Композиційний мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі титанатів барію та самарію

Композиційний мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі титанатів самарію та барію, що мітить BaO, Sm2O3 і ТіО2, який відрізняється тим, що для підвищення електричної добротності та температурної компенсації діелектричних параметрів містить дві кристалічні фази: Ba6-xSm8+2x/3Ti18O54 та ВаТі4О9, при такому співвідношенні компонентів (мас. %): BaO 16,5-20,3 Sm2O3 37,8-42,8 ТіО2 40,3-42,1. (19) (21) u201106818 (22) 31.05.2011 (24) 26.12.2011 (46) 26.12.2011, Бюл.№ 24, 2011 р. (72) БІЛОУС АНАТОЛІЙ ГРИГОРОВИЧ, ОВЧАР ОЛЕГ ВІКТОРОВИЧ, ДУРИЛІН ДМИТРО ОЛЕКСАНДРОВИЧ, СТУПІН ЮРІЙ ДМИТРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В.І. ВЕРНАДСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 2 3 Серед відомих мікрохвильових діелектриків матеріали на основі твердих розчинів (1-х)LаАlО3хСаТіО3 (АЛТК) характеризуються високою електричною добротністю (Q·f=10000-100000 ГГц) та високими значеннями діелектричної проникності, яка в залежності від х змінюється в межах 20150 (аналог) [3]. Проте, в матеріалах на ос-5 -1 нові АЛТК значення TK=±10 К (необхідні для технічних застосувань) спостерігаються лише в області 0,65х0,7, в якій величина діелектричної проникності не перевищує ~40-42 [3]. Такі величини ε не забезпечують необхідної мініатюризації діелектричних компонентів радіоапаратури дециметровогого діапазону довжин хвиль. Найбільш близьким по технічній суті і досягнутим результатам до корисної моделі, яка заявляється, є мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі твердих розчинів титанатів барію самарію Ва6-xSm8+2x/3Ті18O54 при 2,25х1,5 (прототип) [4, 5]. В області значень 2,25х1,5 полікристалічні матеріали на основі Ва6-xSm8+2x/3Ті18O54 характеризуються високими значеннями діелектричної проникності (=75-80) та високою термостабільністю -6 -1 параметрів (TK=5-10·10 К ) [5]. Для температурної компенсації невеликих позитивних значень TK, характерних для титанатів барію самарію, в склад матеріалу додатково вводять титанат барію неодиму Ва6-xSm8+2x/3Ті18O54 з високими від'ємними -4 -1 значеннями TK (TK-10 K ) [5]. Але основним недоліком матеріалів на основі Ва6-xSm8+2x/3Ті18O54 є більш низька порівняно з АЛТК величина електричної добротності (Q·f=8000-10000 ГГц), яка в багатьох випадках не забезпечує необхідних характеристик сучасної апаратури зв'язку та радіолокації. В основу даної корисної моделі покладено задачу одержати композиційні мікрохвильові діелектрики на основі титанатів барію самарію, які б поряд з високою величиною діелектричної проникності характеризувались більш високим рівнем електричної добротності (Q). Поставлена задача вирішується введенням в склад матеріалу на основі титанату барію самарію додаткових кількостей тетратитанату барію ВаТі4О9 з утворенням полікристалічного композиту, який містить дві кристалічні фази: Ва6-xSm8+2x/3Ті18O54 та ВаТі4О9. Порівняно з Ва6-xSm8+2x/3Ті18O54, кристалічна фаза тетратитанату барію (ВаТі4О9), яка вводиться в склад композиційного матеріалу, характеризується дещо нижчою діелектричною проникністю (37-39), проте значно вищими значеннями електричної добротності. Також, для ВаТі4О9 характер-5 -1 ні високі від'ємні значення TK (TK-2·10 K ), в той час, як Ва6-xSm8+2x/3Ті18O54 характеризується позитивними значеннями TK [2]. Тому присутність ВаТі4О9 в складі діелектричного композиту дозволяє одночасно вирішувати два питання: з одного боку, збільшити загальну величину електричної добротності композиту та, з другого боку, компенсувати позитивні значення TK (від'ємний ТКЧ) 66139 4 титанату барію самарію (таблиця). Це дозволяє значно покращити мікрохвильові характеристики матеріалу, що заявляється, порівняно з прототипом, та забезпечити високу чутливість при створенні засобів зв'язку дециметрового діапазону. Підвищення електричної добротності та температурна компенсація діелектричних параметрів мікрохвильових діелектриків на основі титанатів барію та барію самарію відбувається за рахунок взаємодоповнюючого вкладу в діелектричні параметри композиційного матеріалу двох хімічно не взаємодіючих кристалічних фаз, кількості яких у композиті знаходяться у співвідношенні (1-)Ва6BaTi4O9 (0,30,5 та xSm8+2x/3Ті18O54 2,25х1,5); де  - мас. %. Приклади, що ілюструють корисну модель. Мікрохвильові діелектрики на основі титанатів барію та барію самарію одержували методом твердофазних реакцій, де як вихідні реагенти використовували ВаСО3, Sm2O3 і ТіО2 кваліфікації "ос.