CN101337812A - 压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属微波陶瓷制备技术领域，特别涉及一种压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料及其制备方法。本发明采用Ba1－xSrxTiO3与低介电常数、低介电损耗的Mg1－yZnyO相复合，并加入少量的Ta2O5对(1－m)Ba1－xSrxTiO3－mMg1－yZnyO复合陶瓷进行掺杂改性来满足介电常数适中、低微波介电损耗和较高的压控可调性等压控可调微波陶瓷的性能要求。用固相反应法或共沉淀包覆法制得钛酸锶钡基复合陶瓷粉体，再用不加任何成型剂的冷等静压成型及常压烧结工艺获得高致密、高纯净度的陶瓷块体。本发明压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料适用于相控阵移相器、可调滤波器、延迟线、振荡器、共振器等微波器件。

Description

压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属微波陶瓷制备技术领域，特别涉及一种压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料及其制备方法。该材料特别适用于相控阵移相器，可调滤波器，延迟线，振荡器，共振器等微波器件。
背景技术
相控阵雷达是一种新型的有源电扫描阵列多功能雷达。它不但具有传统雷达的功能，而且具有其它射频功能。有源电扫描阵列的最重要的特点是能直接向空中辐射和接收射频能量。它与机械扫描天线***相比，有许多显著的优点：相控阵雷达省略了整个天线驱动***，其中个别部件发生故障时，仍保持较高的可靠性，该雷达天线的平均无故障时间比机械扫描雷达天线的平均无故障时间长出10倍左右。典型的相控阵雷达是利用电子计算机控制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描，即电子扫描。
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。但在高频下二极管移相器存在损耗大，功率低，需要逻辑电路控制相位移动，不能连续调谐等缺点；铁氧体损耗低，功率大，但其调谐电路的价格昂贵，且体积大，功耗大。钛酸锶钡基铁电陶瓷具有非线性效应，可以通过改变外加电场以获得不同的介电常数值，从而实现微波相移。该材料在室温下具有非线性强、极化速度快、漏电流小、耐击穿强度高、居里温度可调的特点，因而在介质移相器、压控滤波器等方面有着广泛的应用前景。但是，钛酸锶钡的微波介电损耗太高，需要进一步优化。另外，压控可调钛酸锶钡基铁电陶瓷材料的介电常数越大，其压控可调性越高，移相器的尺寸越小。但是，较高的介电常数将导致材料的介电损耗增高，阻抗匹配难度增大。因此，当钛酸锶钡基复合材料作为移相器介质材料使用时，要求其具有较低的微波介电损耗，较高的压控可调性及适中的介电常数。而微波介电损耗过高，是目前研发铁电移相器的瓶颈。
发明内容
本发明的目的是为了实现背景技术中要求移相器介质材料具有较高的压控可调性及适中的介电常数，而且较低的微波介电损耗，提供一种压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料及其制备方法，其特征在于：所述压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料的通式为Ta2O5掺杂(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合粉体，其中：x＝0.4～0.6；y＝0.00～0.20；m为Mg1-yZnyO在复合粉体中的重量百分比，m的范围为30％～65％；Ta2O5的重量百分比含量范围为0wt.％～2.0wt.％。
所述压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料制备方法的技术方案如下：
选用纯度大于99.5％的BaCO3、SrCO3、TiO2、MgO和ZnO为原材料，采用固相反应法分别制备Ba1-xSrxTiO3和Mg1-yZnyO粉体，再采用固相反应法将Ba1-xSrxTiO3、Mg1-yZnyO和Ta2O5得到Ta2O5掺杂的(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合陶瓷粉体，再制备成压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷块体，具体的步骤如下：
1)按Ba1-xSrxTiO3化学剂量比称取BaCO3、SrCO3及TiO2装入玛瑙混料罐中，加入玛瑙球和酒精，在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1；
