В этом исследовании исследуются объемная плотность, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики серии MgO–2B2O3, синтезированной твердофазной реакцией. По данным рентгенофазового и микроструктурного анализов исходная керамика MgO–2B2O3 имеет однофазную структуру со стержневидной морфологией. Было исследовано влияние различных количеств H3BO3 и BaCu(B2O5) (BCB) на объемную плотность, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики MgO–2B2O3. Соответственно, оптимальная температура спекания была получена при добавлении 30 мас.% H3BO3 и 8 мас.% BCB. Мы также снизили температуру спекания до 825°С. ℃ Кроме того, добавление 40 мас. % H3BO3 и 4 мас. % BCB увеличило добротность, диэлектрическую проницаемость и температурный коэффициент резонансной частоты MgO–2B2O3 до 44 306 ГГц (на 15 ГГц), 5,1 и −32 ppm/соответственно. Эти свойства делают MgO–2B ℃ 2O3 жизнеспособной низкотемпературной керамикой совместного обжига с широким применением в микроволновых диэлектриках.
Введение
Низкотемпературная керамика совместного обжига (LTCC) широко используется в беспроводной связи и радиовещании в качестве сырья для производства электронных компонентов благодаря низкой себестоимости, короткому циклу разработки и потенциалу миниатюризации электронных устройств [1–2]. 4]. Однако большинство диэлектрических материалов с высоким значением Q×f изготавливают при высоких температурах спекания, что затрудняет их интеграцию с низкоплавкими электродами и полимерными подложками и приводит к избыточному потреблению энергии и испарению летучих компонентов. Для практического применения LTCC требуются отличные диэлектрические свойства для микроволнового излучения, низкая температура спекания и адекватное согласование совместного горения между керамикой и электродами [5–10]. В LTCC часто добавляют материалы с низкой температурой плавления, чтобы снизить требуемую температуру обжига. Однако такой подход ослабляет микроволновые диэлектрические свойства. Керамика MgO–B2O3 привлекла исследовательский интерес из-за ее потенциального применения в устройствах LTCC. Дэвис и Найт [11] систематически описали химию бинарных систем MgO–B2O3, т.е. MgO–B2O3, MgO–1/2B2O3 и MgO–1/3B2O3. Нишизука и др. В работе [12] показано, что субстраты на основе полимеров MgO–xB2O3 (x = 25 и 33) и приводят к избыточному расходу энергии и испарению летучих компонентов. Для практического применения LTCC требуются отличные диэлектрические свойства для микроволнового излучения, низкая температура спекания и адекватное согласование совместного горения между керамикой и электродами [5–10]. В LTCC часто добавляют материалы с низкой температурой плавления, чтобы снизить требуемую температуру обжига. Однако такой подход ослабляет микроволновые диэлектрические свойства. Керамика MgO–B2O3 привлекла исследовательский интерес из-за ее потенциального применения в устройствах LTCC. Дэвис и Найт [11] систематически описали химию бинарных систем MgO–B2O3, т.е. MgO–B2O3, MgO–1/2B2O3 и MgO–1/3B2O3. Нишизука и др. [12] показали, что MgO–xB2O3 (x = 25 и 33) спеченный при низких температурах продемонстрировал замечательные диэлектрические свойства с диэлектрической проницаемостью (εr) примерно 7 и добротностью (Q × f) 79 100–260 100 ГГц (x = 33) и 39 600–310 000 ГГц (x = 25). Пенг и др. [13,14] сообщили о синтезе композитной керамики 0,8Zn3B2O6 + 0,2Mg3B2O6 для применений LTCC и получили превосходные диэлектрические свойства при спекании при 950°С с εr 6,47, Q × f 89 600 ГГц и температурным коэффициентом резонанса. частота (τf) приблизительно 48,6 ppm/℃. Кроме того, сообщается, что оптимизированная керамика Zn3B2O6 с использованием Ni2+ вместо Zn2+ обладает сильными диэлектрическими свойствами при 900 ℃ с εr 6,9, Q × f 91000 ГГц и τf примерно 55,6 частей на миллион/℃. Пэн и др. В работе [15] сообщается о керамике Li2(Mg1-xNix)SiO4 с добавлением 2 мас.% литий-бор-висмут-кремниевого (LBBS) стекла, в которой реализованы отличные диэлектрические свойства при 900 ℃ (спекание) и микроволновые диэлектрические свойства.

