Новая термостабильная микроволновая диэлектрическая керамика на основе Mg0,5Ti0,5NbO4 была изготовлена с использованием нанопорошков (317 нм), полученных методом высокоэнергетического шарового измельчения (HEBM). Для керамики Mg0,5Ti0,5NbO4 в сочетании с минором второй фазы Mg0,167Nb0,33Ti0,5O2 обнаружена орторомбическая структура иксолита. С повышением температуры спекания количество фазы Mg0,167Nb0,33Ti0,5O2 уменьшалось, а также диэлектрическая проницаемость (εr) и температурный коэффициент резонансной частоты (τf). Керамика, спеченная при 1140 °C в течение 4 ч, показала оптимальные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне εr = 38,8, Q×f = 19 710 ГГц и τf = 1,3 ppm/°C.
Введение
Быстрое развитие технологий беспроводной связи стимулировало разработку СВЧ-диэлектрической керамики, которая широко используется в СВЧ-компонентах, таких как генераторы, резонаторы, дуплексеры, фильтры и т. д. [1–4]. Многие исследователи уделяют внимание разработке новой СВЧ диэлектрической керамики с умеренной диэлектрической проницаемостью (εr ~ 40), малыми диэлектрическими потерями (Q × f ~ 10 000–60 000 ГГц) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) за счет несущей частота интереса в системах связи была расширена с GSM 900 МГц до ISM-диапазонов (2,4, 5,2 и 5,8 ГГц) или даже до миллиметрового диапазона волн [5,6]. Еще в 1994 г. H. Kagata et al. сообщается, что керамика Ca(A1/2Nb1/2)O3 (A = Fe, Zn) со средней диэлектрической проницаемостью показала хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 40 и 35, Q×f = 20 000 и 16 000 ГГц и τf = -76 и -43 ppm/°C соответственно [7]. Эти СВЧ-диэлектрические керамики с εr ~ 40 имеют один общий недостаток: τf относительно велико. В последние годы основное внимание уделяется микроволновой диэлектрической керамике A0,5Ti0,5NbO4 (A = Ni, Zn, Co и Cu) [8–12] с εr ~ 40 из-за ее гибкости в отношении замещения различных катионов A-позиций. Ляо и др. впервые исследовал микроволновые диэлектрические свойства тетрагональной рутиловой структуры Ni0,5Ti0,5NbO4 (εr = 56,8, Q×f = 21 100 ГГц и τf = +79,1 ppm/°C) [8]. С.Ф. Ценг сообщил, что тетрагональная рутиловая структура A0,5Ti0,5NbO4 (A = Co и Cu) демонстрирует превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 64 и 71,2, Q×f = 65 300 и 11 000 ГГц и τf = +223,2 и + 49,2 ppm/°. C соответственно [9,10]. Керамика Zn0,5Ti0,5NbO4 с орторомбической структурой иксолита показала превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 37,4, Q×f = 194 000 ГГц и τf = −58 ppm/°C [9]. Эти керамики имеют противоположные τf из-за разной структуры. А значения Q×f керамики Zn0,5Ti0,5NbO4 на порядок выше, чем у других с εr ~ 40. Ионный радиус Mg2+ (0,72 Å) аналогичен ионному радиусу Ni2+ (0,69 Å) и Zn2+ (0,74 Å). ) [13]. Целесообразно синтезировать новые соединения Mg0,5Ti0,5NbO4 и исследовать их диэлектрические свойства. В этой статье была изготовлена новая керамика на основе Mg0,5Ti0,5NbO4 и исследованы поведение материала при спекании, кристаллическая фаза, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства.
………………
Выводы
Порошки на основе Mg0,5Ti0,5NbO4 со средним размером зерна 317 нм были получены методом высокоэнергетического шарового измельчения. Керамика имеет орторомбическую структуру иксолита с примесью второй фазы Mg0,167Nb0,33Ti0,5O2. При повышении температуры спекания с 1100 до 1180 °С количество второй фазы уменьшалось, а εr и τf смещались с 39,9 и 24,5 м.д./°С до 33,1 и -57,1 м.д./°С соответственно. При спекании при 1140 °C новая диэлектрическая керамика с плотной микроструктурой показала хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 38,8, Q×f = 19 710 ГГц и τf = 1,3 ppm/°C. Новый материал является привлекательным кандидатом на применение в качестве термостабильных микроволновых диэлектриков.