專利名稱：：一種介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是一種介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料。
背景技術(shù)：
：鈦酸鍶鋇(Bai—xSrxTi03，記BST)是一種典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料，具有高的介電常數(shù)、低的介電損耗以及在直流電場作用下介電常數(shù)非線性可調(diào)等優(yōu)異的介電性能，且其Curie溫度可隨Ba/Sr比在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。因此，BST陶瓷材料在微波可調(diào)器件方面如移相器、濾波器、可變電容器以及延遲線等得到日益廣泛關(guān)注，尤其在作為微波移相器材料更是目前研究的熱點(diǎn)。1994年，美國國家軍事研究實(shí)驗(yàn)室材料部L.C.Sengupta和美國軍事研究實(shí)驗(yàn)室微波與光電部W.C.Drach，在向美國軍事部門提交的"鈦酸鍶鋇(BST)移相器材料電學(xué)特性"的調(diào)査報(bào)告中提出，如果BST鐵電材料能夠取代鐵氧體材料制作移相器，相控陣?yán)走_(dá)天線將面臨一場巨大的革命。在可調(diào)微波器件應(yīng)用方面，負(fù)載材料過高的介電常數(shù)，很難滿足其與激勵源內(nèi)部阻抗的匹配。而純BST陶瓷材料的介電常數(shù)過高，大大地限制了其在微波可調(diào)器件領(lǐng)域的應(yīng)用。對于微波移相器的設(shè)計(jì)而言，所選材料的介電參數(shù)指標(biāo)一般要求其相對介電常數(shù)e介于301000之間，介電損耗tanS<0.001，且在外加直流電場作用下的介電可調(diào)性應(yīng)大于10%。目前，大多數(shù)研究者主要通過選用介電性能優(yōu)異的低介電常數(shù)材料與BST陶瓷材料進(jìn)行復(fù)合，希望降低介電常數(shù)，同時(shí)保持較高的介電可調(diào)率，但效果不佳。研究較多的體系為BST-MgO，它能夠有效地降低介電常數(shù)，但介電可調(diào)率也迅速降低；有些添加物還會與BST生成其它雜相，劣化陶瓷材料的其它電學(xué)性能。Sengupta等己對BST與非鐵電材料MgO的復(fù)合進(jìn)行了系統(tǒng)的研究并申請了相關(guān)美國專利，董顯林等在BST陶瓷材料與Mg2Si04-MgO的復(fù)合方面也做了一定的研究工作。至今，BST材料的介電常數(shù)與介電可調(diào)性相互制約的矛盾始終沒有得到很好的解決。因此，開發(fā)出既具有適中介電常數(shù)，低的介電損耗，又具有高介電可調(diào)性的材料是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)和國際上的研究熱點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種介電特性優(yōu)良，介電損耗小，介電常數(shù)適中，具有較高的介電可調(diào)率的介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷材料。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料，其特征在于，其成份包括兩相，第一相的組成分子式為(Ba,Sr，Ca)Ti03，各成份的含量按照其原料表示為(1-x-y)BaTi03-ySrTi03—xCaTi03，其中0《y《0.18，0.21《x《0.91且鋇的含量大于鈣的含量；第二相的組成分子式為(Ba,Sr,Ca)Ti03，各成份的含量按照其原料表示為(1-x-y)BaTiO廣ySrTi03-xCaTi03，其中0《y《0.18，0.21《x《0.91，且鈣的含量大于鋇的含量。其中，第一相為富鋇相，為鐵電相；第二相為富鈣相，為介電相。優(yōu)選地是，所述的第一相中，0.21《x《0.41。優(yōu)選地是，所述的第二相中，0.42《x《0.91。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制備權(quán)利要求介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料的方法，其特征在于，包括以下步驟a、按(l-x-y)BaTi03-ySrTi03-xCaTi03，其中0《y《0.18，0.21《x《0.91，劑量比稱取原料粉體，加入無水乙醇或去離子水與氧化鋯球，球磨，出料烘干后過200目篩得到粉料；b、將上述球磨過的粉料置于坩堝中進(jìn)行預(yù)燒，900-110(TC下保溫1-7小時(shí)；c、將預(yù)燒料粉稍做研磨，加入810%的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑對粉料進(jìn)行造粒，在10100MPa壓力下壓制成所需尺寸大小的陶瓷生坯片；d、將陶瓷生坯片經(jīng)過550。