Фторидная микроволновая диэлектрическая керамика с низким обжигом (LiF, CaF2, SrF2 и BaF2) была приготовлена с помощью простого одноэтапного процесса спекания. Фторидная керамика, особенно LiF, которая имела самую низкую температуру спекания 800 °C, могла хорошо спекаться при температурах ниже 1050 °C. Результаты уточнения Ритвельда показали, что керамика LiF, CaF2, SrF2 и BaF2 кристаллизовалась в кубическую структуру с пространственной группой Fm-3m. Относительная диэлектрическая проницаемость (εr), добротность (Q×f) и температурный коэффициент резонансной частоты (τf) фторидной керамики были тесно связаны с относительной плотностью, ионной поляризуемостью примитивной элементарной ячейки, долей упаковки и связью. валентность. В этой серии фторидной керамики с низкой диэлектрической проницаемостью LiF, CaF2 и BaF2 можно было обжигать совместно с порошками Ag, а керамика LiF показала самое высокое значение Q×f 73880 ГГц, что сравнимо с таковыми у традиционной оксидной микроволновой диэлектрической керамики.
Введение
Технология низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) является потенциальной технологией для удовлетворения требований миниатюризации и многофункциональности электронных устройств. Для практических применений LTCC должен иметь низкую относительную диэлектрическую проницаемость (εr < 15) для уменьшения времени задержки распространения сигнала, высокую добротность (Q×f) для частотной избирательности и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (−10 ≤ τf ≤ +10 ppm/°C) для обеспечения устойчивости устройств при колебаниях температуры [1,2]. Кроме того, эти материалы следует спекать при температуре ниже 961 °C для совместного обжига с Ag-электродом [3]. К сожалению, температура спекания большинства микроволновых диэлектрических керамических материалов слишком высока для совместного обжига с серебряным электродом. В предыдущих исследованиях использовались многие типы стеклянных фритт и оксидов с низкой температурой плавления для снижения температуры спекания микроволновой диэлектрической керамики [4,5]. Значение Q×f серьезно ухудшается из-за высоких диэлектрических потерь стеклофазы.
Были исследованы некоторые микроволновые диэлектрические керамики с низкой температурой спекания, такие как Li2ZnGe3O8, Li4WO5 и Bi3NbO7, на соответствие как диэлектрическим свойствам, так и требованиям температуры спекания [2,6,7]. Однако большинство высокоэффективных микроволновых диэлектрических керамик, таких как ZnAl2O4, Mg2SiO4 и Mg4Nb2O9 [8-10], по-прежнему не могут быть использованы в качестве НТКС из-за их высокой температуры спекания. Помимо стеклянных фритт и оксидов с низкой температурой плавления, фториды также являются большим типом добавок для спекания. LiF имеет температуру плавления примерно 845 °C, тогда как CaF2, SrF2 и BaF2 имеют температуру плавления примерно 1400 °C [11]. В таблице 1 представлены температуры спекания и микроволновые диэлектрические свойства некоторых микроволновых диэлектрических керамических материалов, легированных различными фторидами. Значения Q×f образцов, перечисленных в таблице 1, по-видимому, не ухудшились, что означает, что фториды имеют больше преимуществ, чем стеклянные фритты, в качестве вспомогательных средств для спекания. Температуры спекания образцов, легированных фтором, значительно ниже, чем у чистых фаз. Системы BaAl2Si2O8-LiF и MgTiO3-CaF2 можно спекать при 900°C и 1050°C [12,19], что указывает на возможность спекания чистого LiF и CaF2 при температурах ниже 900°C и 1050°C. LiF и AF2 (A = Ca, Sr, Ba) имеют типичную структуру типа каменной соли и флюорита соответственно. Многие соединения со структурой каменной соли или флюорита обладают хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами, такие как Li4WO5, Li2Mg3TiO6 и CeO2 [6,20,21]. С точки зрения связи между кристаллической структурой и микроволновым диэлектрические свойства, керамика LiF и AF2 (A = Ca, Sr, Ba) также может иметь хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне. В 2004 г. Гейер и соавт. В работе [22] сообщается о микроволновых диэлектрических свойствах монокристаллов LiF, CaF2, SrF2, BaF2 и MgF2, а их значения Q×f составляют 192400, 92000, 73000, 57600 и 458600 ГГц соответственно. Чжан и др. В работе [16] разработан новый тип фторсодержащей керамики Li2+xMg1-xTi3O8-xFx, которая демонстрирует хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с εr = 24,8, Q×f = 50000 ГГц и τf = 4–6,09 м.д./°C. В предыдущих исследованиях сообщалось, что некоторые фториды и фторсодержащая керамика также должны иметь хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне, что указывает на то, что область исследований микроволновой диэлектрической керамики может быть расширена от оксидов до фторидов. В этом исследовании керамика LiF, CaF2, SrF2 и BaF2 была приготовлена с помощью простого одностадийного процесса спекания. Были исследованы поведение при спекании, микроструктура и взаимосвязь между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами фторидной керамики.
……………
Выводы
Исследованы поведение при спекании, микроструктура и взаимосвязь между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами фторидной керамики. Керамика LiF, CaF2, SrF2 и BaF2 может хорошо спекаться при 800 °C, 950 °C, 1050 °C и 925 °C соответственно. Все спеченные образцы относятся к пространственной группе Fm-3m (225). Для каждого состава относительные плотности, относительная диэлектрическая проницаемость и добротность монотонно возрастали с температурой спекания до достижения максимального значения, а относительные плотности определяли диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне. Для различных составов относительная диэлектрическая проницаемость (εr), добротность (Q×f) и температурный коэффициент резонансной частоты (τf) фторидной керамики линейно возрастали с увеличением ионной поляризуемости элементарной ячейки, долей упаковки и валентностью связи сайт А. Среди этой серии фторидной керамики керамика LiF показала самую низкую температуру спекания 800 ° C и самое высокое значение Q × f 73880 ГГц. Учитывая их хорошую химическую совместимость с керамикой Ag, LiF, CaF2 и BaF2, они являются хорошими кандидатами для применения LTCC. Это исследование успешно расширило область исследований микроволновой диэлектрической керамики от оксидной керамики до фторидной керамики.