بررسی تف جوشی مایکروویو و اثرات آن بر ساختار بلوری، ریزساختار و خواص مایکروویو دی الکتریک سرامیک Li2TiO3

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران.

2 پژوهشکده نیمه هادی‌ها، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران.

چکیده

در این پژوهش زینتر تف­جوشی سرامیک Li2TiO3 به دو روش معمولی و مایکروویو انجام شد. بیشینه چگالی g/cm3 08/3 (58/90 درصد چگالی تئوری) به روش زینتر تف­جوشی معمولی در دمای ˚C1200 و با زمان نگه­داری 3سه ساعت به­دست آمد در حالی­که بیشینه چگالی g/cm3 12/3 (76/91 درصد چگالی تئوری) به روش زینتر تف­جوشی مایکروویو در دمای ˚C1300 و بدون زمان نگه­داری به­دست آمد. بررسی رفتار حرارتی به روش DTA-TG، بررسی فازی نمونه­ها به روش XRD، و بررسی ریزساختاری نمونه­ها به روش FE-SEM انجام گرفت. هم­چنین خواص مایکروویو دی­الکتریک نمونه­های زینتر تف­جوشی شده اندازه­گیری شدند. نتایج XRD نشان می­دهد که پیک (002) که در 2θ=18.46˚ ظاهر می­شود، و مربوط به منظم شدن لایه­های کاتیونی در ساختار و تشکیل ابر شبکه است، در زینتر تف­جوشی مایکروویو از شدت بیشتری برخوردار است. مشاهدات ریزساختاری با SEM نشان می­دهد که قطعات زینتر تف­جوشی شده در کوره مایکروویو نسبت به نمونه مشابه در کوره معمولی ریزدانه­تر هستند. بیشینه خواص مایکروویو دی­الکتریک پس از زینتر تف­جوشی در کوره معمولی در دمای ˚C1200 حاصل  شده و برابر با εr= 20.29 و Q×f = 26191 GHz به­دست آمد و این در حالی­ است ­که بیشینه خواص مایکروویو دی­الکتریک پس از زینتر تف­جوشی در کوره مایکروویو در دمای ˚C1300 و برابر با εr= 20.86 و Q×f = 25610 GHz به­دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An Investigation on Microwave Sintering and Its Effects on Crystal Structure, Microstructure and Microwave Dielectric Properties of Li2TiO3 Ceramic

نویسندگان [English]

  • Somaye Ghaffari 1
  • Touradj Ebadzadeh 1
  • Masoud Alizadeh 1
  • Keivan Asadian 2
1 Department of Ceramics, Materials and Energy Research Center, Karaj, Alborz, Iran.
2 Department of Semiconductors, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran.
چکیده [English]

In this research, Li2TiO3 ceramic was sintered via heating procedures of conventional and microwave sintering. The maximum density of 3.08 g/cm3 at 1200˚C with 3 h holding time and 3.12 g/cm3 at 1300˚C without any holding time was achieved through conventional and microwave sintering, respectively. The thermal behavior was investigated using DTA-TG, phase analysis was performed by XRD technique, and microstructures were observed by FE-SEM. Also microwave measurements were performed using Network Analyser. XRD investigations showed a higher intensity of (002) peak located at 2θ=18.46˚ in microwave sintered part attributed to higher degree of cation ordering and superlattice formation. Microstructural investigations by SEM revealed the finer microstructures of microwave rather than conventionally sintered parts. The maximum microwave characteristics were measured εr= 20.29 and Q×f = 26191 GHz for parts sintered in a conventional furnace at 1200˚C and εr= 20.86 and Q×f = 25610 GHz for parts sintered in microwave at 1300˚C.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microwave sintering
  • Li2TiO3
  • microwave dielectric properties
  • Microstructure
  1. Yuan, L.L. and J.J. Bian, Microwave Dielectric Properties of the Lithium Containing Compounds with Rock Salt Structure. Ferroelectrics, 2009. 387(1),: p. 123-129.
  2. Bian, J.J. and Y.F. Dong, New high Q microwave dielectric ceramics with rock salt structures: (1−x)Li2TiO3+xMgO system (0≤x≤0.5). Journal of the European Ceramic Society, 2010. 30(2), : p. 325-330.
  3. Hao, Y.-z., et al., Enhanced sintering characteristics and microwave dielectric properties of Li2TiO3 due to nano-size and nonstoichiometry effect. Journal of Materials Chemistry, 2012. 22(45),: p. 23885.
  4. Hao, Y.-Z., et al., Microwave dielectric properties of Li 2 TiO 3 ceramics doped with LiF for LTCC applications. Journal of Alloys and Compounds, 2013. 552,: p. 173-179.
  5. Liang, J., et al., A new route to improve microwave dielectric properties of low-temperature sintered Li2TiO3-based ceramics. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2013. 24(10),: p. 3625-3628.
  6.        Bian, J.J. and Y.F. Dong, Sintering behavior, microstructure and microwave dielectric properties of Li2+xTiO3 (0≤x≤0.2). Materials Science and Engineering: B, 2011. 176(2), : p. 147-151.
  7.        Wang, J., et al., Low-temperature sintered Zn (Nb1−x Vx/2)2 O6−2.5x microwave dielectric ceramics with high Q value for LTCC application. Journal of alloys and compounds, 2005. 392(1),: p. 263-267.
  8.        Zhang, J., Y. Zhou, and Z. Yue, Low-temperature sintering and microwave dielectric properties of LiF-doped CaMg1−x Znx Si2 O6 ceramics. Ceramics International, 2013. 39, (2): p. 2051-2058.
  9. Pei, J., et al., Microwave dielectric ceramics of hexagonal (Ba1−x Ax) La4 Ti4 O15 (A= Sr, Ca) for base station applications. Journal of Alloys and Compounds, 2008. 459(1),: p. 390-394.
  10. Bai, X.-J., et al., Low-temperature sintering and microwave dielectric properties of LiF-doped Ba(Mg1/2W1/2)O3–TiO2 ceramics. Journal of Alloys and Compounds, 2016. 667, : p. 146-150.
  11. Sayyadi-Shahraki, A., et al., Microwave dielectric properties and chemical compatibility with silver electrode of Li2 TiO3 ceramic with Li2 O–ZnO–B2 O3 glass additive. Physica B: Condensed Matter, 2015. 457,: p. 57-61.
  12. Lang, J. and W.-Z. Lu, Microwave Dielectric Properties of Li2TiO3Ceramics Doped with ZnO-B2O3Frit. Journal of the American Ceramic Society, 2009. 92(4),: p. 952-954.
  13.        Liang, J., et al., Microwave dielectric properties of Li2 TiO3 ceramics sintered at low temperatures. Materials Science and Engineering: B, 2011. 176(2),: p. 99-102.
  14.        Sirugudu, R.K., R.K.M. Vemuri, and B. Murty, Microwave Sintering Studies on Low Loss (Zn, Mg) TiO3 Dielectric Resonator Materials. Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy, 2013. 47(4),: p. 262-269.
  15.        Saxena, V. and U. Chandra, Microwave synthesis: a physical concept. 2011: INTECH Open Access Publisher.
  16.        Oghbaei, M. and O. Mirzaee, Microwave versus conventional sintering: a review of fundamentals, advantages and applications. Journal of Alloys and Compounds, 2010. 494(1),: p. 175-189.
  17.        Feizpour, M., et al., Microwave-assisted synthesis and sintering of potassium sodium niobate lead-free piezoelectric ceramics. Ceramics International, 2014. 40(1),: p. 871-877.