В этом исследовании керамические системы Li2+xMg3SnO6 (LxMS) были приготовлены твердофазной реакцией с использованием нового спекания в контролируемой атмосфере (x = 0,00–0,12). Было систематически исследовано влияние дополнительного содержания лития на фазовую эволюцию, кристаллическую структуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2+xMg3SnO6 (LxMS). При прокаливании образцов от 800 до 1000 °С в результате химической реакции между фазами Li2SnO3 и MgO образовалась фаза Li2Mg3SnO6. Чистую фазу Li2Mg3SnO6 можно было наблюдать в образцах, прокаленных при 1000–1100 °С. Но когда он подвергался воздействию воздуха с высокой температурой выше 1100 ° C, Li2Mg3SnO6 разлагался на Mg2SnO4, MgO и Li2O. Благодаря защитной атмосфере и дополнительному литию εr, Q×f и τf значительно улучшились за счет подавления вторичной фазы и пор при 0,00≤ ≤0,0 x 8. Однако комплексные микроволновые характеристики ухудшились при 0,08< ≤0,12, x которые коррелировали с диэлектрической поляризацией, валентностью связи, полушириной, долей упаковки и октаэдрическим искажением. Были получены превосходные микроволновые характеристики LxMS (x = 0,08), спеченного при 1350 °C в новой регулируемой атмосфере: εr = 12,7, Q×f = 168 330 ГГц и τf = -27,4 ppm/°C.
1. Введение
Из-за быстрого роста рынка беспроводной связи микроволновая диэлектрическая керамика сыграла незаменимую роль в качестве ключевых компонентов микроволновых устройств, начиная от любых ручных терминалов и заканчивая базовыми станциями [1,2]. Чтобы удовлетворить специфический запрос пятого поколения (5G) связи и приложений [3–5], эта керамика должна иметь желаемую диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Q×f) и регулируемый температурный коэффициент резонансной частоты (τf ). Изучение новых микроволновых материалов с помощью нового подхода и исследование корреляции между структурами и микроволновыми диэлектрическими характеристиками всегда были в центре исследования материалов [6,7]. Керамика Li2Mg3BO6 (B = Ti, Zr, Sn) со структурой каменной соли привлекла значительное внимание благодаря своим превосходным характеристикам на микроволновых частотах (Li2Mg3TiO6: εr = 15,2, Q×f = 152 000 ГГц и τf = −39 ppm/ °C; Li2Mg3SnO6: εr = 8,8, Q×f = 123 000 ГГц и τf = –32 миллионных долей/°C; Li2Mg3ZrO6: εr = 12,6, Q×f = 86 000 ГГц и τf = –36 миллионных долей/°C) [ 8–10]. Появление в Li2Mg3SnO6 вторичной фазы Mg2SnO4 (εr = 8,41, Q×f = 55 100 ГГц, τf = −62 ppm/°C [11]) и пор, вызванных улетучиванием лития, уступает керамике Li2Mg3TiO6 и Li2Mg3ZrO6. А пористая микроструктура, вызванная потерей элемента Li, серьезно ухудшала бы добротность, что также мешало практическому использованию Li2Mg3BO6 в СВЧ-цепях [12,13]. Таким образом, как бороться с улетучиванием лития было одним из основных вопросов для получения наилучших диэлектрических характеристик СВЧ. Были предприняты некоторые попытки «лечить» улетучивание лития в литийсодержащих материалах. Среди этих исследований Wu et al. только описали, что чистая фаза Li2Mg3TiO6 и Li2Mg3ZrO6 может быть получена путем закапывания образцов в литийсодержащий жертвенный порошок [9]. Низкотемпературные добавки обычно используются для снижения температуры спекания керамических систем; таким образом, испарение лития может быть в определенной степени уменьшено, но это серьезно повредит микроволновым диэлектрическим характеристикам, особенно значениям εr и Q×f [14,15]. Однако систематических исследований по отверждению испарения лития в керамике Li2Mg3SnO6 эффективным и надежным методом не проводилось; возможно, по этой причине дальнейшие исследования керамики Li2Mg3SnO6 не проводились из-за сложности ее спекания.

Таким образом, важность подавления вторичной фазы и пор для керамики Li2Mg3SnO6 трудно переоценить. В этой работе химически стабильные порошки ZrO2 использовались в качестве защитного материала для образцов Li2+xMg3SnO6 (x = 0,00–0,12), которые должны были быть захоронены, а порошки Li2CO3 использовались для создания богатой литием атмосферы спекания, что было фирменным знаком. новый метод спекания микроволновой керамики. Хорошо зарекомендовавшая себя техника спекания под порошковым слоем с использованием жертвенного порошка должна была контролировать местную атмосферу. Кроме того, фазовая эволюция, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2+xMg3SnO6 (x = 0,00–0,12) были подробно исследованы методами XRD, SEM, уточнения по Ритвельду и спектров комбинационного рассеяния.
……………
4. Выводы
Для получения керамики Li2+xMg3SnO6 (x = 0,00–0,12) с использованием метода твердофазной реакции был использован новый метод спекания в контролируемой атмосфере, а также влияние дополнительного содержания лития на фазовое развитие, кристаллическую структуру и микроволновые диэлектрические характеристики Li2+xMg3SnO6. систематически изучалась керамика. При температуре прокаливания 700 °С впервые получена фаза Li2SnO3 с моноклинной структурой каменной соли в пространственной группе C2/c. Фаза Li2Mg3SnO6 образуется в результате химических реакций между Li2SnO3 и MgO в интервале температур 800–1000 °С. В образцах, прокаленных при 1000–1100 °С, можно было наблюдать чистую фазу Li2Mg3SnO6 с кубической структурой каменной соли в Fm3m. При температуре прокаливания выше 1100 °С происходит распад фазы Li2Mg3SnO6 на Mg2SnO4, MgO и Li2O. Когда сырые образцы спекали в контролируемой атмосфере, фазовый состав, кристаллическая структура и микроволновые диэлектрические свойства сильно зависели от дополнительного лития в системах LxMS. Взаимосвязь между фазовым составом, кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами была исследована на основе уточнения Ритвельда, теории валентности связи и спектров комбинационного рассеяния. Из-за контролируемой атмосферы и дополнительного содержания лития εr, Q×f и τf были значительно улучшены за счет подавления вторичной фазы и пор для 0,00≤ ≤0,0 x 8. Однако всесторонние микроволновые свойства ухудшались при добавлении избыточного содержания лития. (0,08<≤0,12 x ), которые коррелировали с диэлектрической поляризацией, валентностью связи, полушириной, долей упаковки и октаэдрическим искажением. Как правило, были достигнуты превосходные микроволновые свойства Li2+xMg3SnO6 (x = 0,08), спеченного при 1350 °C в новой контролируемой атмосфере: εr = 12,7, Q×f = 168 330 ГГц и τf = -27,4 ppm/°C.