В этой статье керамические системы Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO (LSMxO) были приготовлены твердофазной реакцией с использованием нового спекания в контролируемой атмосфере (x = от 0 до 4/7). При x=0 наблюдали чистый Li2SnO3, при x=1/7 сосуществовали Li2Mg3SnO6 и Li2SnO3, при x=1/5 и 1/4 наблюдали сосуществование трех видов фаз, включая примесную фазу Li4MgSn2O7. Чистая Li2Mg3SnO6-подобная фаза с кубической структурой каменной соли в пространственной группе Fm-3m была получена в диапазоне 1/3~4/7. Все образцы имели хорошо плотную и гладкую микроструктуру. Микроволновые диэлектрические свойства сильно зависят от фазового состава, валентности связи, полуширины спектра комбинационного рассеяния, сдвига комбинационного рассеяния, среднего размера зерна и октаэдрического искажения. Керамика LSMxO, спеченная при 1250 °C в течение 5 часов, обладала превосходными комплексными свойствами: εr = 15,43, Q×f = 80,902 ГГц и τf = +5,61 ppm/°C для x = 1/7. Как правило, керамика LSMxO, спеченная при 1350 °C в течение 5 часов, показала максимальную Q×f 168 330 ГГц для x = ½
1. Введение
Микроволновая диэлектрическая керамика играет первостепенную роль в качестве ключевых компонентов микроволновых устройств, начиная от любых ручных терминалов и заканчивая базовыми станциями, благодаря быстрому развитию индустрии беспроводной связи 1. Чтобы удовлетворить специфический запрос связи и приложений пятого поколения (5G), эти керамические системы должны обладать регулируемой диэлектрической проницаемостью (εr), высоким коэффициентом добротности (Q×f) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты ( тф) 2-4 . Были предприняты большие усилия для исследования новых керамических систем и изучения корреляции между структурой и микроволновыми диэлектрическими характеристиками. За последние полвека система Li2BO3-MgO (B=Ti, Sn), относящаяся к большому семейству структурных фаз каменной соли, привлекла некоторое внимание из-за явления фазового перехода порядок-беспорядок. В этом случае
В системе Li2TiO3-MgO механизм замещения между Li/Ti и Mg был подтвержден многочисленными литературными данными 5-13, что может быть выражено как 2Li2+ + Ti4+3Mg2+. Замена Mg на Li/Ti приводит к трансформации упорядоченной сверхструктуры фазы Li2TiO3 из моноклинной в пространственной группе C2/c в неупорядоченную кубическую структуру в пространственной группе Fm-3m.

По формуле Li2/3(1-x)Ti1/3(1- х)MgxO (0≤x≤1/2). В последнее время проводится много исследований структуры и микроволновых диэлектрических характеристик систем Li2/3(1-x)Ti1/3(1-x)MgxO, особенно Li2Mg3TiO6 со сверхнизкими потерями (εr =15,2, Q×f =152000). ГГц, а τf= -39 ppm/°C). Керамика Li2Mg3TiO6 со структурой каменной соли широко изучалась из-за ее превосходных характеристик на микроволновых частотах 9, 10 . Однако, что касается систем Li2SnO3-MgO, то имеются лишь отдельные сообщения об их фазовой структуре и микроволновых диэлектрических характеристиках 14-16. Например, Кастелланос и др. показали, что соединение Li2SnO3-MgO может образовывать твердый раствор, а Li4MgSn2O7 (L4MS2) может существовать в виде равновесной фазы 14 . Фу и др. сообщили о превосходных микроволновых диэлектрических свойствах фазы Li2Mg3SnO6 10 и заявили, что керамика Li2SnO3, совместно легированная MgO-LiF, может в конечном итоге сформировать фазу Li2Mg3SnO6 15 . Более того, в соответствии с теорией твердых растворов17 размеры катионов Li2SnO3 и MgO очень близки; ионные радиусы катионов R(Mg2+)=0,72 Å и R[среднее (Li, Sn)]=0,737 Å 18. Разность (ΔR) между R(Mg2+) и R[среднее (Li, Sn)]= 0,737 Å было рассчитано как 2,3%, что намного меньше 15%.

