[发明专利]非均质微波调谐介电陶瓷(Ba,Sr)TiO3的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种改进的利用固相反应制备高温度稳定性非均质的微波调谐介电陶瓷(Ba,Sr)TiO₃的方法，属应用于通信技术的特种陶瓷制备技术领域。

背景技术

微波介电调谐器件用的钛酸锶钡（以下简称BST）在性能上应满足如下要求：合适的介电常数，低介电损耗，高介电调谐性和高温度稳定性。许多电子器件在工作过程中通常会发热，另外有时工作环境非常恶劣温度变化很大，所以要求调谐材料在温度发生变化时还能保持原有的性能而不至于失效，这就要求材料的介电性能具有较好的温度稳定性。为此，方法之一是人们引入粒内梯度陶瓷的概念来解决该问题。

陶瓷的粒内梯度是指瓷体内两两晶粒之间的微区尺度内化学组成发生连续的变化。在本发明的材料体系中，粒内组分梯度引起在瓷体各微小区域的居里温度连续变化，从而提高整体材料的温度稳定性。目前，陶瓷的粒内梯度是通过调整烧结制度（降低烧结温度和减少保温时间）使BaTiO₃（以下简称BT）与SrTiO₃（以下简称ST）间的互扩散不完全而形成的。2002年Igor Lubomirsky等人利用sol-gel法制备的粉体通过此方法获得了较致密的、具有粒内Ba/Sr组分梯度的非均质BST陶瓷。但采用传统固相法所制得的粉体时，此方法虽能获得具有粒内Ba/Sr组分梯度的BST陶瓷，但瓷体的致密度在很大程度上被降低了。

发明内容

   本发明的目的是提供一种高温度稳定性非均质微波调谐介电陶瓷(Ba,Sr)TiO₃的制备方法。 本发明另一目的是提供了一种提高用固相反应粉制备 (Ba,Sr)TiO₃微波调谐介电陶瓷的温度稳定性和致密度的方法。本发明采用固相反应法，以相应的氧化物、碳酸盐等为原料，在1050~1250oC的不同煅烧条件下分别合成BT、ST固相基体粉料并控制其粒径的相对大小；接着按(Ba_xSr_1-x)TiO₃化学计量比称取一定量的具有不同粒径的BT、ST基体粉料并混合均匀：x优先取值为0.6~0.8；然后经造粒、压片、排胶制成BT/ST混相素坯；随后将制备好的BT/ST复相素坯浸入相应组成的溶胶中进行抽真空渗透，待溶胶变成凝胶后进行热处理；最后在1250～1350oC不同的烧结制度下进行烧结；最终制得BST介电陶瓷。

本发明一种非均质微波调谐介电陶瓷(Ba,Sr)TiO₃的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：

a.BT、ST基体粉料的制备

采用分析纯的原料BaCO₃、SrCO₃、TiO₂；首先分别按配制BT和ST所需化学计量比称取上述原料放入相应的球磨罐连续球磨24小时，然后将两种球磨浆料分别倒入洁净的瓷盘烘干并过筛，随后过筛的粉料通过加入少量的去离子水而将其压成圆片并放入坩埚中，最后将坩埚置于烧结炉中于1050～1250oC不同温度下预烧2个小时，从而获得具有不同颗粒尺寸的BT和ST两种固相基体粉料；

b.BT/ST素坯的制备

将由步骤a合成的BT和ST固相粉料按(Ba_xSr_1-x)TiO₃化学计量比称取一定量的具有不同粒径的BT、ST基体粉料：x值为0.6~0.8；球磨混合24小时，获得两相颗粒尺寸不同的BT/ST混相粉料；然后向BT/ST基体粉料中滴加粘结剂进行造粒并压制成直径为12mm的圆片；最后将压制的圆片置入烧结炉中缓慢升温至700℃，保温两个小时排胶，制成BT/ST素坯；

c.用BT sol渗透处理BT/ST素坯

    以钛酸四正丁酯和Ba(OH)₂·8H₂O为原料，以无水乙醇、苯和冰醋酸为溶剂，在冰浴条件下配制BT sol（溶胶）；将制得的BT/ST混相素坯浸入上述制备的BT sol中并进行抽真空处理，静置成凝胶状态后移入烘箱中烘干；最后取出素坯放入烧结炉中升温至700℃并保温两个小时，使BT/ST素坯内的BT溶胶分解、合成纳米颗粒；

d.非均质BST陶瓷的烧结

将所制备好的经BT sol渗透处理的BT/ST素坯置于烧结炉中进行烧结成瓷；BT和ST在烧结过程中相互扩散至一定程度，使Ba/Sr浓度在粒间微区内连续变化，制得具有粒内组分梯度的BST陶瓷。