Твердофазным методом синтезирована новая микроволновая диэлектрическая керамика LiNb0,6Ti0,5O3 (LNT) с замещениями Ca LiNb0,6Ti(0,5-x)Ca1,231xO3. Установлено, что при замещении Ca температурный коэффициент резонансной частоты τƒ может быть доведен до нуля за счет появления второй фазы Ca5Nb4Ti3O21. τƒ фазы Ca5Nb4Ti3O21 составляет -144,3 ppm/℃ в результате моделирования и численного расчета. Кроме того, керамика LiNb0,6Ti(0,5-x)Ca1,231xO3 имеет более высокую диэлектрическую проницаемость εr и более плотную микроструктуру. Керамика LiNb0,6Ti(0,5-x)Ca1,231xO3 с x = 0,03, спеченная при 1100 ℃ в течение 2 ч, демонстрирует отличные микроволновые диэлектрические свойства: εr = 76,89, Q × ƒ = 4064 ГГц, τƒ = 0,25 ppm/℃.
Введение
В связи с быстрым развитием мобильных телефонных систем, сотовых сетей 4G и беспроводных локальных сетей СВЧ-диэлектрическая керамика привлекает повышенное внимание в исследовательском сообществе. Для СВЧ-диэлектрической керамики требуется соответствующая диэлектрическая проницаемость εr, низкие диэлектрические потери (высокое значение Q × ƒ) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты τƒ, чтобы адаптировать развитие электронной промышленности [1-3] . Исследования диэлектрической керамики системы Li2O–Nb2O5–TiO2 (LNT) вызывают большой интерес благодаря их превосходным микроволновым диэлектрическим свойствам.
Так называемый твердый раствор «М-фазы» (Li1+x-yNb1-x-3yTix+4-yO3) (0,05≤x≤0,3,0≤y≤0,182), описанный Villafuerte-Castrejon et al. во-первых, с отличными диэлектрическими свойствами [4] (εr = 55-80, перестраиваемое τƒ и значение Q × ƒ до 9000 (6 ГГц)). Известно, что керамика LiNb0,6Ti0,5O3 (LNT) как одно из соединений М-фазы обладает хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами [5]. Чтобы улучшить свойства керамики, Kang et al. получили диэлектрические свойства εr = 64,5, Q × ƒ = 5,933 ГГц и τƒ = 9,4 ppm/℃ при добавлении 0,5 мас.% 0,17Li2O–0,83V2O5 [5]. Недавно Цзэн и соавт. получили диэлектрические свойства εr = 70, Q × ƒ = 5400 ГГц и τƒ = -6,39 ppm/℃ при добавлении 1 мас.% B2O3 [6]. Хотя сообщается, что LiNb0,6Ti0,5O3 имеет перестраиваемый τƒ [7], τƒ все еще трудно отрегулировать до нуля. В нашей предыдущей работе мы обнаружили, что τƒ LiNb0,6Ti0,5O3 составляет 30,6 ppm/℃. В этой работе мы обнаружили, что замены Ca могут регулировать τƒ LNT почти линейно от положительного значения (30,6 частей на миллион / ℃) до отрицательного значения (-78 частей на миллион / ℃). Подробно исследовано влияние замещения Ca на развитие фазовой структуры, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики LiNb0,6Ti(0,5-x)Ca1,231xO3 (x = 0,01-0,1), особенно причина корректировки τƒ подробно обсуждается.
…………………
Заключение Детально исследована новая керамика LiNb0,6Ti0,5O3 (LNT) с замещениями Ca, состоящая из М-фазы (Li1,075Nb0,625Ti0,450O3) и фазы Ca5Nb4Ti3O21. Для керамики LiNb0,6Ti0,5O3 небольшое количество замещения Ca может существенно повлиять на ее микроволновые диэлектрические свойства. В частности, значения температурного коэффициента резонансной частоты τƒ керамики могут быть эффективно снижены с положительного (30,6 ppm/℃) до отрицательного (-78,26 ppm/℃). Для керамики LiNb0,6Ti(0,5-x)Ca1,231xO3, легированной кальцием x = 0,03, спеченной при 1100 ℃ в течение 2 часов, превосходные микроволновые диэлектрические свойства εr = 76,89, Q × ƒ = 4064 ГГц, τƒ = 0,25 ppm/℃ можно было получить.