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$V_2O_5$ 첨가가 $Zn_3Nb_2O_8$ 마이크로파 유전체 특성에 미치는 영향
The Effect of $V_2O_5$ Addition on the Microwave Dielectric Properties of $Zn_3Nb_2O_8$ Ceramics 원문보기

한국결정학회지 = Korean journal of crystallography, v.17 no.1, 2006년, pp.24 - 32  

윤호병 (서울산업대학교 신소재공학과) ,  이태근 (서울산업대학교 신소재공학과) ,  황연 (서울산업대학교 신소재공학과)

초록
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[ $Zn_3Nb_2O_8$ ]세라믹스에 액상소결제인 $V_2O_5$를 첨가하여 소결하여 고주파 대역에서의 유전특성의 변화를 조사하였다. $1100^{\circ}C$에서 2시간 하소한 결과 $Zn_3Nb_2O_8$를 합성할 수 있었고, $V_2O_5$를 첨가하여 소결한 $Zn_3Nb_2O_8$에서 $V_2O_5$의 mole%증가와 소결온도의 증가에 따라 상대밀도 95%의 소결특성을 확인 하였다. 유전율 특성은 $V_2O_5$ mole ratio가 $2{\sim}4%$의 시편에서 모두 ${\varepsilon}_r\;21$ 이상으로 증가됨을 확인하였고, 품질계수는 $900^{\circ}C$에서 소결한 $V_2O_5$ 2 mole% 시편에서 $Q{\times}f=40,000$을 나타내었다. 온도계수$900^{\circ}C$ 소결하고 $V_2O_5$ 1 mole% 첨가한 경우 0에 제일 가까운 $T_{cf}=-54ppm/^{\circ}C$를 나타내었고, 다른 보건에서는 $T_{cf}=-60{\sim}-80ppm/^{\circ}C$의 값을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The microwave dielectric properties of $Zn_3Nb_2O_8\;with\;V_2O_5$ addition were investigated. The addition of $V_2O_5$ enhanced the sinterability of $Zn_3Nb_2O_8$, which resulted in high density of $Zn_3Nb_2O_8$ ceramic greater than 95% of the theoretical...

AI 본문요약
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제안 방법

  • 이와 같이 높은 소성 온도는 낮추려는 노력으로 기존 저손실 고유전율 특성의 유전체 재료에 저융점 유리를 첨가한 후 소결하는 방법은'이7)세라믹재료의 마이크로파 유전 특성을 급격히 저하시키는 문제점을 안고 있다. 이러한 약점들을 극복하고자 본고에서는 저온 동시 소성 세라믹 제조법의 또 다른 대안으로 떠오르고, 저온 동시 소성에서의 고밀도의 유도가 가능하게 하는 액상소결 첨가제 를 가하는 방법을 이 용하여 商3州2。8의 유전체를 제작하여 미세구조의 변화와 전기적 특성을 실험하고자 한다.
  • 합성된 Zn’NbQg를마노 유발을 이용하여 조 분쇄 후 alumina ball, ethyl alchole, polypropylene bottle을 이용하여 5 시간 동안 milling 하였고, 120℃에서 건조 하였다. VQs 는 99.9% 이상의 분말을 마노 유발을 이용하여 분쇄 후 합성된 Zn’Nbzd 분말에 첨 가하였고 첨가되는 양은 0, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5%의 몰 비율로 첨가하였다. Zn’NbQs와 VQs분말의 혼합은 alumina ball, polypropylene bottle을 이용하여 2시간 동안 건식 혼합하였다.
  • VQs 를 첨가하여 소결한 Z^Nbq 에서 ZnO-VQs 계 액상의 형성으로 인하여, VQs 의 mole% 증가와 소결 온도의 증가에 따라 상대밀도 95%의 소결특성을 확인하였다.
  • 측정호]. 는 방법이 있으나, 본 실험에서는 유전체 공동공진기를 이용하여 온도계수를 측정하였다 . 이때 유전체 공동공진기의 재질은 열팽창계수가 작은 재질인 invar재질을 사용하였으며 내부는 은도금 된 공진기를 사용하였다.
  • 4의 결과를 보고하였으나 유전체의 특성 중 를 제외하였다. 따라서 본 논문에서는 Zn’NbM 를 ZnO와 NbQs 를 이용하여 고상반응합성 후 액 상소 결제인 VQs 를 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 mole%로 첨가하여 실용 LTCC 소결 구간인 900℃를 비롯하여 950℃, 1000℃ 에서 소결하였으며, 전기적 특성인 주파수의 온도계수 (%)를 포함한 유전율(潟, 품질 계수(0X0의 측정과 함께 미세구조의 변화를 평가하고, 응용의 가능성을 고찰하였다.
  • 마이크로파 유전율 측정을 위하여 소결된 시편의 표면을 SIC연마지(#800〜#2000)를、이용하여 순차적으로 연마하여 직경과 두께의 비를 1:0.45- 0.5)의 비율이 되도록 연마하였다.
  • 본 연구에서는 ZfNbQs세라믹스에 액 상소 결제인 V2O5 를 첨가하여 소결하였고, 그에 따른 고주파 대역에서의 유전 특성의 변화를 조사하였다. 선수축율, 밀도, X-선 회절과 SEM을 이용한 미세구조의 변화를 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 성형된 시편은 900, 950, 10001로 대기 중에서 4시간 동안 소결하였다. 실험의 개략도를 Fig.
  • 소결 특성의 측정은 마이크로미터를 이용하여 원기둥 형태 시편의 직경을 측정하여 수축률을 조사하였고 , 이후 시 편의 밀도는 water immersion technique(ASTM STD(373-72))一戊로 측정하였다. 시편을 증류수에서 3시간 동안 중탕 후 저울을 이용하여 소수점 이하 3자리에서 측정하였으며 (1)의 식으로 밀도를 계산하였다.
  • 소결된 시편의 미세구조는 전자주사현미경 (JEOL) 을 이용하여 관찰하였으며 SiC 연마지를 이용하여 최종적으로 #2000까지 순차적으로 연마 후 alumina paste(0.3, 0.05 pim)로 경면연마 한 후 관찰하였다.
  • VQs 의 첨가량과 소결온도의 영향에 따라 증가된 밀도의 변화는, 수축율, 유전율, 품질 계수의 결과를 변화시키는 원인을 발생시킨다. 소결된 시편의 온도와 VQs 의 첨가량에 따른 수축 및 밀도의 변화를 측정하였다. VQs 의 첨가량과 소결온도가 높아짐에 따라 수축율의 증가를보이다가 VQs의 첨가량이 3 mole%에서부터 전체적으로 수축율이 낮아지는 경향을 보이고 있다.