2)将上述混合浆料在100℃的烘箱中烘干，之后进行温度1100℃常压空气中预烧4小时，得到Ba1-xSrxTiO3粉体；
3)按Mg1-yZnyO化学剂量比称取MgO和ZnO装入玛瑙混料罐中，加入玛瑙球和酒精，在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1；
4)将上述混合浆料在100℃的烘箱中烘干，之后进行进行温度1100℃常压空气中预烧4小时，得到Mg1-yZnyO粉体；
5)按(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO中Ba1-xSrxTiO3的重量百分比(1-m)和Mg1-yZnyO的重量百分比m称取Ba1-xSrxTiO3和Mg1-yZnyO粉体，装入玛瑙混料罐中，加入玛瑙球和酒精，在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1；
6)将上述混合浆料在100℃的烘箱中烘干，之后进行温度为1100℃常压空气中预烧4小时，得到(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合粉体；
7)在步骤6)所得到(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合粉体中按重量比0.0wt.％～2.0wt.％加入Ta2O5粉末，装入玛瑙罐中，之后加入玛瑙球和酒精，在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及陶瓷粉体的体积比为6∶2∶1；
8)将步骤7)的混合浆料在100℃的烘箱中烘干，制备成Ta2O5掺杂的(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合陶瓷粉体，将制备好的粉体不加任何成型剂先后经过压力为2.5MPa单轴冷压5～15分钟和压力为200MPa冷等静压5～20分钟两次压制成型，之后，在常压空气中进行温度为1350～1500℃烧结3～6小时，制备成压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料块体。
所述压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料的制备方法的第二个技术方案如下：
采用共沉淀包覆法，以化学分析纯的Ba(OH)2·8H2O(氢氧化钡)、Sr(OH)2·8H2O(氢氧化锶)和Ti(OC4H9)4(钛酸丁酯)作为前驱物，去离子水和无水乙醇作为溶剂，用氨水调节溶液的酸碱度，Ta2O5掺杂，得到Ta2O5掺杂的(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合粉体，再制备成压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料，具体的步骤如下：
1)按需要的Ba1-xSrxTiO3以及其中的钡锶比所需的x值为0.4～0.6范围称量化学分析纯的Ba(OH)2·8H2O、Sr(OH)2·8H2O，将其溶于80℃的去离子水中并恒温水浴加热，按Ba1-xSrxTiO3化学剂量比称取Ti(OC4H9)4，将其溶于无水乙醇，然后用滴管将溶于无水乙醇的Ti(OC4H9)4缓慢滴入Ba(OH)2·8H2O、Sr(OH)2·8H2O溶液并充分搅拌，密封静止24小时后在温度为600℃下8小时烘干得到Ba1-xSrxTiO3粉体；
2)按Mg1-yZnyO中的Mg和Zn的摩尔比以及要求获得的(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO中Ba1-xSrxTiO3与Mg1-yZnyO的质量比称取硝酸镁或硝酸镁和硝酸锌，并将其溶于去离子水，得到硝酸镁溶液或硝酸镁和硝酸锌混合溶液；
3)将步骤1)得到的Ba1-xSrxTiO3粉体装入玛瑙罐中，加入玛瑙球和酒精，在行星球磨机上球磨2～10小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1，得到钛酸锶钡混合液装入烧杯中，将步骤2)得到的硝酸镁溶液或硝酸镁和硝酸锌混合溶液滴入钛酸锶钡混合液中并超声搅拌10小时，同时滴入的氨水调节其酸碱度，使其PH值为10～11，最后过滤并用去离子水反复冲洗5～10次，烘干得到粉体备用；
4)将步骤3)制得粉体在1050～1150℃预烧2～5小时，之后按含量范围为0wt.％～2.0wt.％加入Ta2O5粉末，将上述混合粉体装在玛瑙罐中，加入玛瑙球和酒精，在行星球磨机上球磨6～12小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1，之后于100℃烘干，制得Ta2O5掺杂的(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合陶瓷粉体。
