патент
№ RU 2624475
МПК C04B35/195

КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Авторы:
Иванова Валентина Ивановна Потешкина Анастасия Андреевна Уваренкова Юлия Александровна
Все (12)
Номер заявки
2016119866
Дата подачи заявки
23.05.2016
Опубликовано
04.07.2017
Страна
RU
Дата приоритета
14.07.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, а именно к материалам, предназначенным для использования в высокочастотном и сверхвысокочастотном диапазонах. Предлагаемый керамический материал содержит следующие компоненты, вес. %: MgO 6,2-13,0; AlO23,4-33,3; ZnO 1,3-12,5; MnO1,2-12,1; SiO- остальное. Технический результат изобретения - получение керамического материала с низким уровнем диэлектрических потерь tgδ≤4⋅10, при сохранении низкой величины диэлектрической проницаемости ε΄ 4,0±0,2 и влагопоглощения ≤0,1%. Предлагаемый материал позволит расширить номенклатуру материалов и создаваемых на их основе современных высокодобротных радиоэлектронных устройств. 9 пр., 2 табл.

Формула изобретения

Керамический материал, содержащий оксид магния, алюминия, кремния и цинка отличающийся тем, что он содержит оксид марганца при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Оксид магния (MgO)13,0-6,2
Оксид алюминия (Al2O3)33,3-23,4
Оксид цинка (ZnO)1,3-12,5
Оксид марганца (Mn2O3)1,2-12,1
Оксид кремния (SiO2)Остальное

Описание

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания керамических материалов с низкой диэлектрической проницаемостью и малыми диэлектрическими потерями, предназначенных для использования в высокочастотном и сверхвысокочастотном диапазонах для изготовления широкого класса приборов электронной техники.

Основными характеристиками керамических материалов являются:

- заданная величина действительной составляющей комплексной диэлектрической относительной проницаемости на функциональной частоте - ε';

- тангенс угла диэлектрических потерь - tgδε,

- плотность материала, г/см3 - ρ,

- влагопоглощение, % - W.

Для повышения добротности высокочастотных микроволновых приборов керамический материал должен обладать уменьшенными диэлектрическими потерями (tgδε≤4⋅10-4), плотностью, близкой к теоретической, и минимальным влагопоглощением (≤0,1%).

В настоящее время почти отсутствуют плотные керамические материалы с диэлектрической проницаемостью ниже чем ε'=4,7 и малыми диэлектрическими потерями.

Известен отечественный органический диэлектрик СТ-4 с ε'=4 (ОСТ4ГО.023.600), но по сравнению с керамическими диэлектриками, их диэлектрические потери гораздо выше, а температура размягчения очень низкая (~200 С°). Эти факторы ограничивают их применение в СВЧ приборах.

Известен также отечественный аналог керамического материала 5К (каталог АО «НИИ» Феррит-Домен») с низкими диэлектрическими потерями, но значение диэлектрической проницаемости ε' выше заявляемого.

Среди зарубежных аналогов известен патент США №6.440.883, в котором предложен основной состав керамики MgO-Al2O3-SiO2, дополнительно материал содержит окислы щелочных металлов, таких как K2O в количестве не более 0,1% от общей массы керамики. Присутствие окислов щелочных металлов, образуя стеклофазу, способствуют снижению температуры спекания до 1450°С. Положительным результатом помимо снижения температуры спекания, является также уменьшение диэлектрических потерь на отдельных составах. Среди примеров различного состава приводится также керамический материал с диэлектрическими свойствами: ε'=4,8 и tgδε=4⋅10-4, по своим свойствам соответствующий отечественному керамическому материалу 5К, разработанному ранее.

В отечественном патенте №2581860 (патентообладатель ОАО «НИИ «Феррит-Домен») предложен керамический материал на основе окислов MgO, Al2O3, ZnO, SiO2, обладающий низким значением диэлектрической проницаемости ε'≤4,2, но имеющий повышенные диэлектрические потери tgεδ=7⋅10-4.

