專利名稱：：一種微波調諧復合陶瓷材料及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于微波陶瓷材料技術，具體涉及一種BaZr;Tihx03-MgO-Mg2Si04微波調諧復合陶瓷材料及其制備方法。
背景技術：
：可調濾波器，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域的重要器件，但太高的成本限制了其廣泛的商業(yè)應用。低成本調諧技術將引起微波元件及天線工業(yè)的革命。微波調諧材料的介電常數(shù)可隨外加電壓改變。應用于微波通訊領域，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用由目前的軍用擴展至民用。相控陣天線的速度，精度及可靠性均比相應的機械操縱天線高。微波調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)調諧等缺點；鐵氧體在3GHz以上損耗低，功率大，但其調諧電路的價格昂貴，且體積大，笨重，功耗大，僅用于軍事領域，另外，鐵氧體在l-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。鐵氧體移相器很難制成平面結構。電場控制的微波調諧材料主要是鈣鈦礦結構的鐵電材料，以鈦酸鍶鋇(Ba，Sr)1103及其復合物研究最多。鋯鈦酸鋇BaZiVTihx03(BZT)具有高調諧率，同時，Zr4+比Ti4+在化學上更加穩(wěn)定，而且BaZr;Ti卜x03在順電相的溫度穩(wěn)定性優(yōu)于(Ba，Sr)Ti03。鋯鈦酸鋇的介電常數(shù)太高，微波介電損耗高，需要對材料進行改進。另外，太大的介電常數(shù)會導致太大的插入損耗，與電路匹配困難。因此，如何獲得具有適中的介電常數(shù)，較高調諧率的鋯鈦酸鋇是一個技術難點。
發(fā)明內容本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種微波調諧復合陶瓷材料，該該材料介電常數(shù)適中，介電損耗低，調諧率高，尤其適用于微波調諧元件；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)明提供的微波調諧復合陶瓷材料，由BaZrJihx03和混合物構成，其中，BaZr;Ti卜x03的質量百分比為30-95%，x=0.1-0.50，所述混合物由Mg2Si04和MgO構成，其中，Mg2Si04在混合物中的質量百分比含量為1-99%。上述的微波調諧復合陶瓷材料的制備方法，包括下述步驟(1)配制BaZr;Ti卜x03和Mg2Si04粉體以粉末狀的BaC03、Zr02和Ti02按比例混合作為一組原料，以粉末狀的Si02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°C-130(TC范圍內預燒2-6小時，分別得到BaZr;i^—x03和Mg2Si04粉體；(2)按照配比在BaZrJi卜x03粉體中摻入粉未狀的Mg2Si04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°C，升溫速度小于等于30°C/分鐘，然后保溫2-4小時，排除生坯中的有機物質；(5)在1200°C-1400°〇范圍內燒結，再保溫2-4小時，得到微波調諧復合陶瓷材料。本發(fā)明的優(yōu)點在于按本發(fā)明的材料配方，可以在1200°C-1400°〇范圍內燒結，且該材料具有介電常數(shù)適中，介電損耗低，調諧率高，等優(yōu)異性能，取得了高性能與低燒結溫度同時兼?zhèn)涞慕Y果。通過調節(jié)組分中的Mg2Si04和MgO摻雜量，Mg2Si04和MgO含量比以及Zr/Ti比，可以改變材料的居里溫度，調整和設計復合陶瓷材料的相關介電性能，尤其是介電常數(shù)、介電損耗和調諧率等，拓寬了材料的應用范圍。該復合陶瓷材料成分以BaZiVTi卜x03，Mg2Si04和MgO三相復合物存在，沒有雜質相存在。采用傳統(tǒng)的電子陶瓷制備工藝，工藝簡單，成本低，材料體系環(huán)保無毒副作用。本發(fā)明的材料可廣泛用于可變電容器，可調濾波器，移相器，可調延遲線，電壓控制的振蕩器，可調介電共振器，可調阻抗匹配器件等可調微波器件。其中移相器是相控陣天線的重要器件，直接決定相控陣天線的成本和性能。該材料可以取代相控陣天線中應用的昂貴的鐵氧體，使相控陣天線體積變小，重量變輕，價格變便且。圖1是BaZrJi卜x03-MgO_Mg2Si04復合陶瓷的XRD譜。圖2是BaZr;Ti卜x03-MgO_Mg2Si04復合陶瓷的介電常數(shù)和損耗與溫度的關系曲線。圖3是BaZr;Ti卜x03-MgO_Mg2Si04復合陶瓷的調諧率與外加直流場強的關系曲線。具體實施例方式下面通過借助實施例更加詳細地說明本發(fā)明，但以下實施例僅是說明性的，本發(fā)明的保護范圍并不受這些實施例的限制。實例1-5:以粉末狀的BaC03、Zr02、Ti02、Si02和MgO為原料，按化學計量比分別配制BaZr;Ti卜x03(x=0.2)和Mg2Si04，在原料中加入無水乙醇或去離子水，以瑪瑙球或二氧化鋯為球磨介質，濕法球磨6h后，出料、烘干，粉料在110(TC下預燒2h，分別得到BaZr;Ti卜x03(x=0.2)和Mg2Si04粉體。按表1的配方，將BaZdx03(x=0.2)，Mg2Si04和MgO混合，濕法球磨6h，出料、烘干，采用5wt^的聚乙烯醇作為粘合劑造粒，在150MPa的壓強下將粉體壓制成型；經(jīng)60(TC排膠處理后，在空氣氣氛中于132(TC燒結3h，得到BaZr。.Ji。.A-MgO-M&S叫復合陶瓷。燒成后的樣品經(jīng)細磨加工，超聲清洗后，再上銀電極，可用于介電性能測試。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>BaZrJi卜x03-MgO_Mg2Si04復合陶瓷在1MHz下的介電常數(shù)和介電損耗見表2表2<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例1-5配方所得的BaZr;Tihx03-MgO_Mg2Si04復合陶瓷的XRD譜。復合陶瓷材料由BaZr;Ti卜x03(x=0.2)，Mg0和Mg2Si04三相組成。實施例1，3，5配方所得的BaZr;Ti卜x03-MgO-Mg2Si04復合陶瓷的介電常數(shù)和介電損耗與溫度的關系曲線如圖2所示。實施例1-5配方所得的BaZr;iVx03-MgO-Mg2Si04復合陶瓷在不同直流電場強度下的調諧率如圖3所示。降低MgO含量，BaZrJi卜x03-MgO-Mg2Si04復合陶瓷的介電常數(shù)降低，但Mg2Si04含量超過30wt^后調諧率反而有所增加。這提供了一個降低材料的介電常數(shù)，而提高材料的調諧率的方法。在現(xiàn)有技術中，陶瓷材料介電常數(shù)的降低往往伴隨調諧率的降低。通過調整Zr/Ti比，MgO-Mg2Si04含量及MgO/Mg2Si04比，可以獲得不同介電常數(shù)和調諧率的系列材料。實例6:x=0.l，BaZrJi卜x03的質量百分比為30%，Mg2Si04在混合物中的質量百分比含量為1%;實例7:x=0.3，BaZrJi卜x03的質量百分比為50%，Mg2Si04在混合物中的質量百分比含量為30%;實例8:x=0.5，BaZr;Ti卜x03的質量百分比為95%，Mg2Si04在混合物中的質量百分比含量為99%;以上述實例6-8所述的材料及化學配比，按照下述過程制備微波調諧復合陶瓷材料，所得到的材料均能夠達到本發(fā)明所述的技術效果。(1)按化學計量比分別配制BaZr;Tih^3和Mg2Si04，原料采用粉末狀的BaC03、Zr02、Ti02、Si02和MgO，然后加入無水乙醇或去離子水，以瑪瑙球或二氧化鋯為球磨介質，球磨6h-24h后，出料、烘干，粉料在IOO(TC-13001:范圍內預燒2h-6h，分別得到BaZr;Ti卜x03和Mg2Si04粉體；(2)根據(jù)組成配比，在BaZr;Tihx03粉體中摻入Mg2Si04和MgO，以然后加入無水乙醇或去離子水，以瑪瑙球或二氧化鋯為球磨介質，球磨6h-24h;(3)在烘干后的混合物中加入3_8wt%的聚乙烯醇造粒并壓制成型生坯；(4)升溫到80(TC溫度以下，保溫2-4個小時，以排除生坯中的有機物質，排膠過程的升溫速度不高于30°C/min;(5)生坯在1200°C-1400°〇范圍內燒結，保溫211-處，得到所需的性能優(yōu)異的塊材。本發(fā)明中的實施例僅用于對本發(fā)明進行說明，并不構成對權利要求范圍的限制，本領域內技術人員可以想到的其他實質上等同的替代，均在本發(fā)明保護范圍。權利要求一種微波調諧復合陶瓷材料，其特征在于，它由BaZrxTi1-xO3和混合物構成，其中，BaZrxTi1-xO3的質量百分比為30-95％，x＝0.1-0.50，所述混合物由Mg2SiO4和MgO構成，其中，Mg2SiO4在混合物中的質量百分比含量為1-99％。2.—種權利要求1所述的微波調諧復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括下述步驟(1)配制BaZrxTipx03和Mg2Si04粉體以粉末狀的BaC03、Zr02和Ti02按比例混合作為一組原料，以粉末狀的Si02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IOO(TC-130(TC范圍內預燒2-6小時，分別得到BaZr;i^—x03和Mg2Si04粉體；(2)按照配比在BaZrJi卜x03粉體中摻入粉未狀的Mg2Si04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^的聚乙烯醇造粒，再壓制成型生坯；(4)將生坯加熱升溫到400-800°C，升溫速度小于等于30°C/分鐘，然后保溫2_4小時，排除生坯中的有機物質；(5)在1200°C-1400°〇范圍內燒結，再保溫2-4小時，得到微波調諧復合陶瓷材料。全文摘要本發(fā)明公開了一種的微波調諧復合陶瓷材料及其制備方法。材料由BaZrxTi1-xO3和混合物構成，BaZrxTi1-xO3為30-95wt％，x＝0.1-0.50，混合物由Mg2SiO4和MgO構成，Mg2SiO4在混合物中為1-99wt％。本發(fā)明按化學計量比分別配制BaZrxTi1-xO3和Mg2SiO4，經(jīng)球磨、出料、烘干、預燒，分別得到BaZrxTi1-xO3和Mg2SiO4粉體然后根據(jù)組成設計，在BZT粉體中摻入Mg2SiO4和MgO，再經(jīng)球磨、烘干，造粒、成型，排膠，然后在1200℃-1400℃的爐溫內燒結2h-4h，即得到所需材料。該材料介電常數(shù)適中，介電損耗低，調諧率高，兼具高性能與低燒結溫度的特點，可用于移相器，可調濾波器，延遲線，振蕩器，共振器及相控陣天線等微波器件中。文檔編號C04B35/465GK101723653SQ200910273310公開日2010年6月9日申請日期2009年12月18日優(yōu)先權日2009年12月18日發(fā)明者何艷艷,劉婷,徐業(yè)彬申請人:華中科技大學