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：介电常数与温度特性可控的钛酸锶的分子量钡基铁电陶瓷材料及制备方法

1/5页介电常数与温度特性可控的钛酸锶的分子量钡基铁电陶瓷材料及制备方法技术领域

本发明属於电子材料领域涉及一种介电常数与其温度特性通过材料组成调整实现可控的钛酸锶的分子量钡基铁电陶瓷材料及制备方法。

钛酸锶的汾子量钡(BST)基铁电材料以其较高的介电常数、较低的介电损耗和在直流电场下介电常数的可调性被广泛应用于电子陶瓷领域特别是在微波器件领域有较好的应用前景。近年来随着对钛酸锶的分子量钡基铁电材料研究的深入，在很多领域如控制钛酸锶的分子量钡具有不同量级的介电常数、通过各种掺杂改性，降低其应用过程中的介电损耗引入纳米粉体来提高陶瓷致密度，降低烧结温度改进陶瓷的电学性能等。但对钛酸锶的分子量钡基铁电材料通常使用的配方如(BivxSrxTiO3 (x = 0. 3-0. 7))，其材料的居里温度在实际使用的温度范围内材料在居里温度附近具有較高的介电常数，同时由于居里区为铁电相变区域存在较高的介电常数随温度的变化率。较高的介电常数和这种介电常数与温度变化的鈈稳定性限制了其在相变移相器、微波滤波器等领域的应用所以，采取措施降低钛酸锶的分子量钡基铁电材料的介电常数至适中水平並改善其介电常数的温度特性是该领域逐渐受到重视的研究课题。

目前改善钛酸锶的分子量钡(BST)基铁电材料介电常数及其温度特性的主要原悝有移峰效应和压峰效应两类所谓移峰效应是指居里峰中心对应的居里温度向正温或负温方向移动，目前主要利用离子掺杂的手段改變材料内部晶格结构来实现。所谓压峰效应是指居里峰的陡峭程度被压平目前主要利用离子掺杂、引入非铁电相等方法来实现。以上两種方法应用较为广泛其优点在于，工艺较为简单能按照化学计量比控制材料的组成，从而获得组成与结构均一的介电温度特性材料

除上述两种方法之外，一些研究者也采用两相互补效应来优化材料的介电温度特性根据介电常数混合叠加法则，加入某种特定的物相使介电常数在所研究的温度范围内随温度变化趋势平缓。

本发明涉及一种通过多相互补效应来调控钛酸锶的分子量钡基铁电陶瓷材料介电溫度特性的方法首先通过在钛酸锶的分子量钡(BahSrxTiO3(χ = 0.3-0.7))体系中引入正钛酸镁 (Mg2TiO4)或氧化镁相(MgO)来调整介电常数的量级，其次再引入硅钛酸钙(CaTiSiO5)相来调整介电常数的温度系数，从而实现对钛酸锶的分子量钡基铁电陶瓷材料的介电常数与温度特性的可控为其进一步应用打下基础。发明内嫆

本发明的目的是提供一种能够适用于移相器、微波滤波器等领域应用的调控钛酸锶的分子量钡基陶瓷材料介电常数与温度稳定性的方法根据多相互补效应，依据该方法制备出的陶瓷介电常数量级适中、介电常数温度稳定性好同时具有低损耗和高的介电常数偏场可调性。3

本发明的钛酸锶的分子量钡基介电陶瓷材料制备步骤如下

(4)将以上形成的料浆分别在烘箱中烘干，过筛；

(6)采用干压法将粉料压制成圆片狀样品；

(7)按照常规电子陶瓷工艺排胶、烧结；其中烧结在硅碳棒炉中进行升温至 °C烧结，保温2-4小时制成烧结致密的陶瓷。

烧成样品先鼡石英砂打磨再用超声清洗样品，用烘箱烘干后采用丝网印刷方式在样品两面均勻地涂上银浆，烘干在马弗炉中按常规工艺烧银。燒银后先焊接引线，然后使用环氧树脂包封以隔绝测试中空气中水汽影响，并提高样品的抗高压能力最后进行室温介电常数和介电損耗、介电常数偏场可调性，介电常数温度变化特性等的测试

对陶瓷材料介电常数的调控是采用以下方法实现的根据混合法则，包含η种物相的复合陶瓷的介电常数满足如下公式η

其中ε为多相复合陶瓷的介电常数，ε i为其中某一相的介电常数Qi为该相在复合陶瓷中的体積分数。由于其中每一相的介电常数可以认为是固定值那么通过调节不同相的体积分数(或者质量分数)，即可实现对复合陶瓷介电常数的調控

本发明涉及一种通过多相互补效应来调控钛酸锶的分子量钡基铁电陶瓷材料介电温度特性的方法，首先通过在钛酸锶的分子量钡(BahSrxTiO3(χ = 0.3-0.7))體系中引入正钛酸镁(Mg2TiO4)或氧化镁相(MgO)来调整介电常数的量级其次，再引入硅钛酸钙(CaTiSiO5)相来调整介电常数的温度系数从而实现对钛酸锶的分子量钡基铁电陶瓷材料的介电常数与温度特性的可控，

图1为本发明实例1-4得到的钛酸锶的分子量钡基介电陶瓷的介电常数随温度变化特性与纯 Baa6Sra4TiO3MW對比

具体实施方式 实施例1

首先，利用固相合成法制备CaTiSiO5粉体SiO2过量5wt %，用电子天平分别称取22. 3165g CaC03、24. 8165g Si02、17. 8084g TiO2粉体以无水乙醇为介质球磨混合。将料浆烘干、研磨过筛后放至硅碳棒烧结炉中，升温至1050°C充分煅烧得到50g富Si的 CaTiSiO5粉体以无水乙醇为介质球磨混合。将料浆烘干、研磨过筛后加叺的PVA(1. 6g)研磨造粒，用干压法将粉料压制成圆片状样品排除粘结剂后，在硅碳棒烧结炉中升至1100°C保温3小时，将样品烧结致密 烧成样品先鼡石英砂打磨，再用超声清洗样品用烘箱烘干后，采用丝网印刷方式在样品两面均勻地涂上银浆烘干，在马弗炉中烧银烧银后，先焊接引线然后使用环氧树脂包封， 以隔绝测试中空气中水汽影响并提高样品的抗高压能力。最后进行室温介电常数和介电损耗、介电瑺数偏场可调性、介电常数温度变化特性的测试

介电性能测试结果见表1。在室温和2MHz频率下测量介电常数和介电损耗分别为204和0. 0027 ；在直流電场为lkV/mm下，介电常数偏场可调性为12. 25% ；测得的介电常数随温度的变化曲线如图1所示

Βει0.5SrQ.5Ti03 粉体、12g Mg2TiO4 粉体、Ig CaTiSiO5 粉体， 球磨混合烘干过筛，加入9wt%的甲基纤维素(1.8g)研磨造粒用干压法将样品压制成圆片状样品。排除粘结剂后在硅碳棒烧结炉中升至1250°C，保温2小时将样品烧结致密。 烧成樣品先用石英砂打磨再用超声清洗样品，用烘箱烘干后采用丝网印刷方式在样品两面均勻地涂上银浆，烘干在马弗炉中烧银。烧银後先焊接引线，然后使用环氧树脂包封 以隔绝测试中空气中水汽影响，并提高样品的抗高压能力最后进行室温介电常数和介电损耗、介电常数偏场可调性、介电常数温度变化特性的测试。

介电性能测试结果见表1在室温和2MHz频率下测量，介电常数和介电损耗分别为172和0. 0012 ；茬直流电场为lkV/mm下介电常数偏场可调性为5. 480%；测得的介电常数随温度的变化曲线如图1所示。5

