[发明专利]介电可调的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，具体涉及一种具有介电常数随外加直流电场可 调特性、微波频段下低介电损耗(高Q值)且可用于可调微波器件的两相复合微波陶瓷材 料及其制备方法。

背景技术

Ba_1-xSr_xTiO₃(简称BST)它们是一种典型的钙钛矿结构铁电材料，具有高的介电常数、 低的介电损耗以及在直流电场偏压下高介电调谐率，而且其临界温度(Curie温度、居里点) 可随Ba/Sr的组分比在很宽的范围内可连续调节，因此它是最有应用前景的介电可调的材 料。钛酸锶钡可广泛应用于移相器、滤波器、共面波导等可调微波器件中。因为其高介电 常数，可大大减小元器件的尺寸，顺应了现代器件发展的小型化的趋势。因其优异的性质 而受到人们的普遍青睐而成为最具前景的微波移相器介电材料之一。但在微波移相器中， 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，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。另外，作为微波可 调介电材料，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；另一方面，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，有较高的可调性 能。因此钛酸钡的高损耗限制了其在微波元器件中的应用。

为了降低其介电常数和损耗，目前主要采用如下几种有效手段：

1.通过ABO₃中的A位替代(如：Ba_1-xSr_xTiO₃)改变居里点，使其在常温下处于稳定的 顺电态而降低介电常数和介电损耗；

2.在此基础上通过掺杂而实现材料内电荷平衡、缺陷控制、晶粒尺寸调整和结晶性能 改善等大道优化性能的目的；

3.与低介电常数的介电材料相复合(Ba_1-xSr_xTiO₃-MgO)而降低介电常数和介电损耗。

但是，因为第二相的引入，介电调谐率会迅速恶化。这些都限制了其在铁电移相器上 的应用。

介电可调材料/高Q值微波材料，充分发挥介电可调材料的高调谐率和微波材料的高Q 两大优势，利用两者的优势互补，实现其功能飞跃，而成为优化介电可调材料微波性能的 另一途径。

在众多的微波材料中，(Zr_0.8Sn_0.2)TiO₄(以下简称为ZST)材料是一种性能优越的钛酸 盐微波陶瓷。其中，(Zr_0.8Sn_0.2)TiO₄具有较低的介电常数，ε_r～37.8，较优的微波性能Q×f ～45,000，的微波材料.自问世以来，广泛应用于制作各种介质谐振器和滤波器。因此，使其 作为介电可调复合材料的微波材料成为可能。但因为其烧结温度很高(约1600℃)，为了 在较低的温度实现烧结，往往通过掺杂少量ZnO，并获得微波性能。

如何结合钛酸钡所拥有的较高介电可调性和ZST所拥有的优异性能，制备出一种较低 的介电常数、介电损耗和较高的介电可调性、工艺简单且较低的烧结温度的复合材料，是 一项非常有意义的研究工作。

经文献检索，现有的技术主要是以在钛酸钡材料中进行离子替代、掺杂改型或复合低 损耗微波介质材料来提高钛酸钡材料的综合介电性能以提高其在器件应用中的适应性，未 发现关于低烧微波材料与钛酸钡复合材料介电可调性相关技术的报道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种介电可调的两相复合微波陶瓷材料。

本发明的另一个目的是提供上述这种介电可调的两相复合微波陶瓷材料的制备方法。

本发明通过选用微波性能优异的ZST与介电可调特性优异的钛酸锶钡(BST)的复合， 目的是得到低介电常数(分布在50-2000)，低介电损耗，并保持较高介电可调特性的低烧 陶瓷材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种介电可调的两相复合微波陶瓷材料，以复合微波陶瓷材料的总重量为基础计，各 组分及其重量百分含量为：