[發明專利]高導熱微波衰減器材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200810227383.0
• 申請日: 2008-11-27
• 公開（公告）號: CN101734922A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 楊志民;董桂霞;馬書旺;杜軍;毛昌輝
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C04B35/581
• 分類號: C04B35/581;C04B41/88;H01P1/22
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 耿小強

技術領域

本發明涉及一種微波衰減器材料及制備方法，特別涉及一種應用于真空條件下 的綠色環保微波衰減器材料及制備技術，屬于微波電子真空技術領域。

背景技術

微波真空器件廣泛應用于雷達、電子對抗、衛星通訊、導彈發射等國防和重點 工程領域，被譽為電子系統的“心臟”。目前，微波真空器件正向大功率、高效率、 高增益、寬頻帶及長壽命方向發展，但隨著功率、增益及帶寬等的提高，微波真空 器件的穩定性越來越差。為解決這一問題，需要在微波真空器件內放置微波衰減器， 以吸收反射波，并有選擇地抑制各種模式的雜波，防止微波真空器件的自由震蕩。 因此，微波衰減器是真空器件內關鍵部件之一，其性能直接關系到微波真空器件的 穩定性、輸出功率及可靠性。

大功率的微波電子真空器件，由于需要吸收較大的功率，對衰減材料提出了嚴 格的要求，主要體現在如下幾個方面：1)材料在微波頻段的介電常數高(ε_r≥20)、 介電損耗高(tanδ≥0.1)，這是實現衰減材料高衰減量的關鍵之一；2)基體具有良 好的導熱性，以使其吸收的微波能量能很快地傳到管外；3)能承受足夠大的功率， 在大功率下，衰減材料的基本性能(包括衰減量、真空性能等)一概不受損害，因 此材料中的低熔點物質和易揮發物質應盡可能少，而氣孔率應盡可能低；4)高溫 和化學穩定性好，保證材料能經受整個制管工藝過程而性能不變；5)一定的機械 強度，以保證衰減器在裝架或管子的使用過程不受損害。

目前，國內采用的微波衰減器多為滲碳多孔陶瓷，這類陶瓷性能指標低，參數 調整困難。此外，該類材料還存在制瓷工藝不穩定，重復性差，成品率低，真空條 件下易放氣，導熱性能也差等缺點，難以滿足高性能機載雷達和電子對抗系統的需 求。并且，陶瓷基體多為BeO瓷，BeO瓷雖然導熱性好、強度高，但有毒，安全防 護難以達到要求。

AlN(氮化鋁)無毒，熱導率理論值為320W/(m·K)，與BeO的熱導率相近，是 Al₂O₃熱導率的8倍左右。AlN晶體結構和BeO的相同，具有六方纖鋅礦結構。而且， AlN具有在高真空環境下放氣速率低、與氧化物陰極有長期的兼容性、在1200℃以 下具有好的熱穩定性能和較高的力學性能及與無氧銅可形成氣密封接等優點。因 此，AlN基衰減材料是替代有毒BeO的最佳選擇。但是，純氮化鋁陶瓷具有介電常數 低(ε_r≈8)、介電損耗低(tanδ≈0.001)及電阻率過高(ρ≈10¹⁴～10¹⁷Ω·cm)等特點， 因此常在其中添加一些導電相來加以調整。W和Mo與AlN具有相匹配的熱膨脹系數， 且具有較高的熔點(由于AlN的燒結溫度在1700℃左右，添加熔點過低的導電相在 燒結過程會形成液體，得不到所需要的結果)，十分適合作為導電添加劑來制備金 屬-介質復合微波衰減材料。但是，由于W和Mo的密度與AlN的密度相差甚遠，采用 傳統的混料工藝很難使金屬相和導電相混合均勻，這是目前制備Mo(W)-AlN金屬-介 質復合微波衰減材料的瓶頸。

發明內容

本發明的目的在于提供一種導熱率高、氣孔率低、機械強度高、均勻性及一致 性高且無毒、無污染的金屬-介質微波衰減器材料，此材料可以滿足在較寬頻段內， 至少有20dB的反射衰減量。

針對上述目的，本發明所采取的技術方案如下：

一種高導微波衰減器材料，其特征在于：包括金屬相Mo或W：1.65～2.01vol.％； 介質相AlN：93.28～96vol.％；燒結助劑CaF₂：2.39～4.91vol.％。

所述高導熱微波衰減器材料中，所述金屬相Mo或W為磁控濺射鍍膜。

本發明選取Mo和W作為金屬相，AlN為介質相。如前所述，高性能的微波衰減 器材料要求介電常數高、介電損耗高，而AlN的介電常數和介電損耗均較低，因此 從理論上來講金屬相的加入量越多越好。但是，當金屬相的添加量超過某一數值(滲 流閾值)后，所制備的金屬-介質復合材料就會成為導體，與大塊金屬樣品的反射 相類似，強烈的反射微波輻射，不能作為微波衰減器材料使用。而滲流閾值是與原 材料及制備工藝密切相關的，金屬相與介質相分布越均勻，金屬-介質復合材料的 滲流閾值越高。此外，由于AlN燒結溫度高且難以燒結致密，適當添加少量的燒結 助劑可以有效提高復合材料的燒結致密度并降低燒結溫度。