[發(fā)明專利]一種微波調(diào)諧復(fù)合陶瓷材料及其制備方法

無效

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• 申請日: 2009-12-18
• 公開（公告）號: CN101723653A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐業(yè)彬;劉婷;何艷艷
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: C04B35/20
• 分類號: C04B35/20;C04B35/465;C04B35/64
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波陶瓷材料技術(shù)，具體涉及一種BaZr_xTi_1-xO₃-MgO-Mg₂SiO₄微波調(diào)諧復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)

可調(diào)濾波器，延遲線，移相器，振蕩器，共振器及相控陣天線等微波器件是微波通信領(lǐng)域的重要器件，但太高的成本限制了其廣泛的商業(yè)應(yīng)用。低成本調(diào)諧技術(shù)將引起微波元件及天線工業(yè)的革命。

微波調(diào)諧材料的介電常數(shù)可隨外加電壓改變。應(yīng)用于微波通訊領(lǐng)域，可通過外加電壓改變元件的工作頻率，如可讓一個濾波器產(chǎn)生頻率跳躍，這對未來的寬帶通訊非常重要，因為這樣可實現(xiàn)幾個用戶在一個共同頻率范圍傳輸和接受信號。新型微波調(diào)諧材料可大大降低相控陣天線的成本，將使相控陣天線的應(yīng)用由目前的軍用擴(kuò)展至民用。相控陣天線的速度，精度及可靠性均比相應(yīng)的機(jī)械操縱天線高。

微波調(diào)諧材料可用于制造移相器。目前的移相器主要是鐵氧體移相器和半導(dǎo)體二極管移相器。但在高頻下，PIN二極管存在損耗大，功率低，需要邏輯電路控制相位移動，不能連續(xù)調(diào)諧等缺點；鐵氧體在3GHz以上損耗低，功率大，但其調(diào)諧電路的價格昂貴，且體積大，笨重，功耗大，僅用于軍事領(lǐng)域，另外，鐵氧體在1-2GHz時的損耗比在10GHz時大，不適用于蜂窩電話及個人通訊服務(wù)。鐵氧體移相器很難制成平面結(jié)構(gòu)。

電場控制的微波調(diào)諧材料主要是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料，以鈦酸鍶鋇(Ba，Sr)TiO₃及其復(fù)合物研究最多。鋯鈦酸鋇BaZr_xTi_1-xO₃(BZT)具有高調(diào)諧率，同時，Zr⁴⁺比Ti⁴⁺在化學(xué)上更加穩(wěn)定，而且BaZr_xTi_1-xO₃在順電相的溫度穩(wěn)定性優(yōu)于(Ba，Sr)TiO₃。鋯鈦酸鋇的介電常數(shù)太高，微波介電損耗高，需要對材料進(jìn)行改進(jìn)。另外，太大的介電常數(shù)會導(dǎo)致太大的插入損耗，與電路匹配困難。因此，如何獲得具有適中的介電常數(shù)，較高調(diào)諧率的鋯鈦酸鋇是一個技術(shù)難點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微波調(diào)諧復(fù)合陶瓷材料，該該材料介電常數(shù)適中，介電損耗低，調(diào)諧率高，尤其適用于微波調(diào)諧元件；本發(fā)明還提供了該材料的制備方法。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的微波調(diào)諧復(fù)合陶瓷材料，由BaZr_xTi_1-xO₃和混合物構(gòu)成，其中，BaZr_xTi_1-xO₃的質(zhì)量百分比為30-95％，x＝0.1-0.50，所述混合物由Mg₂SiO₄和MgO構(gòu)成，其中，Mg₂SiO₄在混合物中的質(zhì)量百分比含量為1-99％。

上述的微波調(diào)諧復(fù)合陶瓷材料的制備方法，包括下述步驟：

(1)配制BaZr_xTi_1-xO₃和Mg₂SiO₄粉體

以粉末狀的BaCO₃、ZrO2和TiO₂按比例混合作為一組原料，以粉末狀的SiO₂和MgO按比例混合作為另一組原料，將二組原料分別濕法球磨6-24小時，然后出料、烘干，再在1000℃-1300℃范圍內(nèi)預(yù)燒2-6小時，分別得到BaZr_xTi_1-xO₃和Mg₂SiO₄粉體；

(2)按照配比在BaZr_xTi_1-xO₃粉體中摻入粉未狀的Mg₂SiO₄和MgO，濕法球磨6-24小時后烘干；

(3)在烘干后的材料中加入3-8wt％的聚乙烯醇(PVA)造粒，再壓制成型生坯；

(4)將生坯加熱升溫到400-800℃，升溫速度小于等于30℃/分鐘，然后保溫2-4小時，排除生坯中的有機(jī)物質(zhì)；

(5)在1200℃-1400℃范圍內(nèi)燒結(jié)，再保溫2-4小時，得到微波調(diào)諧復(fù)合陶瓷材料。