патент
№ RU 2687681
МПК C04B35/50

Керамический материал

Авторы:
Иванова Валентина Ивановна Уваренкова Юлия Александровна Потешкина Анастасия Андреевна
Все (9)
Номер заявки
2018123071
Дата подачи заявки
25.06.2018
Опубликовано
15.05.2019
Страна
RU
Дата приоритета
27.05.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к материалам электронной техники и может быть использовано в производстве диэлектрических фильтров, антенных подложек и различных электронных компонентов для изделий СВЧ-техники. Предлагаемый керамический материал содержит следующие компоненты, вес.%: СаО 19,9÷25,0; GdO53,8÷62,0; AlO15,2÷17,4; TiO- остальное. Технический результат изобретения - получение термостабильного керамического материала, температурный коэффициент частоты которого изменяется в пределах (0±6)⋅101/град с малыми диэлектрическими потерями tgδ≤2,5⋅10при сохранении величины диэлектрической проницаемости ε'=20±1,0. Предлагаемый материал позволяет создавать малогабаритные объемные керамические резонаторы и фильтры, тем самым расширяя номенклатуру современных селективных устройств, и способствует дальнейшей миниатюризации аппаратуры мобильной и космической связи. 1 табл., 6 пр.

Формула изобретения

Керамический материал, содержащий оксиды кальция, алюминия и титана, отличающийся тем, что он содержит оксид гадолиния при следующих соотношениях компонентов, вес.%:
Оксид кальция (СаО)19,9÷25,0
Оксид гадолиния (Gd2O3)53,8÷62,0
Оксид алюминия (Al2O3)15,2÷17,4
Оксид титана (TiO2) Остальное

Описание

Изобретение относится к материалам микроволновой техники, которые могут быть использованы при производстве термостабильных керамических резонаторов, фильтров, антенных подложек и прочих электронных СВЧ компонентов. К характеристикам этих материалов предъявляются высокие требования: фиксированное значение диэлектрической проницаемости -ε' в зависимости от частоты применения; низкие диэлектрические потери - tgδε или добротность - Q=1/tgδε и минимальный температурный коэффициент частоты - ТКЧ (ТКЧ~-1/ТКε). Для важнейшего частотного диапазона беспроводной мобильной и спутниковой связи (0,7-13,8 ГГц) дальнейшая миниатюризация микроволновых систем может быть достигнута при использовании термостабильной керамики с ε'~19-21 и малыми диэлектрическими потерями tgδε<3⋅10-4.

Известна керамика с необходимым значением диэлектрической проницаемости и малыми диэлектрическими потерями в составе твердых растворов MgTiO3-CaTiO3 [Каталог АО «НИИ «Феррит-Домен»]. Например, марка 20МСТ характеризуется следующими параметрами: ε'=20±1; tgδε=2⋅10-4; τf=(0±20)⋅10-6 1/град. Однако этот материал имеет высокое значение температурного коэффициента. Другой материал состава Ba(Mg1/3Ta1/3)O3 описан в [Japanese Joumal of Applied Physics V. 21; №10(1982 г)] имеет следующие параметры: ε'=25; tgδε=6⋅10-4(f=10 ГГц) и τf=+21/град. На основании этих исследований разработана марка КТ-24 [Каталог АО «НИИ «Феррит-Домен»], которая имеет оптимальное сочетание основных параметров: малые диэлектрические потери - tgδε=2⋅10-4 и ТКЧ=(0±10)⋅10-6 1/град. Однако диэлектрическая проницаемость данной марки имеет более высокое (ε'=24-25) значение. В предлагаемом изобретении ставится задача получения материала с ε'=20±1.

Известен термостабильный материал [патент №7754634, США, 2010 г.], содержащий оксиды кальция, алюминия, титана и редкоземельные окислы самария или неодима, синтез которого проходит при очень высокой температуре Т≥1500 град. Приведены, его диэлектрические параметры: δ'18÷25, τf=(0±10)⋅10-6 1/град и tgδε≤2⋅10-4 на частоте 10 ГГц. К недостаткам этого материала можно отнести большие энергозатраты и высокую (в 3-4 раза) стоимость оксидов Nd2O3 и Sm2O3 по сравнению с Cd2O3.Этот патент является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения по совокупности существенных признаков и достигаемому результату и взят нами за прототип.

Технический результат данного изобретения заключается в получении термостабильного керамического материала с ТКЧ=(0±6)⋅10-6 град-1 с малыми диэлектрическими потерями tgδε≤2,5⋅10-4 при сохранении величины диэлектрической проницаемости ε'=20±1.

Для достижения технического результата предлагается керамический материал, который отличается тем, что в исходных компонентах содержится оксид гадолиния, а также иным соотношением оксидов, что обеспечивает получение термостабильного керамического материала с малыми потерями при сохранении диэлектрической проницаемости на уровне 20±1, при следующем соотношении компонентов, вес %:

Оксид кальция (СаО) - 19,9÷25,0

Оксид гадолиния (Gd2O3) - 53,8÷62,0

Оксид алюминия (Al2O3) - 15,2÷17,4

Оксид титана (TiO2) - остальное.

Предлагаемый керамический материал получают по следующей технологии. Исходные компоненты, взятые в необходимых соотношениях, тщательно перемешивают алундовыми мелющими телами в дистиллированной воде в течение 20-24 часов. Высушенную смесь протирают через капроновое сито и синтезируют при температуре 1200-1250 град в течение 4-6 часов на воздухе. Измельчение шихты проводят по режиму, аналогичному первому помолу. Изделия прессуют при удельном давлении 1 т/см2 из пресс-порошка, используя в качестве связующего 1,5% раствор метилцеллюлозы, и обжигают при Т=1350-1380 град в течение 4 часов. Примеры получения керамического материала, их состав и свойства приведены в таблице 1.

В примерах №1, 2, 3, 4 даны химические составы керамики в пределах заявленных процентных соотношениях и соответствующие им диэлектрические свойства. Из примеров видно, что достигнуты планируемые технические результаты.

Пример №5. Увеличение содержания СаО и TiO2 и уменьшение содержания Al2O3 и Gd2O3 по сравнению с заявленными пределами приводит к увеличению ТКЧ и наблюдается тенденция увеличения диэлектрической проницаемости.

Пример №6. Уменьшение содержания СаО и TiO2 и увеличение содержания Al2O3 и Gd2O3 по сравнению с заявленными пределами приводит к снижению диэлектрической проницаемости и росту диэлектрических потерь.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе выполнения тематического плана предприятия «Разработка керамического материала с улучшенной термостабильностью с диэлектрической проницаемостью ε'=20±1 для серийного выпуска керамических фильтров». Создание нового материала расширит номенклатуру современных селективных устройств для перспективной радиоэлектронной аппаратуры.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты