Керамический материал
Использование: керамические материалы для радиоэлектронной технике СВЧ-диапазона, в частности для фазовращателей с феррито-керамическими вкладышами. Сущность изобретения: керамический материал содержит в качестве оксидов редкоземельных элементов лантан-цериевый концентрат состава, мас.%: оксид лантана БФ LaaOs 50,0 - 55,0; оксид церия БФ СеС-2 35,0 - 40,0; оксид неодима БФ NcteOa 5,0 - 7,5; оксид празеодима БФ Рг20з 5,0 - 7,5 и дополнительно оксид бария БФ (ВаО) при следующем соотношении компонентов, мас.%: титанат магния БФ (МдТЮз) 66,0 - 78,0; титанат стронция БФ (ЗгТЮз) 20,5 - 25,5 оксид марганца БФ (МпО) 1,2 - 2,0; лантан-цериевый концентрат 0,2 - 9.0 и оксид бария БФ (ВаО) 0,1 -1,0. Полученный по обычной керамической технологии материал имеет следующие параметры: е27- 31; tg б (на частоте 1010 Гц) (3 - 7) ТК Ј (60 - 1000) град.1; ТКЛР (80 - 98). град 1- водопоглощение 0,01 - 0,02%. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 С 04 В 35/46
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ с
Ос и
Д Ы
1
1)>
1 (21) 4806287/33 (22) 30.03.90 (46) 15.09.92. Бюл. %34 (71) Центральное конструкторское бюро специальных радиоматериалов (72) З.В.Корякова, В.Г.Хрящева, Л,И,Подзорова, Л,А.Евдокимова, Е.Д.Политова и
В.Г.Де-Мондерик (56) Авторское свидетельство СССР
N 1449639, кл. В 04 В 35/46, 1989.
Заявка ФРГ
М 2641832, кл. С 04 В 35/46, 1978. (54) КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ (57) Использование: керамические материалы для радиоэлектронной технике СВЧ-диапазона, в частности для фазовращателей с феррито-керамическими вкладышами. Сущность изобретения: керамический материал
Изобретение относится к керамическим материалам, используемым в радиоэлектронной технике СВЧ-диапазона, Одним из важнейших узлов разнообразных устройств РЭА являются фазовращатели. В современных конструкциях наибольшее распространение получили фазовращатели с феррито-керамическими вкладышами. Причем, от свойств феррита зависят значения выходных параметров фазовращателей, а свойства керамического м атериала определенно влияют на оптимизацию этих параметров.
Рабочая частотная область фазовращателей при изменении температуры должна быть свободной от паразитных резонансов волн высших типов. Смещения паразитных ре ;юнансов можно добиться использованием кладышей из керамических материалов, обладающих высокими отрицательными
„„ Ы„„1761721 А1 содержит в качестве оксидов редкоземельных элементов лантан-цериевый концентрат состава, мас.%: оксидлантана БФ агОз
50,0 — 55,0; оксид церия БФ СеОг 35,0 — 40,0; оксид неодима БФ ИЫгОЗ 5,0 — 7,5; оксид празеодима БФ РггОЗ 5,0 — 7,5 и дополнительно оксид бария БФ (ВаО) при следующем соотношении компонентов, мас.%: титанат магния БФ (Mg TiOg) 66,0 — 78,0; титанат стронция БФ (Я TIO3) 20,5 — 25,5: оксид марганца БФ (МпО) 1,2 — 2,0; лантан-цериевый концентрат 0,2 — 9,0 и оксид бария БФ (ВаО) 0,1 — 1,0. Полученныи по обычной керамической технологии материал имеет следующие параметры: е 27 — 31; tg д (нэ частоте 10 Гц) (3 — 7).10; ТК E (60—
1000).10 град.; ТКЛ P (80 — 98).10 град. водопоглощение 0,01 — 0,02%, 2 табл. значениями, температурного коэффициента диэлектрической и рони цаемости (ТКе ). П ри этом значение диэлектрической проницаемости E должно лежать в пределах 20 — 40 единиц, поскольку более высокие ее значения ухудшают распределение электромагнитного поля в феррите и уменьшают величину полезно используемой энергии.
При этом следует. учитывать то, что керамический материал должен иметь низкие диэлектрические потери (Тц д 7 х10 ).
-4
Кроме того, для обеспечения механической прочности и сохранения оптимальных параметров фазовращателя необходима согласованность значений температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛ P) пары феррит-керамика в области рабочих температур (20 — 100 С), Значения ТКЛР литий-марганцевых ферритов, используемых в фазовращэтелях, 1761721 составляют(80 — 98)-10 град, " в указанном интервале температур, Известен керамический материал, представляющий собой композицию для микроволнового диапазона с общей форму- 5 лой (1 - х)М9Т!03 — x(Ca>-yMey)Ti03, где:
0,03 х 0,15,0,001 у = 0006, Ме У,1а, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Со
Материал обладает е = 18 — 23,1; т9д = 10
=-(3 — 7) 10 в СВЧ-диапазоне и ТКЯ, . изменяющимся от -56x10 до +64х10 град.
