一種高Q電可調Ba_1-xSr_xTi_1-yMn_yO₃陶瓷介質材料及其製備的製作方法

2023-06-14 14:28:16 1

專利名稱：：一種高Q電可調Ba1-xSrxTi1-yMnyO3陶瓷介質材料及其製備的製作方法
技術領域：
：本發明屬於電子材料與器件
技術領域：
，具體涉及一種BakSrJlLyMny03電可調微波陶瓷介質材料，該材料能被用於電調諧微波諧振器、濾波器以及微波介質天線等可調微波元器件的材料。
背景技術：
：具有高介電常數、低介電損耗、介電常數非線性可調以及其Curie溫度可調的鈣鈦礦結構Ba卜xSrxTi03鐵電材料在作為微波可調器件方面(如移相器、濾波器、可變電容器以及延遲線等)得到日益廣泛關注，尤其在作為微波移相器方面更是目前研究的熱點。但具有高介電常數的BST陶瓷材料很難滿足其與激勵源內部阻抗匹配和高功率的要求，這大大限制了其在微波可調器件領域的應用。因此，如何製備出既具有低介電常數、高介電可調特性，又具有高2值的材料體系是一個技術難點。離子摻雜一直以來都是電子陶瓷材料改性最為常用和最為行之有效的手段之一，通過不同摻雜離子的化學計量比或非化學計量比摻雜，摻雜離子以不同程度和不同方式進入晶體材料的晶格結構中，都將引起材料微觀結構的改變，從而有效地調整和改進材料的相關性能。本課題組早期採用Si02化學計量比摻雜改性,研製得到具有低介電常數、高介電可調特性和高2值的Ba^SrxIVySiyCb陶瓷介質材料體系。臺灣的WangSea-Fue對化學計量比摻雜Mn的BaTi03進行了系統的研究，獲得了六方結構的Ba(Ti,Mna35)03微波陶瓷介質材料(e產41.2，2/產14300)。然而，Ba"Sr;rh-yMny03陶瓷介質材料的微波介電可調特性研究尚未見相關報導
發明內容二本發明的目的是提供一種高g電可調Ba^SrJ^yMny03陶瓷介質材料及其製備方法。本發明所提供的可調Ba^SrxTh.yMny03陶瓷介質材料，其成分為BabXSrxTii-yMnyO3其中，x=0.10.9，y=0.010.20，元素右下角的數字代表各對應元素的摩爾比。較佳的，所述可調BaLxSrJ^yMny03陶瓷介質材料，其成分為Bao.4Sr0.6Tii-yMny03其中，y=0.010.20。本發明所提供的可調Ba^SrxTh.yMnyCb陶瓷介質材料的製備方法具體包括如下步驟-(1)採用傳統的電子陶瓷粉料製備工藝，通過固相反應法，選用BaC03、SrC03、Ti02和MnC03為主要原料，按照BakSrJVyMriy03化學式中的摩爾比配料，將配好的原料置於尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇或去離子水球磨2024小時，出料烘乾後在110(TC130(TC預燒2-4小時，研磨後得到Ba,-xSrxTi^Mny03粉料。(2)在該粉料中加入氧化鋯球和無水乙醇或去離子水球磨2024小時，然後出料烘乾後過200目篩。(3)採用810。/。聚乙烯醇(PVA)作為粘結劑對上述粉料進行造粒，在10MPa100MPa壓力下，通過不同型號的成型模具壓製成所需尺寸大小的陶瓷生坯片。(4)陶瓷生坯片經過55(TC600。C排粘處理後，將得到的陶瓷進行130(TC150(TC(保溫24小時)燒結處理，即可得到所述微波陶瓷介質材料。球磨時，氧化鋯球與球磨料的質量比為1.21.5;無水乙醇或去離子水與球磨料的質量比為1.53.0。球磨料是指球磨的原料,在步驟1中為BaC03、SrC03、1102和MnC03原料，步驟2中為預燒過的BaLxSrxTiLyMny03粉料。本發明是採用傳統的電子陶瓷製備工藝，採用MnC03化學計量比摻雜改性，研製得到可用於可調微波器件的高0電可調BakSrJ^yMny03陶瓷介質材料，其具有以下主要特點(1)該陶瓷材料體系的居裡溫度可隨Ba/Sr和Ti/Mn比在很寬的範圍內連續可調，可以根據所設計的可調微波器件的工作溫度要求調整材料體系的結構和性能，；(2)通過Ba/Sr和Ti/Mn組分比例的變化，陶瓷介質材料的介電常數可在1002000之間連續可調，可以得到介電常數系列化的材料體系，拓寬了材料的應用範圍；(3)具有低的介電常數、介電常數系列化、高介電可調率和高g值；(4)其成分以立方和六方結構Ba^S^Ti03兩相共存，具有優異的微波介電性能；(5)採用傳統的電子陶瓷製備工藝，工藝簡單，成本低，材料體系環保無毒副作用，性能優異，可適用於可調微波器件的開發和設計。圖1是BaLxSrxTiLyMny03(y=l,5，10,20mol。