Фан и др. [16] сообщили об оптимальных микроволновых диэлектрических свойствах при температуре спекания до 1100°С и молекулярном соотношении MgO : B2O3 = 1 : 1. Полученная керамика продемонстрировала хорошие микроволновые диэлектрические свойства с εr 5,83, Q × f 41 930 ГГц. и τf приблизительно 62 ppm/℃. Согласно Чжоу и др. [17], керамика MgO–2B2O3–4% BaCu(B2O5) обладает соответствующими микроволновыми диэлектрическими свойствами, перспективными для применения в LTCC. Однако микроволновые диэлектрические свойства керамики с высоким содержанием B2O3 в бинарной системе MgO–B2O3 (например, MgO–2B2O3 и MgO–B2O3) подробно не исследовались. Кроме того, температура спекания керамики MgO–2B2O3 остается достаточно высокой для устройств LTCC [18]. Для снижения температуры спекания керамики можно использовать спекающие добавки [19–29], ультрадисперсные порошки [30–34] и низкотемпературные материалы [35–37]. Однако получение ультрадисперсного порошка с низкими внутренними температурами спекания является дорогостоящим, сложным, и его трудно расширить для коммерциализации. Стекло имеет гораздо более низкое значение Q × f, чем чисто микроволновая диэлектрическая керамика [38]. Поэтому при легировании СВЧ-керамики стеклом добротность снижается [1,39]. BaCu(B2O5) (BCB) имеет низкую температуру плавления, достаточную смачиваемость и хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне. Поэтому его добавление при спекании будет способствовать уплотнению керамики Mg3B2O6 [24,40]. Кроме того, исследователи эффективно снизили температуру спекания MgO, добавив соответствующее количество материалов для спекания [37], таких как B2O3, H3BO3 и BCB. Однако микроволновые диэлектрические свойства керамики MgO–2B2O3–xwt%BCB–ywt%H3BO3 систематически не исследовались, что и является целью настоящего исследования.
…………………
Выводы
Таким образом, керамика MgO–2B2O3–xwt%BCB–ywt%H2BO3 (x = 2, 4, 6 и 8; y = 10, 20, 30 и 40) была получена с использованием твердофазной реакции; было систематически исследовано влияние содержания H3BO3 и BCB на объемную плотность, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства. Керамика MgO–2B2O3–xwt%BCB–10wt%H3BO3 (x = 2, 4, 6 и 8) состоит из однофазного MgO–2B2O3 с орторомбической пространственной группой Pbca. Q × f керамики MgO–2B2O3–xwt%BCB–10wt%H3BO3 (x = 2, 4, 6 и 8) сначала увеличивалась, а затем плавно уменьшалась по мере увеличения содержания BCB. Оптимальные свойства полученной керамики MgO–2B2O3–4%BCB–10%H3BO3: ρ = 2,409 г/см3, Q × f = 40,076 ГГц, εr = 5 и τf = −45 ppm/. Кроме того, ℃ микроволновые диэлектрические свойства и температура спекания керамики MgO–2B2O3–4%BCB–ywt%H3BO3 (y = 10, 20, 30 и 40) улучшались по мере увеличения содержания H3BO3 при 4% масс BCB. Полученный MgO–2B2O3–4 мас.%BCB–40 мас.%H3BO3 продемонстрировал превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с εr, Q × f и τf, равными 5,1, 44 306 ГГц (на 15 ГГц) и -32 ppm/, соответственно. В этом исследовании представлен новый ℃ подход к изменению τf керамики MgO–B2O3, который является важным параметром, определяющим стабильность и производительность микроволнового оборудования и устройств.