5)步骤4)制得粉体不加任何成型剂先后经过压力为2.5MPa单轴冷压5～15分钟和压力为200MPa冷等静压5～20分钟两次压制成型，之后，在常压空气中进行温度为1350～1500℃烧结3～6小时，制备成压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料致密块体。
压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料的结构分析及性能测试，用MSAL XD2型X射线衍射仪(XRD)分析材料的物相结构，用BEIF WCT-2C型差热天平分析Ba1-xSrxTiO3-Mg1-yZnyO复合粉体的热力学性质，用Hitachi S-4800型场发射扫描电镜(FE-SEM)观察陶瓷样品微观形貌，用HP4284A LCR测试仪测试材料在20Hz～1MHz频率范围内的介电常数和损耗，用AixaCCT TF2000型铁电分析仪进行C-V(电容-电压)曲线和电滞回线的测试，用Agilent E8363A网络分析仪测试材料的高频介电常数和介电损耗，用Trek 30/20型高压放大***测试陶瓷材料的介电强度。
本发明的有益效果如下：
(1)选用Ba1-xSrxTiO3-Mg1-yZnyO复合材料作为基础材料，改善了陶瓷的烧结性能。
目前，用于制作移相器的铁电陶瓷绝大多数为Ba1-xSrxTiO3-MgO复合陶瓷。其中，MgO的作用是降低Ba1-xSrxTiO3的介电常数及高频(≥1G)介电损耗。但由于MgO的熔点在2800℃左右，Ba1-xSrxTiO3熔点在1600℃左右，两者的熔点相差较大，导致Ba1-xSrxTiO3-MgO复合陶瓷较难烧结。烧结温度过低，MgO烧结不充分，陶瓷的致密度不高，介电损耗较大。烧结温度过高，虽然可保证MgO充分烧结，但会引起Ba1-xSrxTiO3过烧，晶粒过分长大，使复合材料的介电性能不均匀，介电损耗增大。因此，本发明先采用ZnO对MgO进行掺杂改性，以降低MgO的熔点，然后再将其与Ba1-xSrxTiO3复合，使陶瓷易于实现致密化和均匀化，从而提高介电性能的稳定性，进一步降低介电损耗。
(2)在Ba1-xSrxTiO3-Mg1-yZnyO复合陶瓷中掺杂一定量的Ta2O5，使其介电损耗进一步降低。
由于Ta5+的离子半径约为70pm左右，与Ti4+的离子半径十分接近，当在Ba1-xSrxTiO3-Mg1-yZnyO复合陶瓷中掺杂一定量的Ta2O5时，其中的Ta5+会部分取代Ti4+。这种足够浓度的高价态离子取代，可以抑制氧空位，并促进活动能力低的阳离子空位的生成，从而导致电介质电阻率升高，抗老化能力增强，介电损耗降低，介电强度升高。
(3)采用不加任何成型剂的冷等静压成型及常压烧结工艺来获得高致密、高纯净度的陶瓷块体。
杂质元素对微波介电陶瓷的性能影响很大，成型剂在后续的脱胶和烧结过程中很难排除干净，少量的残留物会使材料的高频介电损耗显著增加，介电强度降低。此外，本发明采用的常压烧结工艺避免了热压烧结所产生的渗碳和脱氧，更进一步保证了材料纯净、均匀、性能稳定。
附图说明
图1Mg0.9Zn0.1O(曲线a)和Ba0.6Sr0.4TiO3(曲线b)的XRD分析结果。
图2五种m取值的(1-m)Ba0.6Sr0.4TiO3-mMg0.9Zn0.1O陶瓷块体微观组织的SEM形貌：(a)m＝30％，(b)m＝40％，(c)m＝50％，(d)m＝60％，(e)m＝65％。
图3介电常数和介电损耗与测试温度之间的关系曲线.(a)介电常数曲线；(b)介电损耗曲线；(c)测试温度为-60℃～+40℃的介电损耗曲线。测试频率为1kHz。
图4五种m取值的(1-m)Ba0.6Sr0.4TiO3-mMg0.9Zn0.1O陶瓷样品的室温电滞回线。
图5五种m取值的(1-m)Ba0.6Sr0.4TiO3-mMg0.9Zn0.1O陶瓷样品的介电常数与外加电场强度之间的关系曲线。外加小信号频率为500Hz。
图6(1-m)Ba0.6Sr0.4TiO3-mMg0.9Zn0.1O陶瓷样品的调谐率、介电损耗以及调谐率和介电损耗的比值FOM(figure of merit)与m值之间的关系曲线。
图7五种y取值的Mg1-yZnyO的XRD分析结果
图8Ba0.6Sr0.4TiO3-Mg1-yZnyO复合陶瓷的调谐率、介电损耗及FOM值与y值之间的关系曲线。测试频率为500Hz。
具体实施方式
压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料在微波波段具有以下性能特点：(1)介电常数适中。虽然高的介电常数可以减小器件的尺寸和提高其可调谐性，但同时会使材料的介电损耗及制品的***损耗增加，阻抗匹配难度增大。本发明陶瓷材料的介电常数可根据不同的应用进行调整，根据特定的应用，本发明选在100左右。(2)低介电损耗。介电损耗越低，***损耗越小，每分贝损耗的相位移越大。通常，材料的介电损耗随着频率的变化而改变。用于压控可调的钛酸锶钡基复合陶瓷的高频(≥1GHz)介电损耗(tanδ)应低于0.01。(3)调谐率尽可能高。调谐率的定义为：T＝(εmax-εmin)/εmax，其中εmax和εmin分别为不加外电场和施加外电场时的介电常数，它确定了材料的介电常数随外电场的变化能力，直接关系到移相器的移相能力，因而越大越好。本发明要求在8kV/mm的外加电场下大于15％。
由于Ba1-xSrxTiO3的介电常数随着x的增大而减小，调谐率随着x的增大而降低。当x＝1时，Ba1-xSrxTiO3的介电常数值最小，为200～250，而此时材料的调谐率极低。因此，本发明采用Ba1-xSrxTiO3与低介电常数、低介电损耗的Mg1-yZnyO相复合，并加入少量的Ta2O5对(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合陶瓷进行掺杂改性来满足上述关于压控可调微波陶瓷的性能要求。以下各实施例分别为改变压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料中的x、y、m的值和Ta2O5的百分比含量获得压控可调微波陶瓷的不同微波介电性能及介电强度。
实施例一
按Ba0.6Sr0.4TiO3化学剂量比称取BaCO3、SrCO3及TiO2，装入玛瑙混料罐中，加入玛瑙球和酒精，在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1，将上述混合浆料在100℃的烘箱中烘干，之后进行温度1100℃常压空气中预烧4小时，得到Ba0.6Sr0.4TiO3粉体。按Mg0.9Zn0.1O化学剂量比称取MgO和ZnO，利用同样的方法制备Mg0.9Zn0.1O粉体。这两种粉体的X射线分析结果如图1所示。
按(1-m)Ba0.6Sr0.4TiO3-mMg0.9Zn0.1O中的重量百分比m分别为30％，40％，50％，60％和65％，称取Ba0.6Sr0.4TiO3和Mg0.9Zn0.1O，再将上述五种m取值的Ba0.6Sr0.4TiO3和Mg0.9Zn0.1O粉体分别装入玛瑙混料罐中加入玛瑙球和酒精在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1。浆料在100℃的烘箱中烘干、过筛，之后先后进行单轴冷压和冷等静压成型。将成型后的陶瓷毛坯置于高温硅钼棒烧结炉中进行温度为1440℃常压烧结5小时，烧制成上述五种m取值的(1-m)Ba0.6Sr0.4TiO3-mMg0.9Zn0.1O复合陶瓷块体，这五种m取值陶瓷块体的微观组织形貌如图2所示，其中(a)m＝30％，(b)m＝40％，(c)m＝50％，(d)m＝60％，(e)m＝65％。
将上述(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合陶瓷块体加工成的小圆片，采用丝网印刷的方式在两端涂上中温银浆料，然后进行600℃烧结15分钟，制备成被覆银电极的陶瓷样品。分别利用HP4284A LCR测试仪、TF-2000型铁电分析仪测试上述样品的介电常数和介电损耗、电滞回线、介电强度、C-V曲线及根据C-V曲线计算出的调谐率、调谐率和介电损耗的比值FOM(figure ofmerit)，测试结果分别如图3、图4、图5及图6所示。
利用Agilent E8363A网络分析仪及Trek 30/20型高压放大***测得(1-m)Ba0.6Sr0.4TiO3-mMg0.9Zn0.1O复合陶瓷的高频介电常数和介电损耗及介电强度如表1所示。
表1(1-m)Ba0.6Sr0.4TiO3-mMg0.9Zn0.1O陶瓷的微波介电性能及介电强度
Figure A20081011831900161
实施例二
采用与实施例一相同的工艺分别制备出Ba0.6Sr0.4TiO3和Mg1-yZnyO陶瓷粉，其中y值分别取0、0.05、0.1、0.15和0.2，且Mg1-yZnyO在(1-m)Ba0.6Sr0.4TiO3-mMg1-yZnyO复合陶瓷中的重量百分比m为65％，即35％Ba0.6Sr0.4TiO3-65％Mg1-yZnyO复合陶瓷。
图7为Mg1-yZnyO粉体的XRD分析结果，可见，在本发明的ZnO掺杂量范围内，Mg1-yZnyO均为单项固溶体，且该固溶体的晶体结构类型与MgO晶体一致，而MgO为立方晶系，ZnO为六方晶系。
图8为Ba0.6Sr0.4TiO3-Mg1-yZnyO复合陶瓷测试频率为500Hz的调谐率、介电损耗及FOM值随y值变化测试曲线。
表2列出了35％Ba0.6Sr0.4TiO3-65％Mg1-yZnyO复合陶瓷的介电性能，其中介电常数和介电损耗的测试频率为1MHz。
表235％Ba0.6Sr0.4TiO3-65％Mg1-yZnyO复合陶瓷的介电性能
样品   介电常数r(1MHz)   介电损耗tanδ(10-3)(1MHz) 调谐率(％)(500Hz) FOM   介电强度Eb(kV/mm)