/。)介電可調微波陶瓷介質材料的X射線衍4射分析圖譜。圖2是Ba!-xSrxTi,.yMny03(y=l，5，10,20mol。/。)介電可調微波陶瓷介質材料的介電常數和損耗與溫度的關係曲線。圖3是Ba!-xSrxTii-yMny03(y=l,5,10，20mol。/。)介電可調微波陶瓷介質材料的介電常數與電場強度的關係曲線。具體實施例方式實施例1製備高g電可調Bao.4Sro.6Ti,.yMny03陶瓷介質材料分別按照Bao.4Sro.6TiLyMny03("l，5,10,20moP/。)的化學計量比，稱取一定量的BaC03、SrC03、Ti02和MnC03原料(如表1所示)。原料來源BaC03(99.8%，AlfaAesarChinaLTD.)、SrCO3(99.0%，AlfaAesarChinaLTD.)、Ti02(99.9%，佛山高新無機材料有限公司)和MnC03(以Mn計44.0%，AlfaAesarChinaLTD.)表1.Ba(uSro.6Th.yMny03陶瓷介質材料的配比tableseeoriginaldocumentpage5將上述粉料置於尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇或去離子水，球磨24小時，出料烘乾後在110(TC130(TC預燒4小時，研磨後的粉料置於尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇或去離子水，球磨24小時，出料烘乾後粉體過200目篩；按照傳統電子陶瓷製備工藝，採用8%的聚乙烯醇(PVA)作為粘結劑進行造粒，在10MPa壓力下，幹法壓製成直徑cp=10mm生坯片禾Q10mmx5mm、12mmx6mm、15mmx7mm、18mmx8mm的圓柱體，經過55(TC排粘處理後，樣品在空氣氣氛下，燒結溫度為140(TC，保溫4小時後，得到Bao.4Sro.6TiLyMny03(y^，5,10，20mol。/。)陶瓷樣品。將製得的陶瓷樣品先進行物相和微結構分析，然後對其兩面拋光、被銀，燒銀後進行介電性能測試，其相關介電性能見表2。表2.Ba(uSro.6Th.yMiiy03介電可調微波陶瓷介質材料的相關介電性能tableseeoriginaldocumentpage5tableseeoriginaldocumentpage6實施例Bao.4Sro.6TiuyMny03(y^，5，10,20mol。/。)介電可調微波陶瓷介質材料的X射線衍射分析圖譜如圖l所示，結果顯示其成分以立方和六方結構Ba^SrxTi03兩相共存；實施例Bao.4Sro.6TiLyMny03(y-l，5,10,20mol。/。)介電可調微波陶瓷介質材料的介電常數和損耗與溫度的關係曲線如圖2所示，律果顯示化學計量比摻雜MnC03有效地抑制和寬化介電峰，且居裡峰隨著摻雜量的增加迅速向低溫方向移動；實施例Bao.4Sro.6Th.yMny03(y-l,5,10,20moin/。)介電可調微波陶瓷介質材料的介電常數與電場強度的關係曲線如圖3所示，測試結果表明其介電可調特性隨MnC03摻雜量的增加迅速減小。實施例2製備高2電可調Bao.9Sr(uTh.yMny03陶瓷介質材料分別按照Bao.9SrtuTiLyMny03(y-l,5，10,20mol。/。)的化學計量比，稱取一定量的BaC03、SrC03、Ti02禾口MnC03原料(如表3所示)。表3.Ba^Si^uTiLyMnyOs陶瓷介質材料的配比tableseeoriginaldocumentpage6將上述粉料置於尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇或去離子水，球磨24小時，出料烘乾後在110(TC130(TC預燒4小時，研磨後的粉料置於尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇或去離子水，球磨24小時，出料烘乾後粉體過200目篩；按照傳統電子陶瓷製備工藝，採用8%的聚乙烯醇(PVA)作為粘結劑進行造粒，在10MPa壓力下，千法壓製成直徑(p=10mm生坯片禾口10mmx5mm、12mmx6mm、15mmx7mm、18mmx8mm的圓柱體，經過55(TC的排粘處理後，樣品在空氣氣氛下，燒結溫度為1400°C，保溫4小時後，得到Bao.9SraiTiLyMny03(y-l，5,10,20mol。/。)陶瓷樣品。將製得的陶瓷樣品先進行物相和微結構分析，然後對其兩面拋光、被銀，燒銀後進行介電性能測試。