대상 데이터

  • 원료 분말은 99.9% 이상의 ZnO와 NbzQ를 사용하였으며 몰비는 3대 1의 비율로 하여 alumina ball, ethyl alchole, polypropylene boale 을 이용하여 6시 간 동안 교반 및 건조하였으며 , 하소조건은 1100℃, 2h의 조건으로 알루미나 도가니를 이용하여 대기중에서 하소하였다. 합성된 Zn’NbQg를마노 유발을 이용하여 조 분쇄 후 alumina ball, ethyl alchole, polypropylene bottle을 이용하여 5 시간 동안 milling 하였고, 120℃에서 건조 하였다.
  • 는 방법이 있으나, 본 실험에서는 유전체 공동공진기를 이용하여 온도계수를 측정하였다 . 이때 유전체 공동공진기의 재질은 열팽창계수가 작은 재질인 invar재질을 사용하였으며 내부는 은도금 된 공진기를 사용하였다.
  • 무부하 품질 계수(0)의 값의 계산은 식 (6), (7) 을 이용하였다 . 측정장비는 Network Analyser E8346A 를 사용하였다.

이론/모형

  • 소결체의 마이크로파 유전율 缶은 Hakki-Colemann 에 의 해 제 시 된 평형 도체 판 법 (post resonator method) 으로 network analyser(E8346A; Agilent Technology)를 이용하였다. Fig.
  • 온도계수 평가는 평행 판 공진기를 이용하여 측정하는 방법과 유전체 공동공진기를 이용하여 측정호]. 는 방법이 있으나, 본 실험에서는 유전체 공동공진기를 이용하여 온도계수를 측정하였다 .
  • 품질 계수의 측정에서는 시편은 표면의 거칠기가 품질 계수에 영향을 미치므로 Sic 연마지 #2000까지 순차적으로 연마한 후 측정하였으며 , 측정은 은도금된 cavity를 사용하여 캐비티 공진법 (Open Cavity Resonater Method) 으로 측정하였으며 , 장치 도를 Fig. 3에 나타내었다. 무부하 품질 계수(0)의 값의 계산은 식 (6), (7) 을 이용하였다 .
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참고문헌 (20)

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  20. Lee, Y. C., Lin, C. H. and Lin, I. N., Material Chemistry and Physics, 79(2-3) 124, (2003) 

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