Новая низкотемпературная обожженная микроволновая диэлектрическая керамика Li3Mg2Nb1-xVxO6 (x=0,02-0,08) была синтезирована путем частичного замещения ионов V5+ на позиции Nb5+. Было подробно исследовано влияние замещения V5+ на структуру и микроволновые диэлектрические свойства. Рентгенограммы и уточнение по методу Ритвельда показали, что все образцы имеют единую орторомбическую структуру. Структурные характеристики, такие как поляризуемость, коэффициент упаковки и искажение октаэдра NbO6, были определены для установления корреляции между структурой и микроволновыми диэлектрическими характеристиками. Значения ɛr показали тенденцию, аналогичную поляризуемости. Высокие значения Q×f в основном связаны с влиянием размеров и плотности зерен, а не с долей упаковки. Изменение значений τf было связано с искажением октаэдра NbO6. Примечательно, что керамика Li3Mg2Nb1-xVxO6 (x=0,02), спеченная при 900 °C, обладала выдающимися диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне: εr=16, Q×f=131 000 ГГц (9,63 ГГц) и τf=-26 ppm/°C, многообещающие кандидаты со сверхнизкими потерями для применения в низкотемпературной керамике с совместным обжигом (LTCC).
Введение
В последние десятилетия микроволновые диэлектрические материалы привлекают все большее внимание из-за их превосходных характеристик в пассивных компонентах, таких как конденсаторы, фильтры и резонаторы [1-3]. Технология низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC) привлекла большое внимание из-за потребности в миниатюризации и интеграции системы [4]. Диэлектрические материалы с низкой температурой спекания (<960 °C) и превосходной химической совместимостью с Ag-электродами необходимы для приложений LTCC [5]. Однако большинство микроволновых диэлектрических керамических материалов необходимо спекать при высокой температуре. Поэтому важно снизить температуру спекания диэлектрических материалов, чтобы удовлетворить требования приложений LTCC. Для снижения температуры спекания керамики в нескольких подходах использовалось добавление стеклянных фритт и легкоплавких оксидов [6-8]. Из-за ухудшенных микроволновых диэлектрических характеристик, вызванных стеклянными фриттами, важно разработать новые системы LTCC с превосходными характеристиками [9-13]. В последнее время керамика Li3Mg2NbO6 с орторомбической структурой привлекает повышенное внимание благодаря хорошим эксплуатационным характеристикам. М. Кастельянос и др. фазу Li3Mg2NbO6 получали нагреванием смесей Li3NbO4 и MgO и выдержкой при 1270 К в течение 4 сут [14]. Биан и др. сообщили, что керамика Li3Mg2NbO6 обладает хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами, а именно εr=16,8, Q×f=79643 ГГц и τf=-27,2 ppm/°C [15]. С тех пор было проведено множество исследований для достижения низкотемпературного спекания и улучшения значений Q×f. Цзо и др. сообщили о низкотемпературном спекании керамики Li3(Mg0,92Zn0,08)2NbO6, легированной Li2O-V2O5 [16]. Чжан и др. также сообщалось, что керамика Li3Mg2NbO6 обладает превосходными диэлектрическими свойствами, а именно εr=14,89, Q×f=86720 ГГц и τf=-15,46 ppm/°C при легировании 1 мас. % стекло Li2O-B2O3-SiO2. Однако все описанные выше материалы спекаются при низкой температуре с добавлением жидкой фазы, что может привести к ухудшению СВЧ-диэлектрических свойств. Поэтому было проведено множество исследований по снижению температуры спекания за счет замещения ионов [17-19]. Например, Ван и др. успешно понизил температуру спекания керамики ZnNb2O6 замещением V5+ [20]. 

Цзо и др. обнаружили, что V 5+ может диффундировать в Li3(Mg0,92Zn0,08)2NbO6 и снижать температуру спекания [21]. Кроме того, катионные радиусы V5+ (0,54 Ǻ) и Nb5+ (0,64 Ǻ) близки, и предсказывается образование растворов в системах Li3Mg2NbO6 при замещении V5+. В данной работе твердые растворы Li3Mg2Nb1-xVxO6 были синтезированы по твердофазному реакционному пути. Систематически изучалось влияние замещения V5+ на морфологию, структурные характеристики и микроволновые диэлектрические свойства. На основании результатов уточнения Ритвельда были определены внутренние характеристики, включая поляризуемость, долю упаковки и искажение октаэдра NbO6. Наконец, была установлена взаимосвязь между структурными характеристиками и повышенными микроволновыми диэлектрическими свойствами.
……………………
Выводы
Керамика Li3Mg2Nb1-xVxO6 (x=0,02-0,08) была синтезирована по твердофазному реакционному пути. Было систематически исследовано влияние замещения V5+ на структуру и микроволновые диэлектрические характеристики. Рентгенограммы и уточнение по методу Ритвельда показали, что все образцы имеют единую орторомбическую структуру во всем диапазоне замещений. Параметры решетки и объем элементарной ячейки уменьшались с увеличением содержания V5+, что подтверждается несколько большими углами 2θ пика (206). Структурные параметры, такие как доля упаковки, поляризуемость и искажение октаэдра NbO6, были рассчитаны на основе уточнения Ритвельда. Значения ɛr показали тенденцию, аналогичную тенденции поляризуемости, а наблюдаемая диэлектрическая поляризуемость была почти идентична теоретической диэлектрической поляризуемости. Высокие значения Q×f в основном связаны с влиянием плотности и размера зерна, а не с долей упаковки. Изменение значений τf было связано с изменением искажения октаэдра NbO6. Примечательно, что керамика Li3Mg2Nb1-xVxO6 (x=0,02), спеченная при 900°C, обладала выдающимися свойствами, а именно εr=16, Q×f=131000 ГГц и τf=-26 ppm/°C, что делало их многообещающими кандидатами для ультра -приложения LTCC с низкими потерями.