СВЧ-диэлектрическая керамика Ba2-xCaxMgTi5O13 (0 ≤ x ≤ 0,3) впервые была получена традиционным методом твердофазной реакции. Небольшое количество Ca2+ может растворяться в решетке, образуя твердые растворы с моноклинной структурой (C2/m), и дополнительно влиять на поведение при спекании, рост зерен и микроволновые диэлектрические свойства керамики Ba2-xCaxMgTi5O13. Как увеличение εr, так и уменьшение Qxf в зависимости от x должно быть связано с увеличением искажения решетки и неравномерным ростом зерен, хотя плотность образца и отношение ионной поляризуемости к молярному объему мало изменяются. Более того, валентность связи A-сайта и τf указывают на тесную связь в текущем исследовании, так что замена Ca2+ может вызывать увеличение значений τf. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr ∼ 29,3, Qxf ∼ 30 870 ГГц (6,5 ГГц) и близкое к нулю τf ∼ +2,1 ppm/°C могут быть получены в керамике с x = 0,15, спеченной при 1160 °C.
Введение
Микроволновая диэлектрическая керамика широко используется для изготовления фильтров, диэлектрических антенн, диэлектрических резонаторов и диэлектрических подложек в области беспроводной связи, такой как мобильный телефон, беспроводные локальные сети и глобальные системы определения местоположения [1–3]. В последние годы , миллиметровые волны для беспроводной связи, такие как технология 5G, хорошо известны как горячая точка в области исследований. Обычно ожидается, что микроволновая диэлектрическая керамика будет иметь высокую диэлектрическую проницаемость (εr) для миниатюризации устройств, высокий коэффициент качества (Qxf) для селективного достижения превосходной перекрестной связи и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf) для обеспечения стабильность частоты передачи, хотя ожидается, что εr будет как можно меньше для беспроводной связи миллиметрового диапазона. К настоящему времени такие соединения, как BaTi4O9 и Ba2Ti9O20 на основе системы BaO-TiO2 с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами, широко исследованы и широко используются в производстве различных микроволновых устройств, таких как резонаторы, фильтры, генераторы и т. д. [4,5]. Для улучшения их микроволновых диэлектрических свойств в систему BaO-TiO2 на стадии сырья добавляли соответствующее количество ZnO, Al2O3, Nb2O5 и Ln2O3 (Ln = La, Sm, Nd и т. д.) [6–12]. Установлено, что в системе BaO-ZnO-TiO2 присутствуют четыре тройные фазы, такие как Ba4ZnTi11O27, BaZn2Ti4O11, Ba2ZnTi5O13 и твердые растворы типа голландита BaxZnxTi8-xO16 [13]. Сообщается, что система BaO-Ln2O3-TiO2 содержит либо BaLn2Ti5O14, либо BaLn2Ti4O12 в качестве основной фазы. Все эти соединения продемонстрировали хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне, демонстрируя потенциальное применение в микроволновых устройствах [14,15]. Сообщалось, что тройная система BaO-MgO-TiO2 содержит одну нестехиометрическую голландитовую фазу BaxMgxTi8-xO16 и три другие фазы BaMg6Ti6O19, Ba4MgTi11O27 и Ba2MgTi5O13, среди которых сообщалось о микроволновых диэлектрических свойствах керамики BaMg6Ti6O19 и Ba4MgTi11O27 [13, 16]. Моноклинная керамика Ba2MgTi5O13 систематически не изучалась, особенно ее микроволновые диэлектрические свойства. В данной работе керамика Ba2-xCaxMgTi5O13 (0 ≤ x ≤ 0,3) была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции. Детально исследовано влияние замены Ba2+ небольшим количеством Ca2+ на характер спекания, фазовый состав, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики.
…………
Выводы
В данной работе была успешно синтезирована новая микроволновая диэлектрическая керамика Ba2-xCaxMgTi5O13 традиционным твердотельным методом. Фазовый состав, поведение при спекании, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства были исследованы в зависимости от температуры спекания и содержания замещения. Замещение Ba2+ на Ca2+ провоцирует образование твердых растворов в экспериментальном диапазоне составов. Все исследованные образцы имеют плотную микроструктуру с высокой относительной плотностью < 96%. Замена Ca2+ вызывает искажение решетки (уменьшение доли упаковки) и неравномерный рост зерен, способствуя уменьшению значений Qxf, но увеличению значений εr, хотя плотность образца и отношение теоретической ионной поляризуемости к молярному объему (D m /V ) различаются очень незначительно. Более того, пониженная валентность связи A-сайта, индуцированная замещением Ca2+, приводит к желательной модификации τf от отрицательных до положительных значений. В дополнение к относительно низкой температуре спекания и низкой стоимости сырья по сравнению с некоторыми коммерческими диэлектриками со средней диэлектрической проницаемостью, такими как перовскиты Ba(Mg,Ta,Sb)O3 и (Sm,Nd)AlO3, состав x = 0,15 спекается при 1160°. C в течение 4 часов демонстрирует хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 29,3, Qxf = 30 870 ГГц (на 6,5 ГГц) и τf = +2,1 ppm/°C, демонстрируя большой потенциал применения в будущих микроволновых устройствах.