Недостатками данного материала являются: низкие значения диэлектрической про- 15 ницаемости и ее температурного коэффициента, что не позволяет усовершенствовать конструкцию фазовращателя;
ТКЛР не обеспечивает согласованность с ТКЛР-литий-марганцевого феррита; 20 технология основана на применении особо чистых реактивов, что усложняет и удорожает процесс изготовления материала.
Известен керамический материал, со- 25 держащий оксиды титана, магния, стронция, марганца, а также полирит в соотношении; Ti0254,6 — 55,3/; Mg022,6—
235/о SrO 11 3 129/о МпО 0,9 1 2/о полирит 8,7 — 9,0/, имеющий диэлектриче- 30 скую проницаемость 27 +1 при стабильном щ д в СВЧ-диапазоне и малом ТКе в интервале рабочих температур — 60 — +250 С. Недостатком данного материала является низкое значение ТКе, что также не позволя- 35 ет усовершенствовать конструкцию фазовращателя, Наиболее близким к предлагаемому материалу является керамический материал, содержащий, мас. /: MgTi03 40 — 98; CaTi03 40 и/или SrTi03 до 59,9; МпС03 (или MnO) 0,1 — 1,0; а203 (или смесь оксидов P,З. Э.) О, 1 — 1,0; Ре203 0 — 3,0; А 203 или бентонит 0—
5,0.
ТКе материала колеблется от 12х10 до 45
-2000х10 град,, я= 13 — 64, tg д =(1,5—
7)х10 измеренные на частоте 10 Гц.
К недостаткам материала относится то, что материал предназначен только для диапазона ВЧ, ТКЛР не согласуется с ТКЛР литиймарганцевого феррита, что не позволяет получить фазовращатель с оптимальными физико-механическими характеристиками.
Цель изобретения — повышение температурного коэффициента линейного расши- 55 рения до величины (80 — 98).10 град.1 и снижение водопоглощения.
Поставленная цель достигается тем, что. керамический материал. включающий
MgTiO3, SrTiO3 МпО и оксиды редкоземельных элементов, содержит в качестве оксидов редкоземельных элементов лантан-цериевый концентрат состава, мас. о, ба203 50,0 — 55,0
CeOz 35,0 — 40,0
Йб203 5,0 — 7,5
PrzO3 5,0 — 7,5 и дополнительно оксид бария при следующем соотношении компонентов, мас, /:
МЦТ!03 66,0 — 78,0
S гТ!03 20,5 — 25,5
МпО 1,2 — 2,0 лантан-цериевый конц. 0,2 — 9,0
ВаО 0,1 — 1,0
Выбранное соотношение компонентов позволяет получить керамику с необходимым комплексом физико-технических характеристик: ТКЛP = (80 — 98)х10 град. в температурном интервале 20 — 100 С, водопоглощение менее 0,02 /, e = 27 — 31, ТК к
= (-60 — -1000)x10 град., tg д не более
7х10" в СВЧ-диапазоне.
В табл.1 представлены составы предлагаемого материала, В примерах 1 — 18 были использованы следующие конкретные составы лантан-цериевого концентрата, мас. /о:
Состав А La203 50,0
CeOz 35,0
Йбгоз 7,5
P гг03 7,5
Состав Б Laz03 55,0
CeOz 36,0
Nd2O3 5,0
PrzO3 5,0
СОСтав В La203 52,0
СеОг 36,0
NdzG3 6,0
Рг203 6,0
Состав Г Laz03 50,0
СеОг 40,0
NdzO3 5,0
Рг203 5.0
В примерах 2,3,6,9 (табл.1) был использован состав А, в примерах 4,5 — состав Б, в примере 7 — состав В, в примерах 1,8— состав Г, Выбор соотношения компонентов определялся следующими факторами: количество титанатов магния и стронция cQQTBBTGTBóåò получению материала с диэлектрической проницаемостью 27 — 31, Изменение содержания MgTi03 и SrTi03, выходящее за пределы, указанные в табл,1, вызывает отклонение диэлектрической проницаемости от оптимального значения.
Причем, увеличение содержания М9Т 0„"
1761721 приводит к снижению воздействия керамики на активность феррита, а увеличение содержания ЗгТ!Оз ухудшает спекание.