  y＝0.00   101   1.89   27.56   145.82   33.02
  y＝0.05   104   1.33   22.13   163.39   33.16
  y＝0.1   100   1.26   21.92   173.97   33.44
  y＝0.15   102   1.36   22.08   162.35   29.98
  y＝0.2   103   1.65   22.17   134.44   28.74
实施例三
采用与实施例一相同的工艺制备出36wt.％Ba0.6Sr0.4TiO3-64％Mg0.9Zn0.1O复合陶瓷粉体。把该复合陶瓷粉体分成五份，分别加入Ta2O5粉末，Ta2O5重量百分比含量分别为0.00wt、0.10wt、0.50wt、1.00wt和2.00wt，再分别装入玛瑙罐中，之后加入玛瑙球和酒精。放在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及陶瓷粉体的体积比为6∶2∶1。将浆料于100℃的烘箱中烘干，经单轴冷压和冷等静压成型后，进行温度为1440℃常压烧结5小时，之后对这五种Ta2O5重量百分比含量取值的复合陶瓷进行介电性能分析，分析结果如表3所示。
表336wt.％Ba0.6Sr0.4TiO3-64％Mg0.9Zn0.1O-Ta2O5陶瓷的介电性能
Ta2O5含量(wt％) 谐振频率(GHz) 介电常数εr   介电损耗tanδ(10-3)   介电强度Eb(kV/mm)   调谐率(％)(500Hz) FOM
  0.00   4.43   102   6.1   33.50   22.81   37.39
  0.10   4.408   100   6.0   34.00   21.70   36.2
  0.50   4.406   98   5.4   32.08   20.98   38.85
  1.00   4.404   90.08   4.6   33.42   19.72   42.87
  2.00   4.410   80.20   4.39   30.00   15.21   34.6
实施例四
采用共沉淀包覆法，以化学分析纯的Ba(OH)2·8H2O(氢氧化钡)、Sr(OH)2·8H2O(氢氧化锶)和Ti(OC4H9)4(钛酸丁酯)作为前驱物，去离子水和无水乙醇作为溶剂，用氨水调节溶液的酸碱度。按需要的Ba1-xSrxTiO3以及其中的钡锶比所需的x分别取值为0.40，0.45，0.50称量三份Ba(OH)2·8H2O和Sr(OH)2·8H2O，将其溶于80℃的去离子水中中并恒温水浴加热；按Ba1-xSrxTiO3中相应的钡锶比化学剂量比称取三份对应的Ti(OC4H9)4，将其溶于无水乙醇；然后用滴管将溶于无水乙醇的Ti(OC4H9)4缓慢滴入Ba(OH)2·8H2O和Sr(OH)2·8H2O溶液并充分搅拌，密封静止24小时后进行在温度为600℃下8小时烘干，分别得到三种钡锶比的钛酸锶钡粉体。
将按上述所得到三种钡锶比的钛酸锶钡粉体分别装入玛瑙罐中，加入玛瑙球和酒精，在行星球磨机上球磨10小时，之后装入烧杯中。将三种分别使Ba1-xSrxTiO3与Mg0.9Zn0.1O的质量比为1∶1已经溶于去离子水的硝酸镁和硝酸锌混合溶液(Mg和Zn的摩尔比为9)滴入相应的钛酸锶钡混合液中，并超声搅拌10小时，滴入少量的氨水调节其酸碱度使pH＝10.5，最后过滤并用去离子水反复冲洗5次，在温度为600℃下烘干8小时备用。将按以上工艺制备的三种粉体在1100℃预烧3小时，之后1.0wt.％含量加入Ta2O5粉末，将上述三种混合粉体分别装在玛瑙罐中，加入玛瑙球和酒精，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1，再放到行星球摩机上磨10小时，之后于100℃烘干备用。
表4Ba1-xSrxTiO3-Mg0.9Zn0.1O-Ta2O5致密复合陶瓷块体的介电性能
x值 谐振频率(GHz) 介电常数εr 介电损耗tanδ(10-3)   介电强度Eb(kV/mm)   调谐率(％)(500Hz) FOM
  0.4   4.43   382   8.8   32.50   24.52   27.86
  0.45   3.41   160   6.9   32.00   23.60   34.20
  0.50   3.56   108   4.4   33.08   21.18   48.14
将上述三种粉体经单轴冷压和冷等静压成型后，进行1350℃烧结4小时，得到三种钡锶比的x值为0.40，0.45，0.50的Ba1-xSrxTiO3-Mg0.9Zn0.1O-Ta2O5致密复合陶瓷块体，这三种块体陶瓷的性能测试结果如表4所示。

Claims (4)

