В настоящей работе с использованием традиционного метода твердофазной реакции была приготовлена серия диэлектрических керамических материалов (1-x)BiVO4-xTiO2 (x=0,4, 0,50, 0,55 и 0,60) для микроволнового обжига при низкой температуре. По изображениям в обратно рассеянных электронах (BEI), рентгеновской дифракции (XRD) и энергодисперсионному анализу (EDS) реакция между BiVO4 и TiO2 при оптимальной температуре спекания ~ 900 oC была незначительной. При увеличении x с 0,4 до 0,60 диэлектрическая проницаемость (εr) увеличилась с 81,8 до 87,7, значение добротности (Qf) уменьшилось с 12 290 до 8 240 ГГц, а температурный коэффициент (TCF) сместился с -121 до +46 ppm/oC. Получена температуростойкая микроволновая диэлектрическая керамика в составе 0,45BiVO4-0,55TiO2, спеченная при 900 oC, с εr ~ 86, Qf ~ 9500 ГГц и ВКФ ~ -8 ppm/oC. Подгонка отражательной способности в дальней инфракрасной области показала, что растяжение связей Bi-O и Ti-O в этой системе преобладает над диэлектрической поляризацией. Эта серия керамики перспективна не только для технологии низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC), но и в качестве подложки для физически и электрически малых микрополосковых патч-антенн с диэлектрической нагрузкой.

Введение
СВЧ-диэлектрическая (СВЧ) керамика широко используется в качестве диэлектрических резонаторов (ДР), фильтров, подложек для радиочастотных (ВЧ) компонентов и волноводов.1,2 Движущая сила развития СВЧ-керамики зависит от приложений. Для технологии низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) движущими силами являются совместимость с недорогими электродами (Ag, Cu и т. д.) и пониженные температуры спекания. Для резонаторов и фильтров требуются сверхвысокие добротности (Qf > 40 000 ГГц) для обеспечения избирательности в узком диапазоне частот, а для диэлектрически нагруженных антенн в портативных устройствах критически важно уменьшение габаритов и стоимости компонента.3,4 Технология LTCC сыграла важную роль в производстве современных микроволновых устройств и требует материалов со значениями диэлектрической проницаемости (εr) в диапазоне 10–100, значениями Qf > 5000 ГГц, близкими к нулю температурными коэффициентами резонансной частоты (TCF < ±15 ppm/oC). . Было разработано много материалов с низким εr для технологии LTCC, и некоторые из них коммерчески доступны через такие компании, как Ferro и Dupont.5,6 Однако материалы с εr выше 70 встречаются редко. Классический метод разработки материалов LTCC заключается в добавлении оксидов или стекол с низкой температурой плавления к керамике с высоким Qf микроволновым диэлектриком для снижения температуры их спекания. BRET, RE = La, Nd и Sm) со свойствами 70 < εr < 85, 8 000 < Qf < 12 000 ГГц и перестраиваемыми значениями ВКФ, близкими к нулю, но эти композиции можно спекать только при температуре выше 1300 oC.9-12 Более того, их температура спекания не может быть снижена ниже 1100 oC с помощью спекающих добавок без снижения εr до значения менее 70, что сопровождается значительным ухудшением значений Qf.12 Композиты Bi2Ti4O11-TiO213,14 относятся к бинарной системе Bi2O3-TiO2, в которой однофазные соединения: Bi2Ti4O11; Bi2Ti2O7; Bi4Ti3O12; Bi8Ti4O14 и Bi12TiO20, как показано на рис. 1 (a).15,16 Сообщается, что однофазная керамика Bi2Ti4O11 обладает εr = 53,2, Qf ~ 4500 ГГц (на 5 ГГц) и TCF = -550 ppm/oC. Установлено, что термостойкая микроволновая диэлектрическая керамика состава 0,919TiO2-0,081Bi2O3, состоящая из TiO2 и Bi2Ti4O11, обладает высоким значением εr ~ 80, высокой добротностью (1800 на 5 ГГц) и ВКФ ~ +21 ppm/°C. .14 В нашей предыдущей работе17 CuO использовался в качестве добавки для спекания в 0,92TiO2-0,08Bi2Ti4O11, что снизило температуру спекания до 900 oC при сохранении εr = 81, значения Qf ~3500 ГГц и TCF ~ -5,1 ppm/oC. . Считалось, что образование полупроводника Cu9Bi2Ti12O36 ответственно за снижение значения Qf. Валант и др.18 также обнаружили, что добавки нано-TiO2 могут еще больше улучшить Qf. Сообщалось, что помимо Bi2Ti4O11, керамика Bi12TiO20 со структурой силленита обладает εr ~ 41, Qf в диапазоне 3300 ~ 10400 ГГц и TCF между –2 ~ –10,8 ppm/°C, согласно отчетам Valant and Jeong et al.19-21.

Согласно отчету Touboul и Vachon, в богатой Bi части двойной системы Bi2O3-V2O5 существует по крайней мере семь известных фаз: Bi7VO13, Bi5VO10, Bi14V4O31, Bi7V3O18, Bi6V4O19, BiVO4 и Bi2V8O23.22 Lv et al. изучали эту систему методом твердофазной реакции23 и на основании их рентгенофазового анализа получили пять бинарных соединений: Bi8.1V0.9O14, Bi7VO13, Bi8V2O17, Bi4V2O11 и BiVO4, а также два твердых раствора: xBi2O3:V2O5 (5≤x≤6) и (Bi2O3)1-x(V2O5)x (0≤x≤0,069). В V-богатой части сообщалось только о метастабильном Bi2V8O23, как показано на рис. 1 (а). Сообщалось, что среди всех фаз в бинарной системе Bi2O3-V2O5 только BiVO4 обладает хорошими микроволновыми свойствами с εr ~ 68, значением Qf между 6500 ~ 8000 ГГц и TCF между –243 ~ –260 ppm/°C. 24,25 Хотя сообщалось, что керамика на основе BiVO4 реагирует с Ag, в нашей предыдущей работе26 было обнаружено, что керамика на основе BiVO4 химически совместима с алюминиевыми и медными электродами, что может расширить область ее применения.