一种微波调谐复合陶瓷材料及其制备方法【技术领域】，更具体地，涉及一种微波调谐复合陶瓷材料及其制备方法。[0002]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。[0003]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。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，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。[0004]此外，微波调谐材料还可用于制造移相器。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I~2GHz时的损耗比在IOGHz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。[0005]钛酸锶钡的介电常数可以随外加电场变化，是一种合适的微波调谐材料。钛酸锶钡可以应用于各种天线，但是，钛酸锶钡的微波介电损耗太高，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和较高调谐率的钛酸锶钡是一个技术难点。[0006]钛酸锶钡BahSrxTiO3与线性介质材料复合可以降低介电常数、介电损耗，而调谐率保持在较高的范围，其中以BahSrxTiO3-MgO的综合性能最好。但是，为降低复合陶瓷的介电损耗，通常需要增加线性介质如MgO的含量，结果导致调谐率的降低，而对于微波调谐应用来说，希望调谐率越高越好。如果能在降低复合陶瓷的介电损耗的同时，还能提高复合陶瓷的调谐率，将对微波调谐应用有利。

[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种微波调谐复合陶瓷材料及其制备方法。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。制备工艺简单，成本低，能在1050°C~1200°C范围内烧结，制得的复合陶瓷材料成分以Bai_xSrxTi03、Mg3B2O6和MgO三相复合物存在，没有杂质相。
[0008]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微波调谐复合陶瓷材料，其特征在于，它由BahSrxTiO3和混合物构成，其中，Ba1^xSrxTiO3的质量百分比为30%~95%，x=0.4~0.6，所述混合物由Mg3B2O6和MgO构成，其中，Mg3B2O6在混合物中的质量百分比含量为30%~90%。
[0009]按照本发明的另一方面，提供了一种上述微波调谐复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0010](I)配制 Ba1-XSrJiO3 和 Mg3B2O6 粉体；
[0011](2)按照配比在Ba^SrxTiO3粉体中掺入粉末状的Mg3B2O6和MgO，湿法球磨6~24小时后烘干；
[0012](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；
[0013](4)将生坯加热升温到400°C~800°C，升温速度小于等于30°C /分钟，然后保温2~4小时，排除生坯中的有机物质；
[0014](5)在1050°C~1200°C范围内烧结，再保温2~4小时，得到微波调谐复合陶瓷材料。
[0015]优选地，所述步骤(1)具体为:以粉末状的BaC03、SrCO3和TiO2按比例混合作为一组原料，以粉末状的H3BO3和MgO按比例混合作为另一组原料，将两组原料分别湿法球磨6~24小时，然后出料、烘干，再在1000°C~1300°C范围内预烧2~6小时，分别得到Ba1^xSrxTiO3 和 Mg3B2O6 粉体。
[0016]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果:
[0017]1、按本发明的材料配方，能在1050°C~1200°C范围内烧结，且该材料具有介电常数适中，介电损耗低，调谐率高等优异性能，取得了高性能与低烧结温度同时兼备的结果。
[0018]2、通过调节组分中的Mg3B2O6和MgO的掺杂量，Mg3B2O6和MgO的含量比以及Sr/Bat匕，改变材料的居里温度，调整和设计复合陶瓷材料的相关介电性能，尤其是介电常数、介电损耗和调谐率等，拓宽了材料的应用范围。
[0019]3、制备工艺简单，成本低，材料体系环保无毒副作用，制得的复合陶瓷材料成分以Ba1^xSrxTiO3> Mg3B2O6和MgO三相复合物存在，没有杂质相。
[0020]4、本发明的复合陶瓷材料可广泛用于可变电容器、可调滤波器、移相器、可调延迟线、电压控制的振荡器、可调介电共振器、可调阻抗匹配器件等可调微波器件。其中，移相器是相控阵天线的重要器件，直接决定相控阵天线的成本和性能，该材料可以取代相控阵天线中昂贵的铁氧体，使相控阵天线体积更小，质量更轻，价格更低廉。



[0021]图1是实施例1~5制得的复合陶瓷材料的XRD谱；
[0022]图2是实施例1~5制得的Ba。.5Sr0.5TiO3-MgO-Mg3B2O6复合陶瓷在IOkHz频率下的介电常数和介电损耗的变化；
[0023]图3是实施例1~5制得的Baa5Sra5TiO3-MgO-Mg3B2O6复合陶瓷在IOkHz频率、不同直流电场强度下的调谐率。

[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]本发明实施例的微波调谐复合陶瓷材料由BahSrxTiO3和混合物构成，其中，Ba1^xSrxTiO3的质量百分比为30%~95%，x=0.4~0.6，混合物由Mg3B2O6和MgO构成，其中，Mg3B2O6在混合物中的质量百分比含量为30%~90%。
[0026]上述微波调谐复合陶瓷材料的制备方法包括如下步骤:
[0027](I)配制 Ba1^xSrxTiO3 和 Mg3B2O6 粉体:
[0028]以粉末状的BaC03、SrCO3和TiO2按比例混合作为一组原料，以粉末状的H3BO3和MgO按比例混合作为另一组原料，将两组原料分别湿法球磨6~24小时，然后出料、烘干，再在1000。。~1300°C范围内预烧2~6小时，分别得到Ba1^xSrxTiO3和Mg3B2O6粉体；
[0029](2)按照配比在Ba^SrxTiO3粉体中掺入粉末状的Mg3B2O6和MgO，湿法球磨6~24小时后烘干；
[0030](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；
[0031](4)将生坯加热升温到400°C~800°C，升温速度小于等于30°C /分钟，然后保温2~4小时，排除生坯中的有机物质；
[0032](5)在1050°C~1200°C范围内烧结，再保温2~4小时，得到微波调谐复合陶瓷材料。 [0033]为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例，对本发明的微波调谐复合陶瓷材料的制备方法进行详细说明。
[0034]实施例1~5
[0035]按化学计量比分别配制Baa5Sra5TiO3 (x=0.5)和Mg3B206。具体地，将粉末状的BaCO3^SrCO3和TiO2按比例混合作为一组原料，将粉末状的H3BO3和MgO按比例混合作为另一组原料，分别向原料中加入无水乙醇或去离子水，以玛瑙球或二氧化锆为球磨介质，湿法球磨6h后，出料、烘干，粉料在1100°C下预烧2小时，分别得到 Baa5Sra5TiO3和Mg3B2O6粉体。固定Ba。.5Sr0.5Ti03的质量百分比为50%，剩余50%为Mg3B2O6和MgO混合物，混合物中MgO的质量百分比分别为10%，20%, 40%, 50%和60%，其余的成分为Mg3B2O6,分别对应实施例1~5，如表1所示。按配方将Baa5Sra5Ti03、Mg3B206和MgO混合，湿法球磨6小时，出料、烘干，采用5wt%的聚乙烯醇作为粘合剂造粒，在150MPa的压强下将粉体压制成型。经600°C排胶处理后，在空气气氛中于1090°C烧结3小时，得到Baa5Sra JiO3-MgO-Mg3B2O6复合陶瓷。烧成后的样品经细磨加工，超声清洗后，再上银电极，可用于介电性能测试。
[0036]表1制得的微波调谐复合陶瓷材料内各组分的质量百分含量
[0037]