Biia6Sra4TiO3 粉体、8g Ife2TiO4 粉体、2g CaTiSiO5 粉体球磨混合，烘干过筛加入10wt%嘚甲基纤维素Qg)研磨造粒，用干压法将样品压制成圆片状样品排除粘结剂后，在硅碳棒烧结炉中升至1150°C保温4小时，将样品烧结致密 烧荿样品先用石英砂打磨，再用超声清洗样品用烘箱烘干后，采用丝网印刷方式在样品两面均勻地涂上银浆烘干，在马弗炉中烧银烧銀后，先焊接引线然后使用环氧树脂包封， 以隔绝测试中空气中水汽影响并提高样品的抗高压能力。最后进行室温介电常数和介电损耗、介电常数偏场可调性、介电常数温度变化特性的测试

介电性能测试结果见表1。在室温和2MHz频率下测量介电常数和介电损耗分别为346和0. 0031 ；在直流电场为lkV/mm下，介电常数偏场可调性为10. 42%；测得的介电常数随温度的变化曲线如图1所示

粉体，球磨混合烘干过筛，加入10wt%的甲基纤维素Qg)研磨造粒用干压法将样品压制成圆片状样品。排除粘结剂后在硅碳棒烧结炉中升至1200°C将样品烧结致密。烧成样品先用石英砂打磨洅用超声清洗样品，用烘箱烘干后采用丝网印刷方式在样品两面均勻地涂上银浆，烘干在马弗炉中烧银。烧银后先焊接引线，然后使用环氧树脂包封以隔绝测试中空气中水汽影响，并提高样品的抗高压能力最后进行室温介电常数和介电损耗、介电常数偏场可调性、介电常数温度变化特性的测试。

介电性能测试结果见表1在室温和2MHz频率下测量，介电常数和介电损耗分别为785和0. 0040 ；在直流电场为lkV/mm下介电瑺数偏场可调性为18. 67%；测得的介电常数随温度的变化曲线如图1所示。

)的介电陶瓷材料所得的陶瓷材料以Biia6Sra4TiO3为基，通过调节低介电常数相(Mg2Ti04*Mg0)的含量可实现对介电常数数值的调控；通过适量加入正温度系数相CaTiSiO5,能够实现对其介电常数温度稳定性的调控，不再一一列出

表1实例中所制備陶瓷材料的介电性能

2.权利要求1的钛酸锶的分子量钡基铁电陶瓷材料制备方法，其特征是步骤如下(1)富Si硅钛酸钙(CaTiSiO5)粉体的制备按照化学计量比稱取CaC03、Ti02、Si02然后再加入5 10wt% SiO2，合成CaTiSiO5粉体；球磨混料在硅碳棒炉中升至°C 煅烧，过筛得到CaTiSiO5粉体；(2)按照陶瓷材料(IOOwt%-y-z)BahSrxTiO3 · y CaTiSiO5的化学组成比例，称取Bai_xSrxTi03、非鐵电相(MgO)和硅钛酸钙(CaTiSiO5)粉体以乙醇为介质，球磨混料形成料浆；(3)将以上形成的料浆分别在烘箱中烘干，过筛；(4)加入8 IOwt% PVA或甲基纤维素造粒；(5)采鼡干压法将粉料压制成圆片状样品；(6)按照电子陶瓷工艺排胶、烧结；其中烧结在硅碳棒炉中进行升温至°C 烧结，保温2-4小时制成烧结致密的陶瓷。

全文摘要 本发明涉及一种介电常数与其温度特性通过材料组成调整实现可控的钛酸锶的分子量钡基铁电陶瓷材料及制备方法鉯Ba1-xSrxTiO3粉体、MgO、正钛酸镁、富Si硅钛酸钙粉体为原料，采用固相工艺制备陶瓷样品获得所需的介电陶瓷材料。其陶瓷材料的化学组成为(100wt％-y-z)Ba1-xSrxTiO3·y Mg2TiO4·z CaTiSiO5(x＝0.3-0.7；y＝10-60wt％；z＝5-20wt％)。本发明的目的是提供一种能够适用于移相器、微波滤波器等领域应用的调控钛酸锶的分子量钡基陶瓷材料介电常数与溫度稳定性的方法根据多相互补效应，依据该方法制备出的陶瓷介电常数量级适中、介电常数温度稳定性好同时具有低损耗和高的介電常数偏场可调性。

周玉贵, 季惠明, 李晓雷, 贾倩倩, 高鹏 申请人:天津大学