1.一种压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料，其特征在于：所述压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料的通式为Ta2O5掺杂(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合粉体，其中：x＝0.4～0.5；y＝0.00～0.20；m为Mg1-yZnyO在复合粉体中的重量百分比，m的范围为30％～65％；Ta2O5的重量百分比含量范围为0wt.％～2.0wt.％。
2.一种压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，采用固相反应法分别制备Ba1-xSrxTiO3和Mg1-yZnyO粉体，再采用固相反应法将Ba1-xSrxTiO3、Mg1-yZnyO和Ta2O5烧制成Ta2O5掺杂的(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合陶瓷粉体，再制备成压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷块体，具体的步骤如下：
1)按Ba1-xSrxTiO3化学剂量比称取BaCO3、SrCO3及TiO2装入玛瑙混料罐中，加入玛瑙球和酒精，在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1；
2)将上述混合浆料在100℃的烘箱中烘干，之后进行温度1100℃常压空气中预烧4小时，得到Ba1-xSrxTiO3粉体；
3)按Mg1-yZnyO化学剂量比称取MgO和ZnO装入玛瑙混料罐中，加入玛瑙球和酒精，在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1；
4)将上述混合浆料在100℃的烘箱中烘干，之后进行温度1100℃常压空气中预烧4小时，得到Mg1-yZnyO粉体；
5)按(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO中Ba1-xSrxTiO3的重量百分比1-m和Mg1-yZnyO的重量百分比m称取Ba1-xSrxTiO3和Mg1-yZnyO粉体，装入玛瑙混料罐中，加入玛瑙球和酒精，在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1；
6)将上述混合浆料在100℃的烘箱中烘干，之后进行温度为1100℃常压空气中预烧4小时，得到(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合粉体；
7)在步骤6)所得到(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合粉体中按重量比0.0wt.％～2.0wt.％加入Ta2O5粉末，装入玛瑙罐中，之后加入玛瑙球和酒精，在三辊混料机上混24小时，玛瑙球、酒精及陶瓷粉体的体积比为6∶2∶1；
8)将步骤7)的混合浆料在100℃的烘箱中烘干，制备成Ta2O5掺杂的(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合陶瓷粉体，将制备好的粉体不加任何成型剂先后经过压力为2.5MPa单轴冷压5～15分钟和压力为200MPa冷等静压5～20分钟两次压制成型，之后，在常压空气中进行温度为1350～1500℃烧结3～6小时，制备成压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料块体。
3.根据权利要求2所述的一种压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述BaCO3、SrCO3、TiO2、MgO和ZnO的材料纯度大于99.5％。
4.一种压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，采用共沉淀包覆法，化学分析纯的Ba(OH)2·8H2O、Sr(OH)2·8H2O和Ti(OC4H9)4作为前驱物，去离子水和无水乙醇作为溶剂，用氨水调节溶液的酸碱度，Ta2O5掺杂，得到Ta2O5掺杂的(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合粉体，再制备成压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料，具体的步骤如下：
1)按需要的Ba1-xSrxTiO3以及其中的钡锶比所需的x值为0.4～0.6范围称量化学分析纯的Ba(OH)2·8H2O、Sr(OH)2·8H2O，将其溶于80℃的去离子水中并恒温水浴加热，按Ba1-xSrxTiO3化学剂量比称取Ti(OC4H9)4，将其溶于无水乙醇，然后用滴管将溶于无水乙醇的Ti(OC4H9)4缓慢滴入Ba(OH)2·8H2O、Sr(OH)2·8H2O溶液并充分搅拌，密封静止24小时后在温度为600℃下8小时烘干得到Ba1-xSrxTiO3粉体；
