Керамика MgTiTa2O8 была изготовлена традиционным твердотельным методом, и впервые сообщалось об их микроволновых диэлектрических свойствах. Керамика MgTiTa2O8 хорошо спекалась в диапазоне температур (1150–1300 °С), достигая оптимальной плотности (~ 95 %) при 1225 °С. Рентгеновская дифракция и результаты ее уточнения по Ритвельду подтвердили, что керамика MgTiTa2O8 кристаллизовалась в структуру типа трирутила с пространственной группой P42/mnm (136). Керамика MgTiTa2O8, спеченная при 1225 °C, продемонстрировала оптимизированные диэлектрические свойства с относительной диэлектрической проницаемостью 41,6, значением Q×f 30 000 ГГц (резонансная частота = 7,6 ГГц) и значением τf +103,9 миллионных долей/°C.
Введение
Чтобы удовлетворить растущую потребность в миниатюризации микроволновых устройств и их приложений в системах связи 5G, крайне желательно разработать высокоэффективные микроволновые диэлектрические материалы с диэлектрической проницаемостью от средней до высокой (εr), высокой добротностью (Q ×f) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) [1]. Что касается СВЧ-диэлектрических материалов со средней диэлектрической проницаемостью, многочисленные ранние исследования были сосредоточены на системах BaTi4O9 [2], Ba2Ti9O20 [3] и (Zr, Sn)TiO4 [4], которые достигли близкого к нулю температурного коэффициента резонансной частоты и высокой диэлектрическая проницаемость (εr ≈ 40). Тем не менее относительно более низкие значения Q×f ( 30) и малые диэлектрические потери. Сообщается, что это семейство обладает двумя различными кристаллическими структурами: орторомбической структурой иксолита для A = Mg2+ и Zn2+ [6-9] и тетрагональной структурой рутила для A = Cu2+, Co2+ и Ni2+ [8, 10-14]. Преобразование фазовых структур, вызванное ионным замещением A-сайта, оказало значительное влияние на их микроволновые диэлектрические свойства. Керамика со структурой иксолита [6-9] показала диэлектрическую проницаемость 33,8 ~ 44,4 и отрицательные значения τf -19,2 ~ -75,8 ppm/°C, тогда как керамика со структурой рутила [8, 10-14] показала более высокую диэлектрическую проницаемость 56,8. ~ 71,2 и положительные значения τf +49,2 ~ +223,2 ppm/°C. Увеличение диэлектрической проницаемости обусловлено высоким структурным коэффициентом С21 структуры рутила [15], а изменение значений τf может быть объяснено искажением (АО) кислородного октаэдра, возникающим при фазовом переходе согласно предыдущим исследованиям с участием систем BiNbO4 [16] , (Zn1/3Nb2/3)0,4(Ti1-xSnx)0,6O2 (0,15 ≤ x ≤ 0,3) [17] и (Zn1/3B2/3 5+)xTi1-xO2 (B = Nb5+, Ta5+) ( 0,4 ≤ x ≤ 0,7) [18]. 
Для значений Q×f изменение было незначительным, все варьировалось от 10 000 до 70 000 для большинства из этих двух видов керамики. В частном случае среди этого семейства керамика ZnTiNb2O8 показала выдающиеся микроволновые диэлектрические свойства (εr = 37,4, Q×f = 194 000 ГГц и τf = -58 ppm/°C) [8], однако, насколько нам известно, никто впоследствии не повторил подобных результатов. Кроме того, J. H. Park et al. В работе [19] была приготовлена керамика ZnTiTa2O8 со структурой типа трирутила и исследованы их диэлектрические свойства: εr ~ 46,2, Q×f ~ 36700 ГГц и τf ~ +74 ppm/°C. Можно задаться вопросом, будет ли семейство ATiTa2O8 (A = Mg2+, Cu2+, Co2+, Ni2+) следовать тому же явлению, что и семейство ATiNb2O8, которое заслуживает дальнейшего изучения. Подобно ZnTiTa2O8，керамика MgTiTa2O8 также имеет структуру трирутильного типа с упорядоченным расположением катионов металлов Mg2+/Ti4+/Ta5+, о чем сообщил Нобухиро Кумада [20], однако, насколько нам известно, о ее микроволновых диэлектрических свойствах еще не сообщалось. . В данной работе были приготовлены керамики MgTiTa2O8 и исследованы их спекаемость, фазовый состав, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства.
…………
Выводы
В этой работе новая микроволновая диэлектрическая керамика MgTiTa2O8 была приготовлена компанией Materials S.T. (°C) r ε ƒ τ (ppm/°C) Q׃ (ГГц) Кристаллическая структура Ref ZnTiNb2O8 1100 37,4 -58 194000 иксиолит [8] ZnTiNb2O8 1100 34,3 -52 42500 иксиолит [29] ZnTiNb2O8 1100 34,4 -47,94 [9] mgtinb2o8 1300 44.36 -41.7 130000 44.36 -41.7 13600 IXiolite [6] CutinB2O8 960 71.2 +49.2 11000 RUTILE [11] COTINB2O8 1080 64.7 +202 12141 RUTILE [12] COTINB2O8 1200 64 +223.2 65300 RUTILE [8] NitinB2O8 1140 60,6 +76,6 70100 RUTILE [14] NiTiNb2O8 1160 56,8 +79,1 21100 рутил [13] ZnTiTa2O8 1250 46,2 +74 36700 трирутил [19] MgTiTa2O8 1225 41,6 +103,9 30000 трирутил Эта работа 8 твердофазный метод реакции. Исследована кристаллическая структура, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики MgTiTa2O8. Керамика MgTiTa2O8 показала структуру трирутильного типа при температурах спекания (1150-1300 °C), в которой катионы были упорядочены как (Mg0,39Ti0,39Ta0,22) и (Mg0,18Ti0,18Ta0,64) при двух кристаллографических сайты 2а и 4f. При 1225 °C керамика обладала наибольшей плотностью и демонстрировала превосходные микроволновые диэлектрические свойства со значением εr 41,6, значением Q׃ 30 000 ГГц и значением ƒ τ +103,9 ppm/°C, что делает эту керамику перспективной для применения. в микроволновых компонентах.