Таким образом, MgO и Li2SnO3 способны образовывать твердые растворы. Как и в случае с системой Li2TiO3-MgO, вероятно, в интервале 0~4/7 будут существовать твердые растворы Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO, а фаза Li2Mg3SnO6 должна принадлежать системы Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO. На основании предыдущего обсуждения мы пришли к выводу, что формула Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO также может быть записана как Li2Mg3+ySnO3+y (y=0~4), где х равно у/(3+у). Соответствующие соотношения между Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO и Li2Mg3+ySnO3+y резюмируются следующим образом: Li2/3Sn1/3O (Li2SnO3(LS)), Li4/7Sn2/7Mg1/ 7O (Li2Mg0,5SnO3,5), Li8/15Sn4/15Mg1/5O (Li2Mg0,75SnO3,75), Li1/2Sn1/4Mg1/4O (Li2MgSnO4), Li4/9Sn2/9Mg1/3O (Li2Mg1,5SnO4,5), Li2/5Sn1/5Mg2/5O (Li2Mg2SnO5), Li4/11Sn2/11Mg5/11O (Li2Mg2,5SnO5,5), Li1/3Sn1/6Mg1/2O (Li2Mg3SnO6(L2M3S)) и Li2/7Sn1/7Mg4/7O (Li2Mg4SnO7), соответственно. В нашей текущей работе все образцы содержали определенное количество литиевых элементов. Обычно содержание лития серьезно испаряется в литийсодержащих материалах, когда образцы спекаются в условиях высокой температуры (см. прилагаемые дополнительные рис. 1 и рис. 2) 7, 10, 11, 19. Li-элемента серьезно ухудшит СВЧ-диэлектрические свойства, что также неблагоприятно для практического использования LSMxO в СВЧ-схемах. Таким образом, мы приняли химически стабильные порошки ZrO2 в качестве защитного материала для гранул Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO (0~4/7), которые должны быть захоронены, а порошки Li2CO3 были использованы для обеспечить обогащенную литием атмосферу для спекания, которая была совершенно новым методом спекания для микроволновой керамики. Кроме того, в этом исследовании фазовые структуры, кристаллические структуры, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO (0~4/7) были исследованы с помощью XRD, Метод уточнения Ритвельда, теория комбинационного рассеяния, SEM, EDX и теория валентности связи с использованием нового спекания в контролируемой атмосфере.
………………
4. Выводы
В этой статье керамические системы Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO были приготовлены методом твердофазной реакции с использованием нового спекания в контролируемой атмосфере (x=0–4/7). Корреляции между фазовым составом, кристаллическими структурами и микроволновыми диэлектрическими свойствами систем LSMxO были систематически проанализированы и основаны на всестороннем использовании XRD, метода уточнения Ритвельда, теории комбинационного рассеяния, SEM, EDX и теории валентности связи. По результатам РФА, спектра КР, уточнения по Ритвельду, СЭМ и EDX-анализа при x=0 наблюдалась чистая фаза Li2SnO3 с преимущественной ориентацией роста зерен. Небольшой многоугольник Li2Mg3SnO6 и брусок Li2SnO3 в образцах сосуществовали при x=1/7. Было обнаружено сосуществование трех видов зерен для x=1/5 и 1/4, в которых крупные аномальные зерна были подтверждены как фаза Li4MgSn2O7. В интервале 1/3~4/7 для этих образцов была получена чистая Li2Mg3SnO6-подобная фаза с кубической структурой каменной соли в пространственной группе Fm-3m. Все образцы демонстрировали хорошие зерна и четкие границы, и было важно обнаружить, что образцы имели хорошо плотную и гладкую микроструктуру. Микроволновый диэлектрик свойства систем LSMxO сильно зависели от фазового состава, диэлектрической поляризации, валентности связи, полуширины рамановского спектра, рамановского сдвига, доли упаковки, средних размеров зерен и октаэдрической искажение. Значения εr от 9,98 до 16,9, значения Q×f от 56 747 до 168 330 ГГц и τf от -37,3 до +24,8 частей на миллион/°C наблюдались во всем диапазоне замещения. Важно отметить, что керамика LSMxO, спеченная в контролируемой атмосфере при 1250 °C в течение 5 часов, обладала превосходными комплексными свойствами: εr = 15,43, Q×f = 80,902 ГГц и τf = +5,61 ppm/°C для x = 1/7. Как правило, керамика LSMxO, спеченная в контролируемой атмосфере при 1350 °C в течение 5 часов, показала максимальное значение Q×f 168 330 ГГц, сопровождаемое εr 12,7 и τf -27,4 ppm/°C для x = 1/2.