专利名称：一种铁电-介电复相陶瓷材料的原位制备方法钛酸钡基铁电材料(如BahSrflTiO3 (BST),BaZr(BZT))具有高的介电调谐率，在介电调谐微波器件方面具有潜在的应用前景。尤其BST铁电材料，因其微波损耗相对较低，引起众多研究学者广泛关注。美国在BST铁电移相器方面的研究走在世界前列，其中Agile Materials & Technologies Inc.和Paratek Microwave Inc.设计开发的BST铁电移相器，与传统GaAs、MEMS基移相器相比，不仅大大降低了成本，而且减小尺寸和能耗。然而，钛酸钡基铁电材料的微波介电常数和损耗较高，很难满足其与激励源内部阻抗匹配和 高功率的器件应用要求。微波介质复合改性钛酸钡基铁电材料的研究始于1999年，美国军事研究实验室Sengupta等人用固相反应法制备了 Baa6Sra4TiCVMgO复相陶瓷，在保持一定介电调谐率基础上，有效地降低了材料微波介电常数和损耗。随后，许多研究学者在制备工艺、复相组分和结构上进行了优化。众多研究表明两相揉合烧结的铁电-介电复相陶瓷的微波损耗远未达到理论值，存在较大的非本征介电响应。因此，如何制备出既具有适中介电常数、低的介电损耗，又具有高介电调谐特性的材料是一个技术难点。为了克服两相揉合制备复合材料存在颗粒粗大、热力学不稳定、界面结合强度低等缺点，近年来出现了原位复合技术，即在一定条件，通过化学反应在基体内原位生成一种或几种增强相，从而达到强化的目的。这种方法可得到颗粒细小、热力学性能稳定、界面无污染、结合强度高的复合材料，是一种有前途的颗粒增强复合材料制备工艺。
本发明是针对两相揉合烧结的铁电-介电复相陶瓷存在较大的非本征介电响应的这一问题，提供一种利于提高材料微波性能，工艺简单、成本低的铁电-介电复相陶瓷材料的原位制备方法。本发明的铁电-介电复相陶瓷材料的原位制备方法，采用的是溶胶-凝胶法，该铁电-介电复相陶瓷材料的化学式为(1-Z)BabSrJiO3^rMg2TiO4,0</7〈1、OCKl，具体制备过程如下(1)按化学式中Ba、Sr、Mg 的摩尔比，将 Ba (CH3COO) 2、Sr (CH3COO) 2 和 Mg (CH3COO) 2 溶于冰乙酸中，Ba(CH3COO)2、Sr(CH3COO)JP Mg(CH3COO)2的摩尔和与冰乙酸的料液比为mol/L=1:0. 2-10，得到含Ba、Sr和Mg的溶液；(2)将C16H36O4Ti溶于C5H8O2中，C16H36O4Ti与C5H8O2的摩尔比为1:2，得到含Ti溶液；(3)将步骤(I)制得的溶液与步骤(2)制得的溶液混合、搅拌均匀，得到(Ii)Ba1^SrJiO3-XMg2TiO4 前驱体溶液，0</ 〈1、0<χ〈1 ；(4)将步骤(3)制得的前驱体溶液在70 150°C温度下烘干后，在400 900°C台阶式热处理2_8 h得到粉料；(5)用质量浓度8 10%聚乙烯醇作为粘合剂对上述粉料进行造粒，在l(Tl00MPa压力下，通过成型模具压制成陶瓷生坯片；(6)陶瓷生坯片经550 600°C排粘处理后，在1200 1400°C进行烧结处理2 10小时，得到铁电-介电(1-Z)BaBSrJiO3-ZMg2TiO4复相陶瓷材料。本发明制备工艺简单，制备的复相陶瓷热应力小、缺陷少、生产成本低，适合商业化生产；同时，易于控制晶粒尺寸，改善陶瓷材料的致密度，提高材料的微波性能。所制备的(1-X)Ba1^SrJiO3-XMg2TiO4复相陶瓷具有低的介电常数、高的^值和高的介电调谐率，可以满足介电调谐微波器件的应用要求。


