Yeni Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 bazlı dielektrik malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of new Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 based dielectric materials
Yazar: ETHEM İLHAN SAHİN
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ALTINDAL ; DOÇ. DR. AYHAN MERGEN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Mikrodalga dielektrik seramiklerin en büyük potansiyel uygulama alanı yüksek frekansların geçerli olduğu haberleşme teknolojisi olup, bu alanda kullanılma potansiyeli olan malzemelerden biriside Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 (BZN) seramiğidir. BZN yüksek dielektrik sabitine, düşük dielektrik kaybına ve yüksek dirence sahiptir ( ? r=38, Qxf=90 THz). Ancak, BZN seramiği 1400-1500°C gibi yüksek sinterlenme sıcaklığına sahip olup, bu durum BZN seramiğinin Ag ve Cu gibi düşük ergime sıcaklığına sahip elektrotlarla kullanımını imkansız hale getirmektedir. Bu yüzden BZN seramiğinin sinterlenme sıcaklığının düşürülmesi önemlidir. BZN seramiğinin diğer bir dezavantajı rezonans frekans sıcaklık katsayısının ( ? f=30 ppm/K) yüksek olmasıdır. Bu ise BZN seramiğinin mikrodalga uygulamalarında kullanımını kısıtlamaktadır. Bu hususlar göz önüne alındığında, BZN seramiğinin sinterlenme sıcaklığının düşürülmesi ve sıfıra yakın rezonans sıcaklık katsayısına sahip BZN seramiklerinin üretilmesi önem arz etmektedir.Bu tez çalışmasında BZN seramiğinde Ba yerine Sr ve La, Zn yerine Ni, Nb yerine Sb, Ta, Ir ve Mo ilave edilerek tek fazlı katkılı BZN seramikleri üretilmiştir. XRD kullanılarak yapılan analizlerde BZN seramiğinde Sb elementinin çözünürlük sınırı x=0.4-0.5, Ta elementinin ise x=0.3-0.67 arasındadır. Sb için x=0.4'ün üzerinde, Ta için ise x=0.3'ün üzerinde yapıda ikincil fazlar oluşmaktadır. Diğer katkı ilavelerinde ise (Sr, La, Ni, Ir ve Mo) düşük oranlarda bile (x=0.05 veya 0.1) ikincil faz oluşumları gözlenmiştir. SEM sonuçları XRD sonuçlarını teyit etmektedir. 1350-1550°C aralığında sinterlenen katkılı BZN seramiklerinin relatif yoğunlukları %94 'ün üzerindedir. BZN seramiğine Ni, Sb, La ve Sr ilavesi dielektrik sabitinde düşüşe neden olmaktadır. Ta ilavesinde ise x=0.2 değerinde dielektrik sabitinde bir artış görülürken, bu katkı oranının üzerinde ise düşüş görülmüştür. Katkılı BZN seramiklerinin dielektrik sabitleri 12-44 arasında değişirken dielektrik kayıpları ise 0.0019-0.015 arasında değişmektedir. BZN seramiklerinin dielektrik sabiti sıcaklık katsayıları katkı miktarlarıyla istikrarlı bir değişim göstermemektedir.

Abstract:
The largest potential application area of microwave dielectric ceramics is the communication sector where Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 (BZN) ceramic is one of the potential material. BZN ceramic has a high dielectric constant, low dielectric loss and high resistivity ( ? r=38, Qxf=90 THz). However, BZN ceramic has a high sintering temperature between 1400-1500°C which prevents BZN ceramics to be used with low melting point electrodes like Ag and Cu. Therefore, it is crucial to decrease the sintering temperature of BZN ceramics. The other disadvantage of BZN ceramics is that they have relatively high temperature coefficient of resonant frequency ( ? f=30 ppm/K) which restricts the usage of these ceramics in microwave applications. In this respect, it is crucially important to decrease the sintering temperature of BZN ceramics and to produce these ceramics with temperature coefficient of resonant frequency near to zero.In this study, Sr and La instead of Ba, Ni instead of Zn, Sb, Ta, Ir and Mo instead of Nb were doped into the BZN and single phase BZN ceramics were produced. Solubility limits of cations were determined as x=0.4-0.5 for Sb, x=0.3-0.67 for Ta. Above the solubility limits which are 0.4 for Sb and 0.3 for Ta, secondary phases started to form. The other additives (Sr, La, Ni, Ir ve Mo) led to formation of secondary phases even at low doping contents (x=0.05 veya 0.1). SEM results also confirmed the XRD results. Doped BZN ceramics sintered between 1350-1550°C had a relative density over 94%. Ni, Sb, La and Sr additives caused a decrease in dielectric constant of BZN. However, Ta incorporation into the BZN initially increased the dielectric constant at x=0.2 but then decreased it over x=0.2. While the dielectric constant at doped BZN ceramic varied between 12-44, the dielectric loss values were between 0.0019-0.015. Temperature coefficient of dielectric constant did not vary consistently with doping content.