[发明专利]介电可调的BST-MB两相复合微波陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料与器件技术领域，具体涉及一种介电可调的BST-MB两相复合微波陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

Ba_xSr_1-xTiO₃(钛酸锶钡，BST)是BaTiO₃和SrTiO₃的无限固熔体，具有优异的介电性能：介电常数调节方便，低介电损耗，优良的铁电、压电、耐压、绝缘和可调性能，可广泛应用于体积小而容量大的微型电容器、超大规模动态随机存储器、调谐微波器件、铁电移相器等。钛酸锶钡材料被普遍认为是最有前途的铁电移相材料，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。

1994年，美国国家军事研究实验室材料部L.C.Sengupta和美国军事研究实验室微波与光电部W.C.Drach，在向美国军事部门提交的“钛酸锶钡(BST)移相器材料电学特性”的调查报告中提出，如果BST铁电材料能够取代铁氧体材料制作移相器，相控阵雷达天线将面临一场巨大的革命。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的阻抗匹配和大功率的要求，且其在微波频段下具有较大的介电损耗，这都大大限制了其在微波可调器件领域的应用。因此，如何制备出既具有适中介电常数、低的介电损耗，又具有高介电可调性的材料是一个技术难点。

作为微波可调介电材料，为了能在微波器件中得到更好的应用，材料应具有较高的优值(可调性能和介电损耗的比值)。因而，可调介电材料应具有如下性能：在微波频率下，一方面，介电常数要低，介电损耗低(品质因数Q要高)；另一方面，在直流偏压电场下，介电常数的变化要大，即具有较高的可调性能。

为解决上述技术难点，许多研究者主要通过在钛酸锶钡中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。但是，通过这些手段改性后的材料的烧结温度一般都在1400℃左右，而且因为第二相的引入，介电可调率会迅速恶化。这些都限制了其在铁电移相器上的应用。

介电可调材料与高Q值微波介质材料复合，由于其保持了介电可调材料的高调制特性，还能拥有微波材料的高Q特性，实现1+1＞2的功能飞跃，而成为优化介电可调材料微波性能的另一途径。

本课题组早期在Ba_1-xSr_xTiO₃-Mg₂TiO₄复合陶瓷材料方面做了一些工作，取得了很大的进展。然而，Ba_1-xSr_xTiO₃与具有优异的微波介电特性的Mg₃B₂O₆(ε_r＝7.0，Q.f＝230900  f＝11.8GHz)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介电可调的Ba_xSr_1-xTiO₃-Mg₃B₂O₆(BST-MB)两相复合微波陶瓷材料及其制备方法。

本发明所提供的两相复合微波陶瓷材料包含以下质量百分比的组分：

Ba_xSr_1-xTiO₃(x＝0.3～0.8)        10.0wt.％～90.0wt.％

Mg₃B₂O₆                          10.0wt.％～90.0wt.％。

优选的，所述两相复合微波陶瓷材料包含以下质量百分比的组分：

Ba_xSr_1-xTiO₃(x＝0.3～0.8)        40.0wt.％～90.0wt.％