Параметры рассмотренных аналогов приведены в таблице 1.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является керамический материал по патенту №2581860, взятый в качестве прототипа.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении керамического материала с низким уровнем диэлектрических потерь ≤4⋅10-4, при сохранении низкой величины диэлектрической проницаемости 4,0±0,2 и влагопоглощения ≤0,1%.

Для достижения технического результата предлагается керамический материал, который содержит в качестве базового состава оксиды магния, алюминия, кремния и цинка, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид марганца, при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Оксид магния (MgO) - 13,0-6,2

Оксид алюминия (Al2O3) - 33,3-23,4

Оксид цинка (ZnO) - 1,3-12,5

Оксид марганца (Mn2O3) - 1,2-12,1

Оксид кремния (SiO2) – остальное.

Предлагаемый керамический материал получают по следующей технологии.

Исходные компоненты, взятые в необходимых соотношениях, перемешиваются в дистиллированной воде в шаровой мельнице в течение 20-24 часов при соотношении масса : шары : вода (м:ш:в), равным 1:2:2,5. В качестве мелющих тел используются высокоплотные алундовые цилиндры диаметром и высотой 12 мм. Высушенную смесь протирают через капроновые сита и синтезируют при температуре 1280-1300°С в течение 4-6 часов на воздухе. После чего шихта подвергается мокрому помолу по режиму, описанному выше.

Пресс-порошок готовится путем введения 1/5 части от веса шихты 1,5% раствора метилцеллюлозы. Спрессованные при удельном давлении 1 т/см2 образцы спекаются на воздухе при температуре 1240-1400°С в течение 2-4 часовой выдержки.

На спеченных образцах измерялись следующие параметры: плотность, диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери и влагопоглощение.

Плотность ρ определялась методом гидростатического взвешивания. Действительная составляющая комплексной диэлектрической относительной проницаемости (ε') и тангенс угла диэлектрических потерь (tgδε) измерялись резонансным методом на частоте 6,5 ГГц на шлифованных дисках диаметром 20÷24 мм и толщиной 2÷3 мм, полученных в результате спекания образцов. Влагопоглощение W рассчитывают по формуле:

,

где q0 - первоначальный вес, q1 - вес после 24 ч погружения в дистиллированную воду.

Примеры полученной керамики, их химической состав и электрофизические свойства приведены в таблице 2.

В примерах №1, 2, 3, 4, 5 даны химические составы в пределах заявленных процентных соотношений и соответствующие им электрофизические свойства, полученные в результате испытаний по стандартным методикам.

Пример №6. Увеличение содержания MgO и уменьшение ZnO, по сравнению с заявленными пределами, приводит к росту диэлектрической проницаемости.

Пример №7. Уменьшение содержания MgO и увеличение ZnO, по сравнению с заявленными пределами, приводит к увеличению диэлектрических потерь.

Пример №8. Увеличение содержания Al2O3 и уменьшение Mn2O3, по сравнению с заявленными пределами, приводит к увеличению диэлектрической проницаемости и росту диэлектрических потерь.

Пример №9. Уменьшение содержания Al2O3 и увеличение Mn2O3 по сравнению с заявленными пределами, приводит к увеличению диэлектрических потерь, кроме того, становится невозможным получить хорошо спеченный материал, поэтому возрастает влагопоглощение.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе выполнения тематического плана предприятия «Исследование возможности получения керамического материала с диэлектрической проницаемостью ε'=4±0,2 и tgδε≤4⋅10-4».

В дальнейшем при соответствующей технологической отработке будет выпущена документация на данный керамический материал марки 4К.

Создание керамического материала с малыми диэлектрическими потерями и с низкой диэлектрической проницаемостью позволит расширить номенклатуру материалов и создаваемых на их основе современных высокодобротных радиоэлектронных устройств.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты