专利名称：一种钛酸锶钡复合钼酸盐的微波介电可调材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于电子材料与器件技术领域，具体涉及一种高Q值、介电可调的钛酸锶钡基微波陶瓷介质材料，该材料能被用于电调谐微波谐振器、滤波器以及微波介质天线等可调微波元器件的材料。
背景技术：
具有高介电常数、低介电损耗、介电常数非线性可调以及其Curie温度可调的钙钛矿结构钛酸锶钡铁电材料在作为微波可调器件方面(如移相器、滤波器、可变电容器以及延迟线等)得到日益广泛关注，尤其在作为微波移相器方面更是目前研究的热点。但具有高介电常数的BST陶瓷材料很难满足其与激励源内部阻抗匹配和高功率的要求，这大大限制了其在微波可调器件领域的应用。因此，如何制备出既具有低介电常数、高Q值，又具有一定介电可调特性的材料体系是一个技术难点。目前，大多数研究者主要通过加入非铁电微波介质材料形成复合结构，从而达到降低介电常数和微波频段下介电损耗，使其可用于微波可调器件。Sengupta等已对BST与非铁电材料MgO的复合进行了系统的研究并申请了相关美国专利，虽然该复合材料的介电常数和损耗在一定程度上得到了降低，但随着MgO含量的增加，其介电常数的温度依赖特性和介电可调特性却急剧下降。董显林等在BST陶瓷材料与Mg2SiO4-MgO复合方面也做了一定的研究工作，关于BST材料的介电常数与介电可调性相互制约这一矛盾也没有得到很好的解决。本课题组早期采用MgAl2O6, M&Ti04，MgAl2O4, MgB2O3等与不同质量比钛酸锶钡复合， 研制得到具有低介电常数、高Q值和一定介电可调特性的陶瓷介质材料体系复合方面做了大量工作，取得了很大的进展。然而，Ba1^ySryTiO3与具有优异的微波介电特性的AMoO4 (A = Ba, Sr, Ca, Mn, Mg, Zn, Co) ( ε r = 8-10，Q*f，最高能达到89700GHz)的复合及其介电性能研究尚未见相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种高Q值、介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料及其制备方法。本发明的高Q值、介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料，其化学成分符合化学下式(1-x) % Bai_ySryTi03+x% AMoO4,其中，A 选自 Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、&i 和 Co ； 0 < χ < 100 ;y = 0. 4 0. 6。元素右下角的数字代表各对应元素的摩尔比；以高Q值、介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料的总重量计，(1-X%)和分别代表 Ba1^ySryTiO3和AMoO4的重量百分含量。较佳的，所述高Q值、介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料的 (l-x% )Bai_ySryTi03+x% AMoO4 中A 选自 Ba 和 Sr ;x = 10 40 ;y = 0. 4 0. 6。本发明的高Q值、介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料的制备方法，包括如下步骤(1)通过固相反应法制备混合粉料，具体为选用BaC03、SrC03、TiO2, MoO3和A的碳酸盐或氧化物为主要原料，按照(l-x% )Bai_ySryTi03+x% AMoO4中的Ba、Sr、Ti、A和Mo 的化学计量比配料，将配好的原料置于尼龙球磨罐中，加入氧化锆球和球磨介质球磨，出料烘干后经预烧及研磨后得到混合粉料。本发明采用传统的电子陶瓷粉料制备工艺，通过固相反应法制备获得高Q值、介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料的混合粉料。较佳的，步骤(1)中，所述球磨介质为无水乙醇或去离子水，球磨时间为20 M 小时。较佳的，步骤(1)中，所述预烧温度为1000°C 1300°C，预烧时间为2-4小时。(2)在获得的混合粉料中加入氧化锆球和球磨介质球磨，出料烘干后过筛。较佳的，步骤O)中，所述球磨介质为无水乙醇或去离子水，球磨时间为20 M 小时。较佳的，步骤O)中，出料烘干后过筛的筛子目数为200目筛。(3)采用粘结剂对步骤O)中过筛后的粉料进行造粒，在IOMPa IOOMPa压力下压制成陶瓷生坯片。陶瓷生坯片的压制可通过不同型号的成型模具压制成所需尺寸大小的陶瓷生坯片。较佳的，步骤(3)中，所述粘结剂为质量百分比为8% 10%的聚乙烯醇(PVA)水溶液。(4)将步骤(3)中制得的陶瓷生坯片经过550°C 600°C排粘处理后，在1200°C 1500°C进行烧结，保温2 4小时后得到所述高Q值、介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料。所述球磨料是指球磨的原料，在步骤(1)中球磨的原料是由BaC03、SrC03> TiO2和 AMoO4组成的混合原料，步骤2)中球磨的原料是预烧过的混合粉料。上述球磨时，氧化锆球与球磨料的质量比均为(1. 2 1. 5) 1 ；球磨介质无水乙醇或去离子水与球磨料的质量比均为(1.5 3.0) 1。本发明是采用传统的电子陶瓷制备工艺，采用AMoO4和Bai_ySryTi03的相应质量比复合改性，研制得到可用于可调微波器件的高Q值、介电可调的(l-x% )Bai_ySryTi03+x% AMoO4 (Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、Zn和Co ;y = 0. 4 0. 6。)陶瓷介质材料，其具有以下主要特点
(1)本发明的陶瓷介质材料体系的居里温度可随Ba/Sr以及Bai_ySryTi03和 AMoO4(A = Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、Zn或Co ;y = 0. 4 0. 6)的质量比在很宽的范围内连续可调，可以根据所设计的可调微波器件的工作温度要求调整材料体系的结构和性能；(2)通过 Ba/Sr 以及 Ba1^ySryTiO3 和 AMoO4 (A = Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、Zn 或 Co ;y = 0. 4 0. 6)组分比例的变化，陶瓷介质材料的介电常数可连续可调，可以得到介电常数系列化的材料体系，拓宽了该陶瓷介质材料的应用范围；(3)本发明的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料具有高Q值、低的介电常数，一定的介电可调率，并且介电常数系列化；(4)本发明的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料，其化学成分以立方 Ba1^ySryTiO3相与AMo04共存(四方或单斜相)，具有优异的微波介电性能；
