Новая керамика шеелитового типа [Ca0,55(Nd1-xBix)0,3]MoO4 (0,2 ≤ x ≤ 0,95) была получена методом твердофазной реакции. По данным РСА, при 0,2 ≤ x ≤ 0,95 образуется твердый раствор, и все образцы относятся к чистой шеелитовой фазе с тетрагональной структурой. Как показала спектроскопия комбинационного рассеяния, число колебательных мод уменьшалось с увеличением значения x, что также указывало на то, что ионы Bi3+ занимают А-позицию структуры шеелита. По мере увеличения значения x температура спекания снижалась с 740 до 660 °С; диэлектрическая проницаемость увеличилась с 12,6 до 20,3; значение Qf сначала незначительно снижалось и постепенно оставалось стабильным. Основываясь на анализе спектра инфракрасной отражательной способности, расчетная диэлектрическая проницаемость, полученная из аппроксимированных данных, имела ту же тенденцию, что и измеренное значение. Керамика [Ca0,55(Nd0,05Bi0,95)0,3]MoO4, спеченная при 660 °С, достигла близкого к нулю значения температурного коэффициента ~ τf (-7,1 ppm/°С) и показала отличные микроволновые диэлектрические свойства с εr ~ 20,3 и Qf ~ 33 860 ГГц, что делает эту систему многообещающим кандидатом в технологии сверхнизкотемпературного совместного обжига керамики (ULTCC).
ВВЕДЕНИЕ
Микроволновое устройство является важной частью современной системы беспроводной связи, с грядущими беспроводными системами 5-го поколения. Исследование микроволновой керамики привлекает все больше и больше внимания.1 Между тем, ряд новых процессов производства материалов, таких как технология низкотемпературной керамики совместного обжига (LTCC) и сверхнизкотемпературной керамики совместного обжига (ULTCC) технологии2 обеспечивают техническую поддержку изготовления миниатюрных и интегрированных микроволновых устройств. Следовательно, существует острая необходимость в разработке микроволновой керамики, подходящей для технологии LTCC/ULTCC. СВЧ-диэлектрическая керамика, используемая в технологии LTCC/ULTCC, должна отвечать нескольким основным требованиям. Во-первых, микроволновая керамика должна иметь более низкие температуры спекания, чем температуры плавления (ТП) металлических электродов, таких как Ag с ТП ~ 961 °С и Al с ТП ~ 660 °С. Во-вторых, диэлектрические потери должны быть очень низкими (высокая добротность Q), чтобы снизить энергопотребление СВЧ-устройств. В-третьих, значение температурного коэффициента резонансной частоты τf СВЧ-керамики должно приближаться к нулю для улучшения температурной независимости СВЧ-устройств. Наконец, сырье для СВЧ-керамики должно быть нетоксичным для окружающей среды.3-10 В последнее время оксиды A2+B6+O4 (A2+ = Mg, Mn, Ca, Zn, Cd, B6+ = Mo, W) с шеелитом структуры были широко исследованы на предмет их микроволновых диэлектрических свойств.11,12 Из-за низкой температуры спекания и адаптивной кристаллической структуры, обеспечивающей потенциал для различных замещений в A- или B-сайте, эти композиции привлекли большое внимание в технологии LTCC. В предыдущем отчете Choi et al. обнаружили, что CaMoO4 обладает высоким значением Qf (~89 700 ГГц) и низкой температурой спекания (~1100 °С).13 Rama et al. использовали ион Cd2+ для замены иона Ca2+ и получили хорошие микроволновые диэлектрические свойства (ɛr = 8 ~ 10, Qf = 46 000 ~ 53 000 ГГц, τf = -22 ~ -57 ppm/℃) в керамике Ca1-xCdxMoO4 при низкой температуре ( 900 ~ 1075 °С).14 Zhou et al. заменили элементы в позиции A и получили термостабильную керамику [(Li0,5Ln0,5)0,2Ca0,8]MoO4 с отличными микроволновыми диэлектрическими свойствами (εr = 10,6 ~ 11, Qf = 18 400 ~ 24 500 ГГц, τf = -7,1 ~ + 6,9 