C60(TC的排粘處理后，再在130(TC150(TC保溫24小時(shí)，即可得到介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料。本發(fā)明的有益效果為(1)本發(fā)明采用傳統(tǒng)的電子陶瓷制備工藝，工藝簡單，成本低，原料、制備過程及制成的復(fù)相陶瓷均無污染和毒副作用；這種復(fù)相陶瓷是一種天然的兩相復(fù)合材料，具有自組裝特性；可適用于可調(diào)微波器件的開發(fā)和設(shè)計(jì)；(2)該復(fù)合陶瓷材料體系的居里溫度可隨Sr的加入而降低，且在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；復(fù)合陶瓷材料體系的介電常數(shù)可隨Ca的加入而降低，且損耗也降低?？梢愿鶕?jù)所設(shè)計(jì)的可調(diào)微波器件的工作溫度要求調(diào)整材料體系的結(jié)構(gòu)和性能；(3)通過(l-x-y)BaTi03-ySrTi03-xCaTi03，0《y《0.18，0.21《x《0.91，組分含量的變化，復(fù)相陶瓷材料的介電常數(shù)可在160800之間連續(xù)可調(diào)，損耗也較低，tanS可控制在0.005以下?？梢缘玫浇殡姵?shù)系列化的材料體系，拓寬了材料的應(yīng)用范圍；(4)在外加直流電場作用下，所述復(fù)相陶瓷具有較高的介電可調(diào)特性，在30KV/cm外場下可調(diào)率達(dá)15%_45%;特別是對于中低介電常數(shù)(150-500)的復(fù)相陶瓷，在滿足可調(diào)微波器件設(shè)計(jì)的空間阻抗匹配的同時(shí)，還具有較高的的介電可調(diào)性(10%45%)。圖1、(1-x_y)BaTi03-ySrTi03〒xCaTi03陶瓷的X射線衍射分析圖譜。圖2、(1-x-y)BaTi03-ySrTi03-xCaTi03復(fù)相陶瓷的介電常數(shù)和損耗與溫度的關(guān)系曲線。圖3、(1-x-y)BaTi03-ySrTi03-xCaTi03復(fù)相陶瓷的介電常數(shù)與外加直流場強(qiáng)的關(guān)系曲線。具體實(shí)施例方式本發(fā)明中的介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷材料，其組分含量可以是如下所示(1)按(l-x-y)BaTi03-ySrTiO廣xCaTiO"第一相中，y=0，x=0.21，第二相中，y=0，x=0.91;介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料組成為Ba。.79Ca。.21Ti03-Ba。.。9Ca。.91Ti03;(2)按(l-x-y)BaTiO廣ySrTi03-xCaTi03，第一相中，y=0.05，x=0.30，第二相中，y=0.05，x=0.86，介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷材料組成為Bao,65Sro.o5Ca0.30TiO3一Ba^o.ogSro.05Ca^.86TiO3;(3)按(1-x-y)BaTiO廣ySrTi03-xCaTi03，第一相中，y=0.10，x=0.34;第二相中，y=0.10，x=0.74，介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷材料組成為Bso.5eSro.ioC已o.34TiO3一Ba^o.ieSr。.10Ca^74TiO3;(4)按(l-x-y)BaTiO廣ySrTiO廣xCaTiO"第一相中，y=0.15，x=0.38;第二相中，y=0.15，x=0.67，介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷材料組成為Ba^o.47Sro.]5Ca0.38TiO3一BELo.1sSro.15Cao.67Ti03。實(shí)施例實(shí)施例1#4#各原料的重量，如表1所示。表1.(1-x-y)BaTi03-ySrTi03-xCaTi03復(fù)相陶瓷材料配比和性能<table>complextableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>將上述各配方的混合料放入尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇球磨24小時(shí)，出料烘干后粉體過200目篩；然后置于坩堝中進(jìn)行預(yù)燒，100(TC下保溫4小時(shí)；將預(yù)燒料粉稍做研磨，采用8%的聚乙烯醇(PVA)作為粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，在lOMPa壓力下，干法壓制成直徑cl)二10mm生坯片，經(jīng)過550。C的排粘處理后，樣品在空氣氣氛下，燒結(jié)溫度為1350"145CTC范圍內(nèi)，保溫4小時(shí)后，得到(l-x-y)BaTi03-ySrTi03-xCaTi03兩相復(fù)合陶瓷樣品。