Введение La — Се концентрата менее
0,2% не позволяет получить плотноспеченные образцы; при содержании его свыше
9% происходит изменение электрофизических характеристик в отрицательную сторону, что связано с изменением фазового состава синтезируемого материала и разрушением мелкокристаллической плотноспеченной структуры; введение МпО менее1,2% неоказывает существенного влияния на диэлектрические потери материала в диапазоне СВЧ; при содержании МпО более 2,0% ухудшаются электрофизические свойства, что связано с образованием соединений типа МеМпОз; введение ВаО менее 0,1% ведет к снижению ТКЛР керамического материала за пределы значений 80х10 град. в интервале температур 20 — 100 С, что вызывает рассогласованность линейного расширения керамики и литий-марганцевого феррита и, как следствие, ухудшение выходных параметров фазовращателя; введение ВаО более 1,0% способствует повышению значений ТКЛР керамического материала эа пределы 98х10 град., в интервале рабочих температур 20 — 100 С, что также вызывает рассогласованность ТКЛР, Пример (изготовление материала).
Предлагаемый материал изготавливается по традиционной керамической технологии, Предварительно синтезированные титанаты магния и стронция, а также оксид марганца, оксид бария и лантан-цериевый концентрат смешиваются согласно композициям, приведенным в табл.1. Смешение— сухое с добавкой,0,5% олеиновой кислоты s качестве ПАВ. Продолжительность Смешения 10 ч, Подготовленная смесь пластифицируется поливиниловым спиртом 8%-ной концентрации, который вводится в количе5 стве 4 — 6%. Из полученного пресс-порошка при удельном давлении 60 — 100 МПа прессуются образцы диаметром 50 и высотой 3 — 4 мм. Образцы обжигаются при температуре 1430 — 1450 С с выдержкой в течение 1
10 ч.
Диэлектрические характеристики материала измерялись по ГОСТ 8,544 — 86, ТКЛР— по ГОСТ 10978 — 83, водопоглощение — по
ГОСТ 2409 — 80.
15 В табл,2 приведены сравнительные характеристики керамических материалов заявленного и по прототипу, Формула изобретения
Керамический материал, включающий
20 титанат магния, титанат стронция и оксиды марганца и редкоземельных элементов, о тл и ча ю щи йся тем, что, с целью повышения температурного коэффициента линейного расширения до величины (80 — 98) 10
25 град-1 и снижения водопоглощения, он содержит в качестве оксидов редкоземельных элементов лантан-цериевый концентрат состава, мас.%: оксид лантана 50,0 — 55,0
30 оксид церия 35,0 — 40,0 оксид неодима 5,0 — 7,5 оксид празеодима 5,0 — 7,5 и дополнительно оксид бария при следующем соотношении компонентов, мас,%:
35 титанат магния 66,0 — 78,0 титанат стронция 20,5 —. 25,5 оксид марганца 1,2 — 2,0 указанный лантанцериевый концентрат 0,2 — 9,0
40 оксид бария О, 1 — 1,0
1761721
Таблица1
Пример
Компонент, мас.
M Т!Оз
La-Ce кон
$гТ! Оз
25,5
МпО
ВаО
72,6
1,5
0,2
0,7
69,3
23,0
1,5
5,5
0,7
68,3
20,5
1,5
9,0
0,7
0,2
71,3
2,0
5,0
21,5
71,3
21,5
1,2
5,0
1,0
77,0
21,4
1,2
0,2
0,2
66,0
25,5
1,5
6,5
0,5
20,5
78,0
1,2
0,2
0,1
67,2
20,8
2,0
9,0
1,0
10,0
10Х
67,3
20,5
1,5
0,7
11х
72,5
20,5
1,0
5,0
1,0
12х 0,2
73,8
21,5
2,5
2,0
13х
23,0
70,0
2,0
5,0
14"
73,5
24,0
1,3
25,0
15х
65,0
1,5
7,8
0,7
16х
79,0
17,5
1,2
2,0
0,3
17х
71,0
19,0
1,2
8,5
0,3
18х
67,0
27,0
1,2
4,5
0,3
Примеры с запредельными значениями компонентов.
1761721
Таблиц а2
ТКЯ х10 ТКЛР х10 W, 7. град град
EH. к.у.: ся3 х 1(Г.Пример
= 10 Гц
Прототип
78
76
78
37,0
28,0
30,0
31,0
0,2
0,04
0,1
0,1
-300
-400
-450
-550
Составитель 3.Корякова
Редактор H.Ñèëüíÿãèíà Техред М,Моргентал Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö
Заказ 3231 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101
2
4
6
8
11
12
13
14"
16
17
31,0
28,7
27,0
29,0
29,0
27,0
31,0
27,0
27,5
26,0
30,0
31,4
29,5
29,3
32,5
25,4
26,1
33,2
7
4
5
4
4
6
6
-1000
-400
-120
-.260
-280
-350
-800
-60
-510
-100
-300
-220
-100
-21 0
-490
86
88
88
81
96
82
86
98
88
98
76
102
96
84
0,01
0,01
0,01
0,01
0,02
0,01
0,02
0,02
0,02
0,02
0,05
0,04
0,1
0,1
0,1
0,02
0,02
0,1
