Технология сверхнизкотемпературного совместного обжига керамики (ULTCC) требует использования диэлектрической керамики для микроволнового излучения с более низкой собственной температурой спекания, чем температура плавления внутренних электродов. В настоящей работе обнаружено, что новая керамика HBO2 уплотняется при экстремально низкой температуре ниже 200 ◦C, с порами, остаточным H3BO3, аморфным B2O3 внутри, с относительной диэлектрической проницаемостью ∼2,12 ± 0,02, значением Qf 32 700 ± 300 ГГц и значение температурного коэффициента резонансной частоты ∼ − 43 ± 3 ppm/◦C. Этот материал легко получить дегидратацией из H3BO3 спеканием при низкой температуре ниже 200 ◦C. Чрезвычайно низкая температура спекания и растворимость в воде также дают возможность в будущем получить новый многофункциональный неорганический-органический композит.

1. Введение
СВЧ-диэлектрические материалы изучаются уже более полувека и широко используются в СВЧ-приборах в качестве диэлектрических резонаторов (ДР), фильтров, конденсаторов, подложек и т. д. [1–3]. Для традиционных микроволновых диэлектрических материалов существуют три важных основных физических параметра: диэлектрическая относительная диэлектрическая проницаемость (r), добротность Q × значение f (Q × f, где Q = 1/диэлектрические потери и f = резонансная частота) и температурный коэффициент резонансной частоты (TCF или f ≈ − l−0,5, где l — коэффициент линейного теплового расширения, а — температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости) [2–5]. Длина электромагнитной волны и размер устройства обратно пропорциональны относительной диэлектрической проницаемости. Ширина полосы резонансной частоты по уровню –3 дБ обратно пропорциональна значению Q × f образца, что означает, что значение Q × f представляет собой селективность в определенном частотном диапазоне. ВКФ определяет температурную зависимость резонансной частоты. Чтобы удовлетворить требования миниатюризации и интеграции современных микроволновых устройств, необходимых для быстро развивающихся технологий беспроводной и спутниковой связи, технология низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC) сыграла важную роль в процессе изготовления [1–5]. Чтобы снизить температуру спекания (ST) традиционной микроволновой диэлектрической керамики для удовлетворения требований технологии LTCC, добавление оксидов/фторидов с низкой температурой плавления, B2O3, V2O5, Bi2O3, LiF и т. д., или стекол с низкой температурой размягчения, B2O3-ZnO, B2O3-ZnO-SiO2 и др., становится наиболее популярным методом [6–9]. Обычно в традиционной технологии многослойного совместного обжига керамики (MLCC) используется высокотемпературная обжиговая керамика и благородные металлы (Pt, Pd, Pd-Ag) в качестве внутренних электродов. Технология LTCC позволяет использовать неблагородные металлы, такие как Ag, Ni, Cu и т. д., в многослойных устройствах совместного обжига с электрокерамикой низкого обжига. В последнее время, благодаря исследованиям микроволновой диэлектрической керамики с низкой собственной температурой спекания, большое внимание привлекла технология так называемой ультранизкотемпературной технологии совместного обжига керамики (ULTCC). Двумя классическими примерами являются керамика BaTe4O9 (r = 17,5, Qf = 54 700 ГГц и температура спекания S.T. = 550 ◦C) и Bi2Mo2O9 (r = 38, Qf = 12 500 ГГц и S.T. = 620 ◦C) [10, 11]. Оба они химически совместимы с алюминием, а это означает, что алюминий можно использовать в качестве внутреннего электрода, и он намного дешевле, чем обычно используемое серебро. Как подытожено в нашей предыдущей работе [12], могут быть новые ULTCC с составляющими легкоплавкими оксидами, такими как TeO2 (733 ◦C), MoO3 (795 ◦C), Bi2O3 (817 ◦C), PbO ( 886 ◦C), B2O3 (450 ◦C) или H3BO3 (171 ◦C), P2O5 (340 ◦C),V2O5 (690 ◦C), Li2CO3 (723 ◦C) и др. В наших предыдущих работах [4,11–16], в бинарной системе Bi2O3-MoO3, тройной системе Li2O-Bi2O3-MoO3 и Li2O-Bi2O3-четырехкомпонентные системы MoO3-V2O5, Na2O-Bi2O3-MoO3-V2O5, Fe2O3-Bi2O3-MoO3-V2O5 и т. д. В нашей недавней работе [17] сообщалось, что новая шпинель со структурой NaAgMoO4 хорошо уплотняется при ∼7,9, значение Qf 33000 ГГц и TCF 120 ppm/◦C. Он обладает самой низкой температурой спекания среди всех описанных микроволновых диэлектрических материалов, полученных с использованием традиционного метода твердофазной реакции. Изучение технологии ULTCC требует, чтобы микроволновая диэлектрическая керамика была такой же «холодной», как органические материалы. Применение алюминиевых и серебряных чернильных электродов, химически совместимых с ULTCC, позволяет изготавливать новые гибкие и многофункциональные структуры для электрических устройств. Здесь можно предположить, что будет исследовано больше СВЧ-диэлектрических материалов со сверхнизкой температурой обработки не только в легкоплавких оксидах, но и в сульфидных, йодидных и даже координационных комплексах. Недавно был предложен так называемый метод холодного спекания, и многие водорастворимые микроволновые диэлектрические керамики могут быть получены с использованием этого метода для достижения высокой относительной плотности путем перекристаллизации в пересыщенных растворах [18-24]. В настоящей работе мы сообщаем об обработке, характеристиках спекания и микроволновых диэлектрических свойствах новой керамики HBO2, спеченной при температуре ниже 200 ◦C.
……………
5. Заключение
В заключение, было обнаружено, что новая керамика HBO2 хорошо уплотнена при температуре ниже 190 ◦C и обладает высокими диэлектрическими характеристиками в микроволновом диапазоне с относительной диэлектрической проницаемостью 2,12 ± 0,02, значением Qf ∼32 700 ± 300 ГГц и значением TCF ∼ -43 ± 3 ppm/◦С. По сравнению с традиционными LTCC, его температура спекания намного ниже, что позволяет в будущем создавать некоторые новые неорганические-органические композиционные функциональные материалы. Кроме того, из-за растворимости в воде суспензия и лента HBO2 в будущем могут быть переработаны дешевым методом водного раствора.