將制得的陶瓷樣品兩面拋光，被銀、燒銀后進(jìn)行物相成分分析和介電性能測試，其相關(guān)介電性能也列于表l。上述制備方法中，預(yù)燒后，保溫溫度及時(shí)間可根據(jù)成份變化進(jìn)行調(diào)整，聚乙烯醇的濃度可在810%范圍內(nèi)調(diào)整，壓力可在10100MPa內(nèi)調(diào)整，排粘處理溫度可在550。C600。C內(nèi)調(diào)整。、實(shí)施例T-3'配方所制得的(1-x_y)BaTi03-ySrTi03-XCaTi03兩相復(fù)合陶瓷是一種具有自組裝特性的天然兩相復(fù)合材料，由富Ba的(Ba，Sr，Ca)Ti03和富Ca的(Ba,Sr,Ca)Ti03組成，各自Ba/Ca/Sr的比例與Sr的含量有關(guān)。實(shí)施例1"-3#配方所制得的兩相復(fù)合陶瓷的X射線衍射分析圖譜如圖l所示；介電常數(shù)和損耗與溫度的關(guān)系曲線如圖2所示；介電常數(shù)與外加直流場強(qiáng)的關(guān)系曲線如圖3所示。其中，TBCT-25的化學(xué)劑量比為BaTiO3/CaTiO3/SrTiO3=75/25/0;2sBS5CT-32的化學(xué)劑量比為BaTi03/CaTiO3/SrTiO3=63/32/5;3**BS10CT-75的化學(xué)齊ij量比為BaTi03/CaTi03/SrTi03=15/75/10。本發(fā)明中的實(shí)施例僅用于對本發(fā)明進(jìn)行說明，并不構(gòu)成對權(quán)利要求范圍的限制，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以想到的其他實(shí)質(zhì)上等同的替代，均在本發(fā)明保護(hù)范圍。權(quán)利要求1、一種介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料，其特征在于，其成份包括兩相，第一相的組成分子式為(Ba，Sr，Ca)TiO3，各成份的含量按照其原料表示為(1-x-y)BaTiO3-ySrTiO3-xCaTiO3，其中0≤y≤0.18，0.21≤x≤0.91且鋇的含量大于鈣的含量；第二相的組成分子式為(Ba，Sr，Ca)TiO3，各成份的含量按照其原料表示為(1-x-y)BaTiO3-ySrTiO3-xCaTiO3，其中0≤y≤0.18，0.21≤x≤0.91，且鈣的含量大于鋇的含量。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料，其特征在于，所述的第一相中，0.21≤x≤0.41。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料，其特征在于，所述的第二相中，0.42≤x≤0.91。4、制備權(quán)利要求1所述的介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料的方法，其特征在于，包括以下步驟a、按(l-x-y)BaTiO3-ySrTiO3-xCaTiO3其中0≤y≤0.18，0.21≤x≤0.91，劑量比稱取原料粉體，加入無水乙醇或去離子水與氧化鋯球，球磨，出料烘干后過200目篩得到粉料；b、將上述球磨過的粉料置于坩堝中進(jìn)行預(yù)燒，900-1100℃下保溫l-7小時(shí)；c、將預(yù)燒料粉稍做研磨，加入810%的聚乙烯醇作為粘結(jié)劑對粉料進(jìn)行造粒，在10lOOMPa壓力下壓制成所需尺寸大小的陶瓷生坯片d、將陶瓷生坯片經(jīng)過550℃-600℃的排粘處理后，再在1300℃-1500℃保溫24小時(shí)，即可得到介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料。.全文摘要本發(fā)明公開了一種介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料，其特征在于，其成份包括兩相，第一相的組成分子式為(Ba，Sr，Ca)TiO₃，各成份的含量按照其原料表示為(1-x-y)BaTiO₃-ySrTiO₃-xCaTiO₃，其中0≤y≤0.18，0.21≤x≤0.91且鋇的含量大于鈣的含量；第二相的組成分子式為(Ba，Sr，Ca)TiO₃，各成份的含量按照其原料表示為(1-x-y)BaTiO₃-ySrTiO₃-xCaTiO₃，其中0≤y≤0.18，0.21≤x≤0.91，且鈣的含量大于鋇的含量。本發(fā)明中的介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷質(zhì)材料，介電特性優(yōu)良，介電損耗小，介電常數(shù)適中，具有較高的介電可調(diào)率的介電可調(diào)的復(fù)相陶瓷材料。文檔編號C04B35/462GK101172850SQ200710047498公開日2008年5月7日申請日期2007年10月26日優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日發(fā)明者紅劉,熹姚,張靈靈,王旭升,翟繼衛(wèi)申請人:同濟(jì)大學(xué)