Ряд композиционных керамических материалов 2,5ZnO–(5–x)TiO2–xZrO2–2,5Nb2O5 (сокращенно ZTZN, 0,2≤x≤0,4) был приготовлен твердофазным реакционным методом. Исследован фазовый состав и микроволновые диэлектрические свойства керамики. Рентгенограммы показали сосуществование фаз ZnTiNb2O8 и Zn0,17Nb0,33Ti0,5O2. С повышением температуры спекания объемная плотность (ρ), диэлектрическая проницаемость (εr) и температурный коэффициент частоты резонатора (τf) увеличивались. С увеличением содержания ZrO2 сначала увеличивалось, а затем уменьшалось значение ρ, увеличивалось значение Q×f, уменьшались значения εr и τf. Важно отметить, что значение τf керамики ZTZN (0,2≤x≤0,4) может быть доведено почти до нуля. Керамика 2,5ZnO–4,7TiO2–0,3ZrO2–2,5Nb2O5, спеченная при 1075 °C, продемонстрировала наилучшие комплексные характеристики Q×f=30,155 ГГц, εr=44 и τf=0,89 ppm/°C, что указывает на то, что они являются кандидатами для микроволнового излучения. устройства.
Введение
В последнее время в связи с бурным развитием современных систем беспроводной связи значительно возросли требования к высокоэффективным СВЧ-диэлектрическим материалам [1–3]. Для выполнения этих требований в основном следует учитывать некоторые критические характеристики, в том числе более низкую температуру спекания [4], умеренную диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Q×f) и близкий к нулю температурный коэффициент частоты резонатора (τf ). Кроме того, высокая относительная диэлектрическая проницаемость (ɛr) обеспечивает миниатюризацию компонентов, поскольку размер резонатора обратно пропорционален √휀r. Низкие диэлектрические потери (tan δ) или, что более удобно, высокое значение добротности (1/tan δ) максимизируют селективность сигнала [5]. Высокая температурная стабильность требует, чтобы τf было менее 5 ppm/°C и в идеале было близко к нулю [6]. Многие керамики, такие как Mg/CoCu2Nb2O8 [7], ZnMnW2O8 [8], Zn(Li2/3Ti4/3) O4 [9] и Li2WO4 [10], показали превосходные микроволновые диэлектрические свойства, но большие положительные или отрицательные значения τf ограничивали их использование. дальнейшего промышленного применения. Как правило, для регулировки значений τf микроволновых диэлектрических материалов используются два метода. Один из них – смешение составных материалов с противоположными значениями τf [3, 11], таких как (1–x)ZnAl2O4–xTiO2, (1–x)ZnAl2O4–xCaTiO3 [12]. Другой образует твердые растворы, такие как (Li0,5Bi0,5)xBi1-xMoxV1-xO4 [13], Ba3,75Nd9,5Ti18-z(Mg1/3Nb2/3)zO54 [14]. Примечательно, что первый метод был ограничен, поскольку диэлектрические свойства микроволнового излучения серьезно ухудшались. Ким и др. [15] сообщили, что керамика 2,5ZnO–2,5Nb2O5–5TiO2 (ZNT), спеченная при 1100 °C, показала превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с εr=58, Q×f=16 300 ГГц и τf=-10 ppm/°C. Кроме того, Ким и соавт. [16] сообщили, что добавление ZrO2 может быть использовано для корректировки значений τf керамики от положительного значения до близкого к нулю, такого как Zr1-x(Zn1/3Nb2/3)xTiO4. Сонг и др. [17] сообщили, что Ti4+ может быть замещен Zr4+, поскольку Ti4+ и Zr4+ имеют одинаковый ионный радиус [18]. В настоящей работе ZrO2 использовался для корректировки значений τf путем замены Ti4+ на Zr4+. Кроме того, исследованы фазовый состав, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики 2,5ZnO–(5–x)TiO2–xZrO2–2,5Nb2O5.
…………………
Вывод
С увеличением содержания ZrO2 фазовая структура керамики частично трансформируется из фазы Zn0,17Nb0,33Ti0,5O2 в фазу ZnTiNb2O8, что приводит к изменению СВЧ-диэлектрических свойств. Кроме того, температура спекания также влияет на микроволновые диэлектрические свойства за счет изменения фазового состава. Как правило, τf для всех составов керамики ZTZN можно было довести до нуля, регулируя температуру спекания. Важно отметить, что керамика 2,5ZnO–4,7TiO2–0,3ZrO2–2,5Nb2O5 (x=0,3), спеченная при 1075 °C, продемонстрировала наилучшие комплексные характеристики Q×f=30,155 ГГц, εr=44 и τf=0,89 ppm/°C. что указывает на то, что керамическая система является потенциальным микроволновым диэлектрическим материалом для коммерческого применения.