Керамика Ca3M2Si3O12 (M = Yb, Y) с орторомбической структурой силикокарнотита была изготовлена с помощью высокоэнергетического шарового измельчения и твердофазного реакционного пути. Плотная керамика Ca3Yb2Si3O12 и Ca3Y2Si3O12, спеченная при 1260 ◦C и 1240 ◦C, показала перспективные микроволновые диэлектрические свойства с εr = 9,2 и 8,7, Q×f = 56 400 ГГц и 29 094 ГГц, τf = – 77,5 ppm/◦C и – 76,8 ppm/◦С соответственно. Связь между кристаллической структурой и значениями Q×f керамики Ca3M2Si3O12 (M = Yb, Y) обсуждалась в отношении доли упаковки, а их собственные микроволновые диэлектрические свойства были исследованы с использованием анализа спектров инфракрасного отражения. Термическая стабильность Ca3Yb2Si3O12 была успешно улучшена путем формирования композитной керамики 0,91Ca3Yb2Si3O12-0,09CaTiO3 с τf = +2,9 ppm/°C, εr = 12,93 и Q×f = 26,729 ГГц.
Введение
В течение нескольких лет микроволновая диэлектрическая керамика занимает непоколебимую позицию в приложениях диэлектрических резонаторов, фильтров, подложек, конденсаторов и генераторов, которые стали неотъемлемой частью нашей оцифрованной жизни. С развитием современных систем связи требуется более высокая скорость передачи и более высокое качество сигналов, что приводит к острой необходимости в высококачественной и недорогой СВЧ-диэлектрической керамике [1]. Таким образом, эксплуатационные требования к керамике в основном делятся на следующие аспекты: (1) высокий коэффициент качества (Q × f); (2) низкая диэлектрическая проницаемость (εr); (3) близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf), удовлетворяющий требованиям отличной частотной избирательности, высокой скорости передачи электронного сигнала и хорошей термической стабильности соответственно [2,3]. В последнее время семейство гранатов с общей формулой A3B2C3O12 проявляет характеристики низкой диэлектрической проницаемости и высоких характеристик, такие как Ca3Y2Ge3O12, Mg3Y2Ge3O12, Ca3Al2Ge3O12, AgCa2Zn2V3O12, AgCa2Mg2V3O12 [4–6]. Ca3Y2Si3O12, что согласуется с общей химической формулой граната со структурой A3B2C3O12, тогда как Д.Л. Пёршке и Х. Ямане [7,8]. Кристаллическая структура силикатных соединений со стехиометрическим составом Ca3M2Si3O12 зависит в основном от ионного радиуса M. Гранаты на основе кремния на основе иона Ca2+ обычно стабильны, когда ионный радиус M меньше 0,8 Å. А для катионов с большим радиусом, таких как Y3+ (0,892 Å) и Lu3+ (0,848 Å), они не могут образовать октаэдр в гранате в окружении шестикоординации. Поэтому маловероятно, что это гранатовая структура [9]. Исследованы видимая люминесценция ионов лантаноидов, спектроскопическая характеристика, фотолюминесцентные свойства и влияние легирования Ce3+, Tb3+ и Sm3+ на люминесцентные свойства Ca3Y2Si3O12 [9–12]. Насколько нам известно, микроволновые диэлектрические свойства керамики Ca3Y2Si3O12 еще не исследованы. Кроме того, Пёршке сообщил, что системы кальций-кремний-иттрий имеют высокую температуру синтеза (1500 ◦C), что увеличивает стоимость производства и потребления материала [9]. Лин и др. получили чистую фазу и плотную керамику Mg2SiO4 при 1075 ◦C с помощью высокоэнергетической шаровой мельницы (HEBM) и снизили температуру спекания на 300 ◦C [13,14]. Этот синтетический метод полезен для улучшения скорости реакции и уплотнения керамики [15]. В данной работе мы приготовили керамику Ca3M2Si3O12 (M = Yb, Y) методом HEBM и методом твердофазной реакции из-за сходного ионного радиуса Yb3+ (0,868 Å) по сравнению с Y3+ (0,892 Å) [16].
Систематически изучались морфология зерен, диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне, а также спектры отражения в инфракрасном диапазоне.
……………
Выводы
Две орторомбические силикокарнотитные структурированные микроволновые диэлектрические керамики Ca3M2Si3O12 (M = Yb, Y) были изготовлены с помощью высокоэнергетического шарового измельчения и твердофазного реакционного пути. Плотные керамики Ca3Yb2Si3O12 и Ca3Y2Si3O12, спеченные при 1260 ◦C и 1240 ◦C соответственно, имели низкое значение εr (9,2 и 8,7), высокое Q×f (56 400 ГГц и 29 094 ГГц) и отрицательное значение τf (– 77,5 ppm/◦C и – 76,9 м.д./°С). Изменение значений Q × f керамики Ca3M2Si3O12 (M = Yb, Y) сильно зависело от доли упаковки. Собственные значения εr (8,9 и 9,0) и Q×f (73 815 ГГц и 33 470 ГГц) керамики Ca3Yb2Si3O12 и Ca3Y2Si3O12 были экстраполированы на основе подогнанных инфракрасных спектров отражения, соответственно, показывая, что диэлектрическая проницаемость в микроволновом диапазоне определяется только смещением ионов. поляризация. Кроме того, была сформирована композитная керамика 0,91Ca3Yb2Si3O12-0,09CaTiO3, чтобы успешно скорректировать в значительной степени отрицательное τf с εr = 12,93, Q×f = 26 729 ГГц и τf = +2,9 ppm/°C.