Влияние условий получения керамических материалов системы ВаO – Sm₂ – O₃ – 4TiO₄ на формирование сверхвысоких частотных свойств

Получен частотный керамический материал с высокой температурной стабильностью резонансной частоты, что гарантирует устойчивую работу устройств на его основе при изменении температур. В статье представлены результаты влияния условий получения на микроструктуру и диэлектрические свойства, а также на микроволновые параметры керамики. Для получения материала использован метод твердофазного синтеза, который проводился при температуре 1000 °С и времени синтеза 2 ч с последующим термическим обжигом. Показано, что оптимальные микроволновые свойства керамики состава BaSm2Ti4O12 имеют при температурах спекания в интервале 1360–1380 °С. Установлено, что путем изменения температуры спекания значение диэлектрической проницаемости керамического материала можно увеличить почти в два раза. Экспериментально определены резонансные частоты керамик для различных температурных режимов спекания. Значения резонансных частот материалов варьируются от 6,7 до 8,9 ГГц. Получено, что добротность керамического материала вблизи резонансных частот существенно зависит от рабочих температур, при температурах выше 40 °С наблюдается снижение добротности керамического материала на 22–30 %. Путем изучения частотных зависимостей действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости исследуемых керамик установлены возможные механизмы поляризации. Показано, что резонансный характер дисперсии диэлектрической проницаемости характерен для интервала частот 100–900 МГц. На частотах гигагерцового интервала преобладает дипольная и миграционная поляризация. Полученные керамики благодаря своим свойствам в гигагерцовом диапазоне частот могут использоваться для изготовления подложек для микрополосковых антенн и СВЧ-схем, а также в качестве диэлектрических резонаторных антенн и компонентов систем спутниковой и мобильной связи.

1. Электрически управляемые компоненты на основе керамики BST-Mg для применения в ускорительной технике / Е. А. Ненашева, А. Д. Канарейкин, А. И. Дедык, Ю. В. Павлова // Физика твердого тела. 2009. Т. 51, вып. 8. С. 1468–1472.

2. Панич, А. Е. Физика сегнетоэлектрической керамики / А. Е. Панич. Ростов н/Д.: ЮФУ, 2002. 42 с.

3. Yang, C.-F. Microwave Properties of (Ba1–xSrx)Sm2Ti4O12 Ceramics and Their Application in Dielectric Resonator Antenna / C.-F. Yang // Japanese Journal of Applied Physics. 2000. Vol. 39, № 3R P. 1430. https://doi.org/10.1143/JJAP.39.1430

4. New High Temperature NTC Thermistors Based on BaSm2Ti4O12 Ceramics / R. Wu, Y. Lin, Y. Liu [et al.] // Materials Letters. 2021. Vol. 304. Art. 130683. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130683

5. Tailoring Microwave Dielectric Properties of BaTi4O9 Ceramics by Addition of Sm2O3 / X. Huang, Y. Song, F. Wang, E. Zhang // Journal of the Ceramic Society of Japan. 2010. Vol. 118, is. 1384. P. 1135–1139. https://doi.org/10.2109/jcersj2.118.1135

6. Low Temperature Sintering of BaO-Sm2O3-4TiO2 Ceramics / K.-H. Cho, J.-B. Lim, S. Nahm, H. T. Kim [et al.] // Journal of the European Ceramic Society. 2007. Vol. 27, No 2/3. P. 1053–1058. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2006.05.061

7. The Reaction Sequence and |Dielectric Properties of BaSm2Ti4O12 Ceramics / P.-S. Cheng, Ch.-F. Yang, Y.-Ch. Chen, W.-Ch. Tzou // Ceramics International. 2000. Vol. 26, No 8. P. 877–881. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(00)00030-4.

8. Tailoring Microwave Dielectric Properties of BaTi4O9 Ceramics by Addition of Sm2O3 / X. Huang, P. Wang, Q. Sun, Y. Song // Key Engineering Materials. 2007. Vol. 336–338. P. 252–254. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.336-338.252

9. Акимов, А. И. Керамические материалы (диэлектрические, пьезоэлектрические, сверхпроводящие): условия получения, структура, свойства / А. И. Акимов, Г. К. Савчук. Минск: Изд. центр БГУ, 2012. 256 с.

10. Дамор, Д. Новый уровень характеристик для ВЧ-анализаторов цепей / Д. Дамор // Компоненты и технологии. 2012. № 4. С. 198–199.