Керамика Y3MgAl3SiO12 с чистой фазой была впервые успешно синтезирована методом реакции твердофазного спекания. Их микроволновые диэлектрические свойства были исследованы в зависимости от температуры спекания. Их характеристики микроструктуры и места ионного заполнения тетраэдрических и октаэдрических единиц были охарактеризованы и проанализированы с помощью СЭМ и энергодисперсионного спектрометра (ЭДС) и уточнения Ритвельда данных порошковой рентгеновской дифракции. Кристаллическая структура Y3MgAl3SiO12 изоструктурна Y3Al5O12 с кубической структурой граната и пространственной группой Ia-3d, которая содержит додекаэдры YO8, октаэдры (Mg/Aloct)O6 и тетраэдры (Si/Altet)O4. Значения Qf и er различных образцов сильно зависят от распределения размеров зерен, размеров зерен и пористости. Образцы, спеченные при 1550°C, демонстрируют оптимизированные микроволновые диэлектрические свойства с относительной диэлектрической проницаемостью (ɛr) 10,1, значениями Qf 57 340 ГГц (на частоте 9,5 ГГц) и значениями sf 32 ppm/°C. Такие свойства указывают на потенциальное применение Y3MgAl3SiO12 в качестве подложек СВЧ.
1 ВВЕДЕНИЕ
В связи с быстрым развитием информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), включая гаджеты Wi-Fi, мобильные устройства, системы спутниковой связи и радарные технологии, значительные исследования были сосредоточены на микроволновой диэлектрической керамике.1,2 До настоящего времени многие материалы с высоким качеством коэффициент (значения Qf) для снижения потерь энергии, низкая диэлектрическая проницаемость (er) для уменьшения времени задержки передачи электронного сигнала и идеальный околонулевой температурный коэффициент резонансной частоты (sf) для стабильности рабочей частоты были зарегистрированы и используются в качестве резонаторов, фильтры, диэлектрические антенны, диэлектрические волноводные цепи и другие микроволновые компоненты.3 Однако потребность в исследованиях и разработках новых диэлектрических материалов с превосходными характеристиками не поспевает за шагами развития ИКТ.4 Для решения этих проблем используются различные виды из силикатных керамических материалов, таких как форстерит Mg2SiO4, 5 виллемит Zn2SiO4, 6 Al2SiO5, 7 кордиерит Mg2Al4Si5O18, 8 Sr2Al2SiO7, 9 и др., ч В последние годы были созданы устройства для работы в микроволновых и миллиметровых волнах. Из-за сильных эффектов ковалентной связи в силикатных основных единицах тетраэдров [SiO4], силикаты обычно имеют низкие диэлектрические постоянные.10 Однако, к сожалению, их диэлектрические потери (tand) или температурная стабильность недостаточно хороши, чтобы действовать как желательные диэлектрики. Хотя для Mg2SiO4, Zn2SiO4 и Mg2Al4Si5O18, 5,6,8 сообщалось о высоких значениях Qf более 200 000 ГГц, очень трудно настроить отрицательные температурные коэффициенты резонансной частоты этих материалов на нуль путем модификации твердого раствора или добавления универсального материалов с положительным температурным коэффициентом. В последнее время продолжались исследования некоторых новых силикатных керамических материалов с лучшими микроволновыми свойствами и микроструктурой. Например, о микроволновых диэлектрических свойствах Ba2ZnSi2O7 сообщили Lei et al. с сегнетоэлектрическими характеристиками при температуре выше 500°C. частей на миллион/°C.7  Что касается этих начальных достижений в области силикатных диэлектриков, все еще остаются широкие возможности для разработки новых соединений и изучения их микроволновых диэлектрических характеристик. Редкоземельные алюминиевые гранаты, такие как Y3Al5O12, имеют кубическую структуру граната с общей формулой X3Y2Z3O12, в которой атомы X, Y и Z занимают узлы решетки 24c, 16a и 24d соответственно.12 Ранее теоретические исследования обычно были сосредоточены на физических свойства и световые характеристики кристаллов и порошков граната, легированных и нелегированных редкоземельными элементами. Папагелис и др. сообщили о динамических свойствах решетки редкоземельных алюминиевых гранатов.13 Зоренко и др. изучили фотолюминесцентные свойства люминофоров с новой структурой граната.14 В этой статье мы сначала сообщаем о новых микроволновых диэлектрических свойствах керамики Y3MgAl3SiO12, которая принадлежит к разновидность семейства алюминиевых гранатов. Параметры кристаллической структуры керамического порошка уточняли методом рентгеновской дифракции (XRD) Ритвельда. Кристаллическую структуру Y3MgAl3SiO12 можно рассматривать как ионные пары Mg2+–Si4+, замещающие ионные пары Al3+–Al3+, которые также можно рассматривать как химические единицы [MgO6]/[SiO4], замещающие [AlO6]/[AlO4] многогранный. В статье обсуждаются возможные места заполнения ионами Mg/Si, зависимость размеров зерен, распределения размеров зерен и пористости от микроволновых диэлектрических свойств.
……………………
4 ВЫВОДЫ
Керамика Y3MgAl3SiO12 со структурой граната была приготовлена традиционным методом реакции твердофазного спекания. Ритвельдское уточнение рентгеновской дифракции порошка показало, что Y3MgAl3-SiO12 изоструктурен Y3Al5O12 с кубической кристаллической системой, принадлежащей к пространственной группе Ia-3d. Конкретные кристаллографические данные о местах заполнения атомов показывают, что ионы Mg занимают Aloct, а ионы Si занимают Altet. Распределение размеров зерен и размеры зерен имеют решающее влияние на значения Qf. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства получены для керамики Y3MgAl3-SiO12, спеченной при 1550°C в течение 4 часов с er:10,1, Qf: 57340 ГГц) и sf: 32 ppm/°C. В будущем может быть потенциальное применение в качестве пассивных устройств, таких как диэлектрические подложки, в микроволновой связи.