图1是经热处理得到的(1-Jr)Baa5Sra5TiO3-JrMg2TiO4复相粉体的X射线衍射分析图谱。图2是烧结后的(1-Z)Baa5Sra5TiO3-ZMg2TiO4复相陶瓷的X射线衍射分析图谱。

原料来源=Ba(CH3COO)2 (99. 0%，国药集团上海化学试剂有限公司)、Sr (CH3COO) 2 (98. 0%，阿法埃莎(天津)化学有限公司)、Mg (CH3COO) 2 (99. 0%，国药集团上海化学试剂有限公司)X16H36O4Ti (99. 8%，国药集团上海化学试剂有限公司)和C5H8O2 (99. 8%，国药集团上海化学试剂有限公司)。实例1:
将一份 0.0475mol 的 Ba(CH3COO)2、0· 0475mol 的 Sr(CH3COO)2 和 O. Olmol 的Mg (CH3COO) 2 ； 一份 0.04mol 的 Ba (CH3COO) 2、0· 04mol 的 Sr(CH3COO)2 和 O. 04mol 的Mg (CH3COO) 2 ； 一份 O. 025mol 的 Ba (CH3COO) 2、0· 025mol 的 Sr (CH3COO) 2 和 O.1mol 的Mg(CH3COO)2 ； 一份 O. Olmol 的 Ba(CH3COO)2、O. Olmol 的 Sr (CH3COO)2 和 O. 16mol 的Mg (CH3COO)2，分别溶于IOOml冰乙酸中，得到四种含Ba、Sr和Mg的溶液；
将O.1molC16H36O4Ti溶于O. 2molC5H802中得到含Ti溶液；将上述得到的四种含Ba、Sr和Mg的溶液分别和Ti溶液混合、搅拌均匀，得到(1-Z)Baa5Sra5TiO3-ZMg2TiO4Cr=O. 05、
O.20,0. 50和O. 80)前驱体溶液(原料配比如表I所示)；将前驱体溶液在110°C温度下烘干，然后在马弗炉中400°C先热处理2h，再在600°C热处理2h，最后在900°C热处理4h，得到(1-Z)Baa5Sra5TiO3-JrMg2TiO4 复相粉体；
采用质量百分比8%的聚乙烯醇水溶液作为粘结剂对上述获得的粉体进行造粒，在IOMPa压力下，干法压制成直径Φ = 10 mm生还片和10 mmX5 mm、12 mmX6 mm的圆柱体，经过550°C排粘处理后，在空气气氛下1400°C烧结4小时，得到(1-Z)Baa5Sra5TiO3-ZMg2TiO4陶瓷样品Cr=O. 05,0. 20,0. 50和O. 80)。将制得的粉料及陶瓷样品进行物相分析，然后对其两面抛光、被银，烧银后进行介电性能测试(如表2所示)。表1. (1-Jr)Baa5Sra5TiO3-JrMg2TiO4 复相陶瓷的原料配比(单位g)


本发明涉及一种铁电-介电复相陶瓷材料的原位制备方法，该铁电-介电复相陶瓷材料的化学式为(1-x)Ba1-nSrnTiO3—xMg2TiO4，0<n<1、0<x<1，制备过程如下将Ba、Sr、Mg溶液和Ti溶液混合、搅拌均匀，配制(1-x)Ba1-nSrnTiO3—xMg2TiO4前驱体溶液，将前驱体溶液烘干，经热处理得到粉体，用聚乙烯醇作为粘合剂进行造粒、模压成型，再进行烧结处理。本发明工艺简单，合成的复相陶瓷热应力较小、内部缺陷少、生产成本低，适合商业化生产。所制备的铁电-介电复相陶瓷具有低的介电常数、较高的Q值、高的介电调谐率，可以满足介电调谐微波器件的应用要求。