ч.". Кристалічні фази, які входять до складу композиту (1-)Ва6-xSm8+2x/3Ті18O54 - BaTi4O9 (0,30,5 та 2,25х1,5), синтезували окремо і змішували у відповідних кількостях. Рентгенофазовий аналіз проводили за допомогою рентгенівського дифрактометра ДРОНЗ-УМ (Cu -випромінювання; Ni фільтр). Мікроструктуру кераміки досліджували за допомогою скануючого електронного мікроскопа (JSM 5800, JEOL, Tokyo, Japan), обладнаного детектором EDS. Вимірювання електрофізичних характеристик (діелектричної проникності ε, електричної добротності Q і температурного коефіцієнту TK) на частоті 10 ГГц проводили методом "діелектричного резонатора", використовуючи мережевий аналізатор PNA-L N5230A (Agilent, USA). В таблиці приведені порівняльні електрофізичні характеристики титанатів барію самарію та композитів з тетратитанатом барію. Як видно із даних таблиці двокомпонентні композиційні матеріали (1-)Ва6-xSm8+2x/3Ті18O54 - BaTi4O9 в концентраційному інтервалі (0,3 (%мас.)0,5 та 2,25х1,5), який заявляється, демонструють високу діелектричну проникність (=60-70) одночасно з низькими значеннями температурного коефіцієнту ТКЧ та характеризуються суттєво (вдвічі) більшою, порівняно з титанатами барію самарію, величиною електричної добротності (Q·f=1500020000 ГГц). В той же час при 0,5 величина Q˙f зменшується порівняно із заявленим матеріалом. Таким чином, параметри композитів (1-)Ва6xSm8+2x/3Ті18O54 - BaTi4O9 при 0,5 не відповідають вимогам до мікрохвильових діелектричних резонансних елементів. 5 66139 6 Таблиця Електрофізичні властивості композиційних діелектриків на основі титанатів барію та барію самарію (1-)Ва6-xSm8+2x/3Ті18O54 - BaTi4O9 (0,30,5 та 2,25х1,5; де  - мас. %.) 10 № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 x 1,5 2 2,25 2,25 2,25 2,25 2,25 2,25 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5  0 0 0 0,56 0,44 0,4 0,36 0,24 0,56 0,44 0,4 0,36 0,24 Хімічний склад, мас. % ВаО 18,7 16,7 15,6 17,8 17,2 17 16,8 16,2 20,6 20,0 19,8 19,6 19 Sm2O3 42,4 44,2 45,2 39,6 41,1 41,6 42,1 43,6 37,1 38,6 39,1 39,6 41,1 ТiO2 38,9 39,1 39,2 42,6 41,7 41,4 41,1 40,2 42,3 41,4 41,1 40,8 39,9 Джерела інформації: 1. Диэлектрические резонаторы в микроэлектронике СВЧ / Безбородов Ю.М., Гассанов Л.Г., Липатов А.А. и др. - Обзор ЭТ. Сер. Электроника СВЧ. вып. 4(786). М.: ЦНИИ "Электроника". 1981. с. 82. 2. М.Т. Sebastian, Dielectric Materials for Wireless Communication, Elsevier Science, Oxford, U.K., 2008. 3. E.A. Nenesheva, L.P. Mudroliubova, and N.F. Kartenko. Dielectric properties of ceramics based on СаТiO3 - LnМО3 system (Ln=La, Nd, M=A1, Ga). J. Eur. Ceram. Soc. 23(2003) 2443-2448. Комп’ютерна верстка А. Рябко Електрофізичні властивості на 10 Гц . -6 -1 Qf ТКЧ, 10 K  81 7000 -15 78 8000 -10 76 9000 -8 52 25000 15 58 20000 8 60 21000 5 62 18000 1 68 15000 -2 55 19000 12 61 17000 5 62 15500 -1 64 13000 -3 72 12000 -5 Примітка Приведені як прототип В таблиці виділені строки, що відповідають заявленому матеріалу. 4. Мудролюбова Л.П., Лискер К.Е., Ротенберг Б.А., ЛимарьТ.Ф., Борщ А.Н. Керамические материалы на основе соединений Ва6-xLn2Ті4O12 для высокочастотных конденсаторов // Электронная техника: Сер. "Радиодетали и радиокомпоненты". 1982. - вып. 1, - №46. - С. 3-8. 5. Т. Negas, P.К. Davies, Influence of Chemistry and Processing on the Electrical Properties of Ва 6Solid Solutions, Materials and xLn8+2xТі18O54 Processes for Wireless Communications, Ceram. Trans. 53, 1995, 179-196. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601