Processamento e caracterização de cerâmicas de Ba2Ti9O20 sem e com Dopagens de ZrO2 para aplicação como ressoadores dielétricos de microondas / Ba2TiO20 ceramics processing and characterization without and with ZrO2 doping for application as microwave dielectric resonators

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2004

RESUMO

Nas últimas décadas vários tipos de cerâmicas especiais têm sido desenvolvidos para aplicação como ressoadores dielétricos (RDs) em telecomunicações. Estes RDs devem possuir alto valor da constante dielétrica (er), elevado fator de qualidade (Qo) e baixo coeficiente de variação da freqüência de ressonância com a temperatura (tf). O composto químico nanotitanato de bário (Ba2Ti9O20) tem correspondido a essas exigências. A adição de ZrO2 tem resultado em RDs com melhores propriedades dielétricas em microondas. O objetivo deste trabalho é otimizar o processamento dos pós e das cerâmicas para obter RDS com quantidades majoritárias de Ba2Ti9O20, dopadas com ZrO2 a partir de matérias-primas brasileiras e com utilização dos métodos de processamento desenvolvidos no Laboratório Associado de Sensores e Materiais - LAS e de caracterização em microondas no Laboratório Associado de Plasma LAP do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE. O desenvolvimento destes RDs, que satisfaçam os requisitos de alta estabilidade em freqüência e baixo ruído para uma possível aplicação como oscilador local na faixa de 5 a 7 GHz de um Satélite de Comunicações, é um projeto de interesse do INPE. Investigações dos citados materiais para esta faixa de freqüência não constam na literatura. As cerâmicas foram produzidas a partir das misturas mecânicas de suspensões de pós de BaCO3, TiO2 e ZrO2. Foram também preparadas misturas mais homogêneas de pós obtidas por: i) misturas mecânicas das suspensões de pós de sulfato de bário (BaSO4) e TiO2 e ii) precipitação do sulfato de bário (BaSO4) em suspensão de TiO2 em álcool etílico, com o objetivo de otimizar os parâmetros de processamento das cerâmicas sinterizadas de Ba2Ti9O20 sem adição de zircônia. Todos os pós foram caracterizados por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A mistura dos pós de BaSO4 e TiO2 foi caracterizada por análises termo-gravimétricas (TG e DTG). Os pós foram compactados por prensagem uniaxial (40 MPa) e isostática (300 MPa) em forma de cilindros com uma relação altura/diâmetro adequada, tal que se obtivessem RDs para serem utilizados em freqüências de microondas na faixa de 5,7 a 7,0 GHz. A sintetização do Ba2Ti9O20 e a sinterização das cerâmicas foram realizadas em uma única etapa, sendo também minimizada a segregação de TiO2 nas superfícies das cerâmicas. As cerâmicas sintetizadas/sinterizadas foram caracterizadas por DRX e MEV das superfícies de fratura. Foram determinados os valores de er e de Qo em freqüências de microondas. Os resultados deste trabalho mostraram que as cerâmicas obtidas por mistura de pós de BaCO3, TiO2 e ZrO2 possuem melhores graus de densificação em menor temperatura de sintetização/sinterização e homogeneidade da microestrutura de grãos, quando comparadas aos dados da literatura internacional. As cerâmicas obtidas a partir da mistura de BaSO4 e TiO2 apresentaram uma porosidade alta com tamanhos de poros abaixo de 1 mm e formação de Ba2Ti9O20 em temperatura de cerca de 150oC menor que as anteriores. A quantidade de ZrO2 adicionada às misturas de pós mostrou não exercer influência detectável na microestrutura da cerâmica, segundo as técnicas de caracterização utilizadas. Os valores das constantes dielétricas destes ressoadores mostraram terem sido influenciados pela porosidade da microestrutura, pela quantidade adicionada de ZrO2 e possivelmente pelas impurezas inerentes às matérias-primas. Quanto aos valores dos fatores de qualidade não-carregado, determinados em torno de 5,6 GHz, estes foram menores do que os obtidos na literatura na freqüência de 3 GHz, uma vez que as perdas dielétricas aumentam com a freqüência. Os resultados obtidos para os RDs de Ba2Ti9O20, preparados a partir de BaSO4 e TiO2 são promissores e indicam a necessidade de estudos complementares para a otimização de alguns parâmetros de processamento das cerâmicas.

ASSUNTO(S)

cerâmicas zirconium oxides ceramics dielectrics frequência de microondas additives resonators aditivos titanatos de bário barium titanates óxido de zircônio dielétricos ressoadores microwave frequencies

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