Диэлектрическая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью Ca1-xSrxSnSiO5 (0 ≤ x ≤ 0,45) для СВЧ-диапазона была приготовлена методом традиционной фазовой реакции при 1400–1450 °C в течение 5 часов. Кроме того, впервые были получены микроволновые диэлектрические свойства керамики SnO2. Керамику SnO2 было трудно уплотнить, а керамика SnO2 (ρотн = 65,1%), которая была спечена при 1525 ° C, продемонстрировала оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr = 5,27, Q × f = 89 300 ГГц (на 14,5 ГГц) и τf = - 26,7 частей на миллион/°С. Для керамики Ca1-xSrxSnSiO5 (0 ≤ x ≤ 0,15) Sr2+ может растворяться в позиции Ca2+ Ca1-xSrxSnSiO5 с образованием единой фазы, а частичное замещение Ca2+ на Sr2+ может улучшить микроволновые диэлектрические свойства керамики CaSnSiO5. Вторичные фазы (SnO2 и SrSiO3) появлялись при 0,2 ≤ x ≤ 0,45 и могли корректировать аномально положительное значение τf керамики CaSnSiO5. Получены наивысшее значение Q×f (60 100 ГГц на 10,4 ГГц) и оптимальные микроволновые диэлектрические свойства (εr = 9,42, Q×f = 47 500 ГГц на 12,4 ГГц и τf = −1,2 ppm/°C) керамики Ca1-xSrxSnSiO5. при x = 0,05 и 0,45 соответственно.
Введение
CaSnSiO5, широко известный как малаяит, является редким минералом, который вызвал значительный исследовательский интерес из-за его превосходных фотолюминесцентных свойств.1 Кристаллическая структура CaSnSiO5 была впервые установлена Хиггинсом и Риббе.2 Его октаэдрические цепи SnO6 с общими углами a и связан с полиэдрами CaO7 через тетраэдры SiO4.3,4 На свойства CaSnSiO5 в основном влияют его октаэдрические цепочки SnO6. Кристаллическая структура CaSnSiO5 аналогична CaTiSiO5 (титанит), который имеет пространственную группу P21/a и антиферроэлектрические свойства при комнатной температуре за счет атома Ti октаэдра TiO6, расположенного в нецентральном положении.5 Однако Атом Sn ( = 0,83 Å) крупнее атома Ti ( = 0,745 Å)6 и Sn r Ti r с большей вероятностью занимает центральное положение октаэдра.3 Между тем CaSnSiO5 имеет моноклинную структуру с пространственной группой A2/a и не является антисегнетоэлектрической керамикой при комнатной температуре.2 Применение СВЧ-диэлектрической керамики CaSnSiO5 с низкой диэлектрической проницаемостью привлекает повышенное внимание из-за большого количества связей Si–O и аномально положительного значения τf.7,8 Силикаты обладают многочисленными Si–O связи (примерно 55% ковалентных связей) в своих тетраэдрах SiO4 и обладают низкой диэлектрической проницаемостью (εr < 15),9 что может уменьшить время передачи сигнала. Тройная силикатная керамика, такая как CaO-SnO2-SiO2, 10,11 CaO-ZrO2-SiO2, 12,13 CaO-HfO2-SiO2 13, также имеет добротность (Q×f). Высокие значения Q×f могут улучшить частотную избирательность14, а высокая относительная ковалентность связей соответствует высокому значению Q×f.10,13 Принятая статья –τf встречаются редко.15 В системе CaO–SnO2–SiO2 существуют только тройные оксиды CaSnSiO5 и Ca3SnSi2O9. Керамики CaSnSiO5 и Ca3SnSi2O9 обладают высокими значениями Q×f и низкой диэлектрической проницаемостью,7,11 и только керамика CaSnSiO5 обладает аномально большими положительными значениями τf. В нашей предыдущей работе были тщательно исследованы микроволновые диэлектрические свойства и фазовый состав керамики CaSnSiO5. Однако из-за высокой относительной ковалентности (приблизительно 53%) связи Sn–O октаэдрических цепей SnO6 в CaSnSiO5 улучшение относительной ковалентности связи Sn–O и значений Q×f керамики CaSnSiO5 за счет замещения Sn4+ трудный. Таким образом, вопрос о том, как улучшить микроволновые диэлектрические свойства керамики CaSnSiO5, заслуживает дальнейших исследований. В настоящей работе исследована СВЧ-диэлектрическая керамика Ca1-xSrxSnSiO5 (0 ≤ x ≤ 0,45). Длина связи Sn-O была сжата, а относительная ковалентность Sn-O увеличилась за счет замещения Ca2+ более крупным Sr2+.

Частичная замена Ca2+ на Sr2+ улучшила микроволновые диэлектрические свойства CaSnSiO5. Фазовые составы и кристаллическую структуру анализировали с помощью уточнения Ритвельда. На микроволновые диэлектрические свойства керамики Ca1-xSrxSnSiO5 (0 ≤ x ≤ 0,15) в первую очередь влияли ионная поляризуемость, относительная ковалентность связи, микроструктура и октаэдрическое искажение SnO6 в однофазной области. В многофазной области вторичная фаза была ключевым фактором, влияющим на микроволновые диэлектрические свойства керамики Ca1-xSrxSnSiO5 (0,2 ≤ x ≤ 0,45).
……………
Выводы
СВЧ-диэлектрическая керамика Ca1-xSrxSnSiO5 (0 ≤ x ≤ 0,45) и SnO2 была приготовлена методом твердофазной реакции. Замена Ca2+ на Sr2+ оказала очевидное влияние на микроволновые диэлектрические свойства и кристаллическую структуру керамики Ca1-xSrxSnSiO5, а умеренное замещение Sr2+ способствовало однородности зерна. В однофазной области (0 ≤ x ≤ 0,15) на значения εr в первую очередь влияла общая ионная поляризуемость, а замещение Sr2+ увеличивало значения εr керамики Ca1-xSrxSnSiO5. На значения Q×f влияли микроструктура и относительная ковалентность связей Sn–O, и они приближались к своим максимальным значениям (Q×f = 60 100 ГГц) при x = 0,05. Октаэдрическая дисторсия SnO6 увеличивалась с увеличением x, а большая октаэдрическая дисторсия SnO6 соответствовала низкому τf. В многофазной области относительная плотность и значения εr вторичной фазы определяли значения εr керамики Ca1-xSrxSnSiO5 (0,2 ≤ x ≤ 0,45). Значения Q×f менялись в зависимости от содержания вторичной фазы, а значения τf фазы CaSnSiO5 корректировались до вблизи нуля SnO2 и SrSiO3 с отрицательными значениями τf. Керамика Ca1-xSrxSnSiO5 (x = 0,45) с содержанием CaSnSiO5 43,7 % масс., SnO2 34,1 % масс. и SrSiO3 22,2 % масс. показала отличные микроволновые диэлектрические свойства (εr = 9,42, Q×f = 47 500 ГГц и τf = −1,2 ppm/°С).