2)按Mg1-yZnyO中的Mg和Zn的摩尔比以及要求获得的(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO中Ba1-xSrxTiO3与Mg1-yZnyO的质量比称取硝酸镁或硝酸镁和硝酸锌，并将其溶于去离子水，得到硝酸镁溶液或硝酸镁和硝酸锌混合溶液；
3)将步骤1)得到的Ba1-xSrxTiO3粉体装入玛瑙罐中，加入玛瑙球和酒精，在行星球磨机上球磨2～10小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1，得到钛酸锶钡混合液装入烧杯中，将步骤2)得到的硝酸镁溶液或硝酸镁和硝酸锌混合溶液滴入钛酸锶钡混合液中，并超声搅拌10小时，同时滴入的氨水调节其酸碱度，使其PH值为10～11，最后过滤并用去离子水反复冲洗5～10次，烘干得到粉体备用；
4)将步骤3)制得粉体在1050～1150℃预烧2～5小时，之后按含量范围为0wt.％～2.0wt.％加入Ta2O5粉末，将上述混合粉体装在玛瑙罐中，加入玛瑙球和酒精，在行星球磨机上球磨6～12小时，玛瑙球、酒精及粉体的体积比为6∶2∶1，之后于100℃烘干，制得Ta2O5掺杂的(1-m)Ba1-xSrxTiO3-mMg1-yZnyO复合陶瓷粉体。
5)步骤4)制得粉体不加任何成型剂先后经过压力为2.5MPa单轴冷压5～15分钟和压力为200MPa冷等静压5～20分钟两次压制成型，之后，在常压空气中进行温度为1350～1500℃烧结3～6小时，制备成压控可调钛酸锶钡基复合陶瓷材料致密块体。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103214238A (zh) * 2013-04-03 2013-07-24 湖北大学 一种钛酸锶钡基介电温度稳定型陶瓷电容器材料的制备方法
CN108736124A (zh) * 2018-04-03 2018-11-02 苏州市协诚五金制品有限公司 一种基于陶瓷介质滤波器的制备工艺
CN113582582A (zh) * 2021-07-30 2021-11-02 湖南省新化县林海陶瓷有限公司 一种宽工作温区的电子陶瓷复合基片的制备工艺
CN115073157A (zh) * 2022-06-16 2022-09-20 安徽锦华氧化锌有限公司 一种含氧化锌镁锌铁氧体粉体的制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5650367A (en) * 1994-01-28 1997-07-22 Kyocera Corporation Dielectric ceramic composition
CN1181010C (zh) * 2003-05-23 2004-12-22 华中科技大学 微波调谐钛酸锶钡复合陶瓷
CN100404458C (zh) * 2005-11-23 2008-07-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 二氧化锆掺杂改性钛酸鍶钡-氧化镁基复合材料及其制备方法
CN1927765A (zh) * 2006-09-22 2007-03-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 钛酸锶钡－氧化镁复合材料的非均相沉淀的制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103214238A (zh) * 2013-04-03 2013-07-24 湖北大学 一种钛酸锶钡基介电温度稳定型陶瓷电容器材料的制备方法
CN103214238B (zh) * 2013-04-03 2014-08-06 湖北大学 一种钛酸锶钡基介电温度稳定型陶瓷电容器材料的制备方法
CN108736124A (zh) * 2018-04-03 2018-11-02 苏州市协诚五金制品有限公司 一种基于陶瓷介质滤波器的制备工艺
CN108736124B (zh) * 2018-04-03 2020-11-10 苏州市协诚五金制品有限公司 一种基于陶瓷介质滤波器的制备工艺
CN113582582A (zh) * 2021-07-30 2021-11-02 湖南省新化县林海陶瓷有限公司 一种宽工作温区的电子陶瓷复合基片的制备工艺
CN115073157A (zh) * 2022-06-16 2022-09-20 安徽锦华氧化锌有限公司 一种含氧化锌镁锌铁氧体粉体的制备方法

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