、系统控制性好、体积小、质量小、损耗低等优点，是一种具有良好应用前景的移相器用材料。锆钛酸钡Ba(Zr_xTi_1-x)O₃(BZT)是BaTiO₃中Zr⁴⁺取代部分Ti⁴⁺后形成的固溶体系，是一类新型的铁电体，这类铁电体由于其存在一些铁电畴，导致其在无外加电场作用时就存在偶极子的规则排列，在这些偶极子的相互作用下，导致BZT具有较高的介电调谐特性。但是，BZT陶瓷的烧结温度较高(～1400℃)，采用添加烧结助剂(如CuO、LiCO₃等)虽然能够降低BZT陶瓷的烧结温度，也会导致调谐性能的恶化。

发明内容

本发明所提供的钡基钙钛矿结构的陶瓷电介质材料及其制备方法，目的在于克服现有技术中降低烧结温度所导致的性能恶化的缺点，通过采用离子掺杂的方式来提高产品的介电调谐性能，并降低其烧结温度。

本发明通过如下技术方案予以实现：

一种钡基钙钛矿结构的陶瓷电介质材料，其化学式为Ba_1-xSm_x(Zr_0.1Ti_0.9)O₃，其中0＜x≤0.003；

该钡基钙钛矿结构的陶瓷电介质材料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)分别将BaCO₃、Sm₂O₃、TiO₂、ZrO₂按化学计量式Ba_1-xSm_x(Zr_0.1Ti_0.9)O₃，其中0＜x≤0.003进行配料，将粉料放入球磨罐中，加入无水乙醇和锆球后，球磨2～9小时；

(2)将步骤(1)球磨后的粉料放入干燥箱中，于80～120℃烘干，然后过40目筛；

(3)将过筛后的粉料放入氧化铝坩埚后置于中温炉中，于1050～1250℃预烧，保温2～6小时；

(4)将步骤(3)预烧后的原料，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨8～14小时，烘干后过筛，再用粉末压片机以1～6MPa的压力压制成坯体；

(5)将步骤(4)的坯体于1200℃～1300℃烧结，保温2～8小时，制成钡基钙钛矿结构的陶瓷电介质材料。

所述步骤(1)的粉料采用行星式球磨机进行球磨，球磨机转速为400转/分。

所述步骤(1)Ba_1-xSm_x(Zr_0.1Ti_0.9)O₃中Sm的含量为x＝0.002。

所述步骤(5)的烧结温度为1270℃。

本发明制得的Ba_1-xSm_x(Zr_0.1Ti_0.9)O₃材料，具有较高的调谐特性(66％)和适中的烧结温度(1270℃)。

具体实施方式

本发明以BaCO₃、Sm₂O₃、TiO₂、ZrO₂为初始原料，通过固相法制备一种具有较高调谐特性的电介质材料，具体实施方案如下：