Методом твердофазной реакции были получены две Ag-содержащие СВЧ диэлектрические керамики AgCa2B2V3O12 (B = Mg, Zn) со структурой граната. Плотная керамика была получена при низких температурах спекания, 665 °С для AgCa2Zn2V3O12 и 730 °С для AgCa2Mg2V3O12. Их микроволновые диэлектрические свойства были впервые охарактеризованы и проанализированы с помощью коэффициента упаковки, валентности связей, октаэдрических искажений, спектров комбинационного рассеяния и инфракрасных спектров отражения. Оба соединения показали высокую химическую совместимость с Ag-электродами. Кроме того, термостойкая керамика с близкими к нулю температурными коэффициентами резонансной частоты (τf) была получена за счет формирования керамических композитов с CaTiO3.
1. Введение
Недавно микроволновые диэлектрические свойства ванадатов граната A3B2V3O12 привлекли большое внимание благодаря их превосходным диэлектрическим характеристикам и потенциальным применениям в технологии низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC). Некоторые ванадаты граната имеют низкие температуры спекания (1300 oC) [9], разумно предположить, что низкая температура спекания ванадатов граната связана с низкой температурой плавления (~ 690 oC) оксида ванадия. Таким образом, представляет большой интерес поиск новых низкотемпературных СВЧ-диэлектрических материалов на основе ванадатов граната. К счастью, структурная сложность граната предоставляет большие возможности для дизайна композиции с широким диапазоном катионов, доступных для позиций A/B (A представляет собой 8-координационное положение, а B представляет собой октаэдрическое положение) [10-12]. Однако на сегодняшний день поиск низкотемпературных СВЧ-диэлектрических материалов в ванадатах граната не имеет конкретных рекомендаций по проектированию и почти основан на методе проб и ошибок. . Основываясь на заселенности катионами гранатов, приведенной в дополнительной таблице S1, можно сделать вывод, что структурная стабильность граната сильно зависит от эффективного ионного радиуса катионов A-(rA) и B-позиций (rB). Делается простой вывод, что структура граната может стабилизироваться при 0,92 <rA< 1,51 и 0,72 <rB< 0,76 [13]. Принимая во внимание ионный радиус Ag+ (1,28 Å) и Ca2+ (1,12 Å) в позиции A, а Mg2+ (0,72 Å) и Zn2+ (0,74 Å) в позиции B, два соединения граната AgCa2B2V3O12 (B = Mg, Zn) были предложенный. Кроме того, недавно сообщалось о некоторых керамиках с высоким содержанием AgO, обладающих благоприятными микроволновыми диэлектрическими свойствами и низкой температурой спекания. (Na1.2Ag0.8)MO4, спеченный при 410 oC, с εr = 8,1, Q×f = 44 800 ГГц и τf= -82 ppm/oC, (AgBi)0,5WO4, спеченный при 580 oC, с εr = 35,9, Q×f = 13000 ГГц и τf= -69 ppm/oC [14,15]. Поэтому ожидается, что предлагаемая керамика AgCa2B2V3O12 (B = Mg, Zn) может иметь низкие температуры спекания и хорошие диэлектрические свойства. В данной работе керамика AgCa2B2V3O12 (B = Mg, Zn) была получена твердофазными реакционными методами. Впервые были охарактеризованы микроволновые диэлектрические свойства, а структура и свойства исследованы с помощью коэффициента упаковки, валентности связи, октаэдрического искажения, спектров комбинационного рассеяния и спектров инфракрасного отражения. Кроме того, изучалась корректировка температурных коэффициентов резонансной частоты (τf) керамики AgCa2B2V3O12 (B = Mg, Zn) при добавлении CaTiO3 [16].
……………………………
4. Выводы
В данной работе керамика AgCa2B2V3O12 (B = Mg, Zn) с зернистой структурой была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции. Были исследованы фазовая чистота, кристаллическая структура, доля упаковки, валентность связи, октаэдрические искажения и микроволновые диэлектрические свойства. Спектры комбинационного рассеяния света и инфракрасного излучения были первоначально выполнены на керамике AgCa2B2V3O12 (B = Mg, Zn). Отличные микроволновые диэлектрические свойства были получены в керамике AgCa2Mg2V3O12, спеченной при 730 °C в течение 4 часов, с диэлектрической проницаемостью 10,28  0,1, значениями Q×f 43 000  2000 ГГц и стабильными значениями τf около -69  2,0 ppm/°C. Керамика AgCa2Mg2V3O12 спеченная при 665 °C в течение 4 ч также продемонстрировал отличные микроволновые диэлектрические свойства с εr ~ 11,15  0,1, Q×f ~ 26930  1500 ГГц и τf ~ -95  2,5 ppm/°C. По данным XRD, SEM и EDS, керамика AgCa2X2V3O12 показала хорошую химическую совместимость с Ag-электродом, что делает ее многообещающим кандидатом для применения в LTCC. Кроме того, температурная стабильность AgCa2B2V3O12 была отрегулирована путем формирования композитной керамики с CaTiO3. В керамиках 0,91AgCa2Mg2V3O12-0,09CaTiO3 и 0,88AgCa2Zn2V3O12-0,12CaTiO3 достигнуты близкие к нулю температурные коэффициенты резонансной частоты (τf) ~ -2  0,2 и +1  0,2 ppm/°C.