Bao.9SrcuTi卜yMny03(y4,5,10,20moP/。)介電可調微波陶瓷介質材料以立方和六方結構Ba!.xSrxTi03兩相共存，隨著MnC03摻雜量的增加，其介電峰被抑制和寬化，且居裡峰迅速向低溫方向移動；另外還具有一定的介電可調特性且迅速下降，單是具有較高的Q值。實施例3製備高g電可調BatuSro.9Th.yMny03陶瓷介質材料分別按照Bao.!Sro.9TiLyMny03(y4,5，10,20moP/。)的化學計量比，稱取一定量的BaC03、SrC03、Ti02和MnC03原料(如表4所示)。表4.Ba(nSro.9Th.yMny03陶瓷介質材料的配比tableseeoriginaldocumentpage7將上述粉料置於尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇或去離子水，球磨24小時，出料烘乾後在1100'C1300'C預燒4小時，研磨後的粉料置於尼龍球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇或去離子水，球磨24小時，出料烘乾後粉體過200目篩；按照傳統電子陶瓷製備工藝，採用8%的聚乙烯醇(PVA)作為粘結劑進行造粒，在100MPa壓力下，幹法壓製成直徑(p=10mm生坯片和10mm><6mm、15mmx7mm、18mmx8mm的圓柱體，經過55(TC的排粘處理後，樣品在空氣氣氛下，燒結溫度為1300°C，保溫4小時後，得到Bao.!Sro.9TiLyMny03(y^,5，10,20mol。/。)陶瓷樣品。將製得的陶瓷樣品先進行物相和微結構分析，然後對其兩面拋光、被銀，燒銀後進行介電性能測試。BadSro.9TiLyMny03(y-l，5，10,20moP/。)介電可調微波陶瓷介質材料以立方和六方結構Ba^SrJK)3兩相共存，隨著M"C03摻雜量的增力tl，其介電峰被抑制和寬化，且居裡峰迅速向低溫方向移動；另外還具有一定的介電可調特性且迅速下降，單是具有較高的Q值。權利要求1.一種可調Ba1-xSrxTi1-yMnyO3陶瓷介質材料，其成分為Ba1-xSrxTi1-yMnyO3，其中，x＝0.1～0.9，y＝0.01～0.20。2.如權利要求1所述可調BahSrJ^—yMnA陶瓷介質材料，所述可調BahSr,Ti,-yMnA陶瓷介質材料，其成分為Ba。HyMny03，其中，y=0.010.20。3.如權利要求1或2所述可調BahSrJi卜yMny03陶瓷介質材料的製備方法，包括如下步驟a.選用BaC03、SrC03、TiCb和MnC03為主要原料，按照BaLxSrxTi!.yMny03化學式中的摩爾比配料，將配好的原料置於球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇或去離子水球磨2024小時，出料烘乾後在110(TC130(TC預燒2-4小時，研磨後得到Ba"xSrxTi,.yMny03粉料；b.在步驟a獲得的粉料中加入氧化鋯球和無水乙醇或去離子水球磨2024小時，然後出料烘乾後過200目篩；c.採用810%聚乙烯醇作為粘結劑對上述粉料進行造粒，在10100MPa壓力下，通過成型模具壓製成陶瓷生坯片；d.陶瓷生坯片經過55(TC600'C排粘處理後，將得到的陶瓷進行130(TC150(TC燒結處理，即可得到所述陶瓷介質材料。4.如權利要求3所述可調BanSr;ri卜yMnA陶瓷介質材料的製備方法，其特徵在於，球磨時，氧化鋯球與球磨料的質量比值為1.21.5。5.如權利要求3所述可調BanSr;ri,-yMn,03陶瓷介質材料的製備方法，其特徵在於，球磨時，無水乙醇或去離子水與球磨料的質量比值為1.53.0。全文摘要本發明屬於電子材料與器件
技術領域：
，公開了一種高Q電可調Ba1-xSrxTi1-yMnyO3陶瓷介質材料及其製備，本發明的陶瓷介質材料，其成分為Ba1-xSrxTi1-yMnyO3，其中，x＝0.1～0.9，y＝0.01～0.20。本發明的可調微波陶瓷介質材料，其具有立方和六方結構兩相Ba1-xSrxTiO3結構和低的介電常數、高的介電可調率、高的Q值，是能被用於電調諧微波諧振器、濾波器以及微波介質天線等可調微波元器件的材料。文檔編號C04B35/462GK101486571SQ20091004663公開日2009年7月22日申請日期2009年2月25日優先權日2009年2月25日發明者張明偉,張景基,翟繼衛申請人:同濟大學