ppm/℃) и низкие температуры спекания (ST = 800 ~ 900 °С).15,16 Согласно литературным данным,17,18 керамика CaMoO4 имеет отрицательное значение τf до близкого к нулю и даже положительного значения. Сообщалось, что оксид висмута имеет внутреннюю низкую температуру плавления и может помочь снизить температуру спекания оксидов шеелита. Кроме того, было обнаружено, что редкоземельные оксиды, такие как Nd2O3 и т. д., улучшают диэлектрические свойства многих микроволновых диэлектрических керамических материалов.19 Микроволновые диэлектрические свойства тесно связаны с микроструктурой керамики. Чой и др. когда-либо использовал соотношение Клаузиуса-Мосотти для расчета поляризуемости Мо в соединениях AMoO4 (A = Mg, Zn, Sr, Ca и Ba).13.  Ким и др. использовали долю упаковки для корреляции коэффициента качества оксидов шеелита A2+B6+O4.20 Кроме того, многие исследователи использовали спектроскопию комбинационного рассеяния для получения информации о вибрациях и вращениях.21,22 Некоторые исследователи использовали инфракрасную спектроскопию для выявления комплекса диэлектрический отклик в керамике.23,24 На основе подгоночных данных инфракрасной спектроскопии можно рассчитать диэлектрическую проницаемость и собственные диэлектрические потери. Таким образом, в данной работе комплексные ионы (Nd1-xBix) 3+ использовались в А-узле структуры шеелита для регулирования микроволновых диэлектрических свойств и температуры спекания керамики CaMoO4. Исследованы микрохарактеристики и микроволновые диэлектрические свойства керамики [Ca0,55(Nd1-xBix)0,3]MoO4 (0,2 ≤ x ≤ 0,95). Взаимосвязь между свойствами и колебательными модами была подробно исследована.
……………
ВЫВОД
Ряд керамик шеелитового типа [Ca0,55(Nd1-xBix)0,3]MoO4 (0,2 ≤ x ≤ 0,95) успешно получен методом твердофазной реакции. По данным РФА, в керамике [Ca0,55(Nd1-xBix)0,3]MoO4 наблюдается образование твердого раствора и отчетливо наблюдаются чистые тетрагональные фазы. При увеличении значения x температура спекания образца постепенно снижается с 740 до 660 °С, а также уменьшается средний размер зерна образца с 3,16 мкм до 2,78 мкм. Эти результаты показывают, что ион Bi3+, полученный из Bi2O3, может эффективно снизить температуру спекания и измельчить зерна. Между тем обнаружено, что диэлектрическая проницаемость увеличивается с 12,6 до 20,3 с увеличением x, что связано с усилением поляризуемости, обусловленной Bi3+. Значение Qf уменьшалось и постепенно оставалось стабильным, что тесно связано с редкоземельным элементом Nd3+. Спектроскопия КР показала, что внутренние моды постепенно исчезают с увеличением значения x, это явление связано с искажением тетраэдров MoO4, что также связано с введением ионов (Nd1-xBix)3+. Дальняя инфракрасная частота близка к микроволновой частоте, измеренный диэлектрический отклик по ИК-спектру можно экстраполировать в микроволновую область. С подгонкой данных ИК-спектров расчетная диэлектрическая проницаемость имеет ту же тенденцию, что и измеренная, этот результат указывает на то, что катионы A-позиции в основном преобладают в изменении диэлектрического отклика на микроволновой частоте. Керамика [Ca0,55(Nd0,05Bi0,95)0,3]MoO4, спеченная при низкой температуре (660 °С), обладает оптимальными микроволновыми диэлектрическими свойствами с относительной диэлектрической проницаемостью 20,3, значением Qf 33 860 ГГц и близким к нулю значением τf (- 7,1 частей на миллион/°С). Керамическая система [Ca0,55(Nd1-xBix)0,3]MoO4 с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами потенциально может быть использована в технологиях LTCC или ULTCC.