В этом исследовании были исследованы кристаллическая структура, фазовый состав, спектр комбинационного рассеяния и микроволновые диэлектрические свойства новой керамики Co0,5Zr0,5TaO4. На основании рентгеноструктурного анализа, уточнения Ритвельда и рамановской спектроскопии подтверждено сосуществование моноклинной и трирутил-тетрагональной фаз в интервале температур 1100~1200 oC. Изменения относительной плотности, роста зерна и содержания каждой фазы в основном ответственны за развитие микроволновых диэлектрических свойств керамики Co0,5Zr0,5TaO4. Отличные микроволновые диэлектрические свойства с εr 20,19, Q×f около 65125 ГГц и τf ок. -39,02 ppm/oC были получены при спекании при 1150 oC.
Введение
Растущие разработки в индустрии электронных коммуникаций вызывают огромный спрос на электронные устройства[1]. Диэлектрические материалы для СВЧ, особенно керамика на основе ниобата, такая как Li2O-MO-Nb2O5 (M=Zn, Mg) [2-4], MO-M'O2-Nb2O5 (M=Zn, Mg, Co, M'=Ti , Zr) [5-7] стали объектами исследований благодаря их регулируемым диэлектрическим свойствам, в том числе подходящему εr и большому значению Q×f. В настоящее время многие новые системы на основе тантала с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами становятся предметом всемирных исследований. Например, керамика ZnTiTa2O8 иксиолитового типа с εr ~ 35,7, Q×f 57550 ГГц и τf ~ -24,7 ppm/oC была синтезирована с использованием золь-гель технологии [8]. Сообщается, что керамика ZnZrTa2O8 со структурой вольфрамита имеет значение Q×f около 110700 ГГц и εr ~32 [9]. Ся сообщил, что вольфрамитовая керамика MgZrTa2O8 с εr ~ 22,76, Q×f 131500 ГГц и τf ок. -33,81 ppm/oC были получены при спекании при 1475oC. Однако значение Q×f ухудшилось до 39000 ГГц, когда 0,5 мас. % добавки для спекания CaF2 [10, 11]. В нашем предыдущем исследовании был синтезирован новый твердый раствор Co0,5Ti0,5TaO4 трирутильного типа, чьи микроволновые диэлектрические характеристики зависят от способности к спеканию, ионного окружения и типов химической связи кристаллической структуры на основе структурных характеристик. В частности, он имеет диэлектрические свойства: εr около 40, Q×f около 17200 ГГц и большое положительное значение τf 114,54 ppm/oC при спекании при 1075oC[12]. Учитывая, что источник циркония полезен для улучшения значений Q×f во многих системах. т.е. в тригональном твердом растворе La2(Zr1−xTix)3(MoO4)9 (0 ≤ x ≤ 0,1) были получены улучшенные диэлектрические свойства: εr = 10,33, Q×f = 80658 ГГц и τf = 3,48 ppm/oC х = 0,08[13]. В керамике Co0,5(Ti1-xZrx)0,5NbO4 [14] происходят структурные превращения между рутиловой и моноклинной фазами, а оптимальные микроволновые диэлектрические свойства достигаются при x = 0,6: εr = 24,40, Q×f = 48599 ГГц и τf = 9,2 ч/млн/°С. В моноклинных твердых растворах MgZr(Nb1-xTax)2O8 значение Q×f увеличилось с 72842 до 88440 ГГц при x = 0,1 [5]. Поэтому в данной работе тизит керамики Co0,5Ti0,5TaO4 заменен ионом Zr4+. Например, Ван сообщил о синтезе диэлектрической керамики для микроволнового излучения CoZrTa2O8, которая имеет чистую моноклинную структуру вольфрамита и демонстрирует высокую температурную стабильность: εr ~ 23,54, Q×f ~ 20100 ГГц и τf ~ -8,72 ppm/oC[15]. Однако наше исследование керамики Co0,5Zr0,5TaO4 с использованием различных источников кобальта демонстрирует различные фазовые составы и диэлектрические характеристики.
……………………
Вывод
В этой работе сообщается о новой керамике Co0,5Zr0,5TaO4. Исследованы кристаллическая структура, фазовый состав, спектр комбинационного рассеяния и микроволновые диэлектрические свойства. На основании измерения порошковой рентгеновской дифракции, уточнения Ритвельда и анализа спектра комбинационного рассеяния в керамике Co0,5Zr0,5TaO4 подтверждено сосуществование моноклинной структуры и трирутильной тетрагональной фазы. На развитие микроволновых диэлектрических свойств образцов Co0,5Zr0,5TaO4 в интервале температур 1100~1200°С в основном влияют уплотнение, рост зерна, фазовый состав и фазовое содержание. Комбинация высоких микроволновых диэлектрических свойств керамики Co0,5Zr0,5TaO4 была достигнута при спекании при 1150°C: εr = 20,19, Q×f = 65125 ГГц, τf = -39,02 м.д./°C.