[发明专利]一种复合钛酸锶钡陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体是一种复合钛酸锶钡陶瓷及其制备方法。

背景技术

钛酸锶钡(Ba_1-xSr_xTiO₃，简称BSTO)是钛酸锶(SrTiO₃)固溶于钛酸钡(BaTiO₃)形成的无限固溶体。钛酸锶钡材料具非常高的介电可调性，可以在很宽的范围内调整材料介电常数和居里温度，使其在相控阵天线、铁电记忆材料、传输线和无线通讯等领域中的均具有很大的应用潜力。从20世纪90年代中期开始美国军备研究实验室对钛酸锶钡材料进行了系统的研究。随后，英国、法国、日本、瑞典和俄罗斯等国也开始积极从事这方面的研究。

钛酸锶钡材料的可调性即介电常数随着外加直流电场变化的相对变化率，用数学方法表示为：

Tu=ϵ(0)-ϵ(app)ϵ(0)×100%]]>

其中，Tu表示可调性，ε₍₀₎和ε_(app)分别为直流偏置电场为零和E_(app)时的介电常数。对于同种材料体系，直流偏置电场越大，ε_(app)的值越小，对应材料的可调性就越大。因此，在描述材料可调性大小时，必须指出该可调性对应的外加直流电场的大小。同时，不同材料体系的可调性大小也需在同一直流电场强度下进行比较。

在以相控阵天线的微波移相器为代表的微波通讯领域，具有介电可调性的钛酸锶钡材料有着广阔的应用前景。但是，钛酸锶钡材料较高的介电常数和损耗难以与微波器件达到阻抗匹配，限制了材料的应用。近年来，降低钛酸锶钡材料的介电常数和损耗，同时最大限度的保持材料体系原有的可调性，已成为国内外研究的热点之一。

氧化镁(MgO)、二氧化锆(ZrO₂)和氧化铝(Al₂O₃)等介质材料具有低的介电常数和损耗，是钛酸锶钡陶瓷材料理想的添加改性助剂，可有效的较低材料体系的介电常数和介电损耗。例如，美国专利US-5312790描述的BSTO-Al₂O₃复相陶瓷，美国专利US-5645434描述的BSTO-MgO复相陶瓷，均具有较低的介电常数和损耗，综合性能最好。其中美国专利US-6074971中的Ba_0.6Sr_0.4TiO₃/60wt％MgO陶瓷的介电常数为116.86，在2kV/mm的直流偏压下的可调性为9.99％。

E Ngo等发现MgO的加入能明显降低BSTO材料的介电常数和介质损耗，但其可调性也有明显下降，同时使其烧结温度上升。Xiaofeng Liang等的研究发现Al₂O₃的添加可以降低BSTO材料的介电常数和损耗，少量添加时，Al³⁺能进入BSTO材料的晶格，促进结晶，提高材料的可调性。此外陈莹等采用传统的固相烧结法制备的BSTO/39wt％Mg₂SiO₄/17wt％MgO陶瓷材料的介电常数ε_r为80.21时，在2kV/mm的直流电场下，其可调性达到12％，介电损耗为0.003。董显林等人在BSTO中同时加入Mg₂Si₃O₈·5H₂O和MgO，在1250～1350℃温度下得到了由BSTO、MgO及Mg₂SiO₄三相共存的复相陶瓷，获得了较好的介电性能：ε_r＝118.40，在2kV/mm的直流电场下，其可调性为13.18％。