[发明专利]一种微波调谐复合陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微波陶瓷材料技术，具体涉及一种BaZr_xTi_1-xO₃-MgO-Mg₂SiO₄微波调谐复合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

可调滤波器，延迟线，移相器，振荡器，共振器及相控阵天线等微波器件是微波通信领域的重要器件，但太高的成本限制了其广泛的商业应用。低成本调谐技术将引起微波元件及天线工业的革命。

微波调谐材料的介电常数可随外加电压改变。应用于微波通讯领域，可通过外加电压改变元件的工作频率，如可让一个滤波器产生频率跳跃，这对未来的宽带通讯非常重要，因为这样可实现几个用户在一个共同频率范围传输和接受信号。新型微波调谐材料可大大降低相控阵天线的成本，将使相控阵天线的应用由目前的军用扩展至民用。相控阵天线的速度，精度及可靠性均比相应的机械操纵天线高。

微波调谐材料可用于制造移相器。目前的移相器主要是铁氧体移相器和半导体二极管移相器。但在高频下，PIN二极管存在损耗大，功率低，需要逻辑电路控制相位移动，不能连续调谐等缺点；铁氧体在3GHz以上损耗低，功率大，但其调谐电路的价格昂贵，且体积大，笨重，功耗大，仅用于军事领域，另外，铁氧体在1-2GHz时的损耗比在10GHz时大，不适用于蜂窝电话及个人通讯服务。铁氧体移相器很难制成平面结构。

电场控制的微波调谐材料主要是钙钛矿结构的铁电材料，以钛酸锶钡(Ba，Sr)TiO₃及其复合物研究最多。锆钛酸钡BaZr_xTi_1-xO₃(BZT)具有高调谐率，同时，Zr⁴⁺比Ti⁴⁺在化学上更加稳定，而且BaZr_xTi_1-xO₃在顺电相的温度稳定性优于(Ba，Sr)TiO₃。锆钛酸钡的介电常数太高，微波介电损耗高，需要对材料进行改进。另外，太大的介电常数会导致太大的插入损耗，与电路匹配困难。因此，如何获得具有适中的介电常数，较高调谐率的锆钛酸钡是一个技术难点。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的不足，提供一种微波调谐复合陶瓷材料，该该材料介电常数适中，介电损耗低，调谐率高，尤其适用于微波调谐元件；本发明还提供了该材料的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明提供的微波调谐复合陶瓷材料，由BaZr_xTi_1-xO₃和混合物构成，其中，BaZr_xTi_1-xO₃的质量百分比为30-95％，x＝0.1-0.50，所述混合物由Mg₂SiO₄和MgO构成，其中，Mg₂SiO₄在混合物中的质量百分比含量为1-99％。

上述的微波调谐复合陶瓷材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)配制BaZr_xTi_1-xO₃和Mg₂SiO₄粉体

以粉末状的BaCO₃、ZrO2和TiO₂按比例混合作为一组原料，以粉末状的SiO₂和MgO按比例混合作为另一组原料，将二组原料分别湿法球磨6-24小时，然后出料、烘干，再在1000℃-1300℃范围内预烧2-6小时，分别得到BaZr_xTi_1-xO₃和Mg₂SiO₄粉体；

(2)按照配比在BaZr_xTi_1-xO₃粉体中掺入粉未状的Mg₂SiO₄和MgO，湿法球磨6-24小时后烘干；

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

(4)将生坯加热升温到400-800℃，升温速度小于等于30℃/分钟，然后保温2-4小时，排除生坯中的有机物质；

(5)在1200℃-1400℃范围内烧结，再保温2-4小时，得到微波调谐复合陶瓷材料。