(5)采用传统的电子陶瓷制备工艺，工艺简单，成本低，且该陶瓷介电材料体系环保无毒副作用，性能优异，可适用于可调微波器件的开发和设计。本发明的高Q值、介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料被用作电调谐微波谐振器、滤波器以及微波介质天线等可调微波元器件材料。
图1-3是80%8￡10 射分析图谱；图1-13是80%8￡10 射分析图谱。图2_&是80%8￡10 和损耗与温度的关系曲线；图2_13是80%8￡10 和损耗与温度的关系曲线。图3_&是80%8￡10 与电场强度的关系曲线；图3_13是80%8￡10 与电场强度的关系曲线。上述各图中BEici 4Srci 6TiO3 用 BST40 表示，B^15Srtl 5TiO3 用 BST50 表示。
具体实施例方式下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。实施例1制备高Q值、介电可调的80% Ba0.4Sr0.6Ti03+20% BaMoO4陶瓷介质材料按照80% Ba0.4Sr0 6Ti03+20% SrMoO4 中的 Ba、Sr、Ti 和 Mo 的化学计量比配料，称取 BaC03、SrCO3> Ti02、MoO3 原料(如表 l_a 所示)。原料来源=BaCO3(99.8%, Alfa Aesar China LTD. )、SrCO3(99. 0%, Alfa Aesar China LTD.)、TiO2 (99. 9%，佛山高新无机材料有限公司)和MoO3(99. 99%，国药集团化学试剂有限公司)。表1-a 80% Ba0.4Sr0.6Ti03+20 % BaMoO4 陶瓷介质材料的配比
配方质量(g)BaCO344. 3
SrCO334. 7TiO231. 4
.4Sr0.6Ti03+20% BaMoO4介电可调微波陶瓷介质材料的X射线衍 .5Sr0.5Ti03+20% SrMoO4介电可调微波陶瓷介质材料的X射线衍 .4Sr0.6Ti03+20% BaMoO4介电可调微波陶瓷介质材料的介电常数 .5Sr0.5Ti03+20% SrMoO4介电可调微波陶瓷介质材料的介电常数 .4Sr0.6Ti03+20% BaMoO4介电可调微波陶瓷介质材料的介电常数 .5Sr0.5Ti03+20% SrMoO4介电可调微波陶瓷介质材料的介电常数
权利要求
1.一种介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料，其化学成分符合化学下式(1-X% )Bai_ySryTi03+x% AMoO4,其中，A 选自 Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、Zn 禾口 Co ；0 < χ < 100 ； y = 0. 4 0. 6。
2.如权利要求书1所述的介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料， 其特征在于，所述介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料的(ι-χ% ) Bai_ySryTi03+x% AMoO4 中，A 为 Ba 或 Sr ;x = 10 40 ;y = 0. 4 0. 6。
3.如权利要求书1或2所述的介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料的制备方法，包括如下步骤(1)通过固相反应法制备混合粉料，具体为选用BaC03、SrC03、TiO2,MoO3和A的碳酸盐或氧化物为主要原料，按照(l-x% )Bai_ySryTi03+x% AMoO4中的Ba、Sr、Ti、A和Mo的化学计量比配料，将配好的原料置于尼龙球磨罐中，加入氧化锆球和球磨介质球磨，出料烘干后经预烧及研磨后得到混合粉料；(2)在获得的混合粉料中加入氧化锆球和球磨介质进行球磨，出料烘干后过筛；(3)采用粘结剂对步骤(2)中过筛后的粉料进行造粒，在IOMI^a lOOMI^a压力下压制成陶瓷生坯片；(4)将步骤(3)中制得的陶瓷生坯片经过550°C 600°C排粘处理后，在1200°C 1500°C进行烧结，保温2 4小时后得到所述介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料。
4.如权利要求书3所述的介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，所述球磨介质均为无水乙醇或去离子水，球磨时间均为20 24小时。
5.如权利要求书3所述的介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预烧温度为1000°c 1300°C，预烧时间为2-4小时。
6.如权利要求书3所述的介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述粘结剂为质量百分比为8% 10%的聚乙烯醇水溶液。
7.如权利要求书1或2所述的介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料在电调谐微波谐振器、滤波器以及微波介质天线的可调微波元器件中的应用。
全文摘要
本发明属于电子材料与器件技术领域，公开了一种高Q值、介电可调的钛酸锶钡复合钼酸盐的微波陶瓷介质材料及其制备。本发明的微波陶瓷介质材料，其化学成分符合化学下式(1-x)%Ba1-ySryTiO3+x%AMoO4，其中，A选自Ba、Sr、Ca、Mn、Mg、Zn和Co；0＜x＜100；y=0.4～0.6。本发明的可调微波陶瓷介质材料，具有高的Q值，介电常数系列化，并有一定的介电可调率，能被用作电调谐微波谐振器、滤波器以及微波介质天线等可调微波元器件的材料。
文档编号C04B35/622GK102515746SQ20111042266
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者唐林江, 沈波, 翟继卫 申请人:同济大学