Керамический материал на основе цинкзамещенного ниобата висмута

 

Изобретение относится к керамическим материалам на основе цинкзамещенного ниобата висмута и может быть использовано в производстве многослойных высокочастотных термостабильных керамических конденсаторов с электродами на основе сплава, содержащего Ag и Pd, а также в производстве многослойных микроволновых фильтров. В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания керамического материала с низкой температурой спекания, имеющего оптимальную для создания широкой гаммы получаемых на основе этого материала изделий, диэлектрическую проницаемость и высокую термостабильность. Технология получения предложенного соединения заключается в следующем. Предварительно синтезируют цинкзамещенный ниобат висмута со структурой пирохлора, затем синтезируют ниобат цинка со структурой колумбита. Полученные таким образом компоненты смешивают и дополнительно мокрым помолом вводят стекло, высушивают и получают заявленный материал. Введение ниобата цинка в широких пределах позволяет расширить серию новых материалов с широким диапазоном ТКЕ (термостабильных и термокомпенсирующих групп), обеспечивает возможность производства широкой гаммы керамических конденсаторов, в том числе конденсаторов наиболее перспективной термостабильной группы МПО, с электродами с содержанием Pd менее 30%, что приводит к существенному снижению себестоимости, а также обеспечивает изготовление термостабильных керамических конденсаторов малой емкости и термостабильности микроволновых фильтров. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к керамическим материалам на основе цинкзамещенного ниобата висмута и может быть использовано в производстве многослойных высокочастотных термостабильных керамических конденсаторов с электродами на основе сплава, содержащего Ag и Pd, а также в производстве многослойных микроволновых фильтров.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

В конденсаторостроении широко применяются высокочастотные керамические материалы с температурой спекания не выше 1120^oC, что позволяет в качестве внутренних электродов монолитных конденсаторов использовать сплав Ag-Pd с содержанием Pd не более 30%. Комплекс современных требований к радиоэлектронной аппаратуре предъявляет высокие требования к таким характеристикам керамических материалов как диэлектрическая проницаемость, которая должна обеспечивать выпуск всей гаммы номиналов керамических конденсаторов, в том числе шкалу малых емкостей, что возможно при уровне диэлектрической проницаемости не выше 40, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, а также тангенс угла диэлектрических потерь tgδ или добротность Q ~ 1/tgδ. Последний параметр особенно существенен для микроволновых фильтров.

Известен керамический материал для высокочастотных конденсаторов с температурным коэффициентом емкости от -30·10^-6 град^-1 до +30·10^-6 град^-1, содержащий твердый раствор формулы (Ba_0,9Sr_0,1) (Nd_0,8Bi_0,2)₂·Ti₄O₁₂ и добавку, в качестве которой использовано стеклообразующее соединение боросиликата xВ₂O₃·ySiO₂, см. патент РФ N 2035778, H 01 G 4/12.

Недостатками данного материала является высокая диэлектрическая проницаемость, что не позволяет изготавливать на его основе многослойные керамические конденсаторы малой емкости (единицы пикофарад), а также недостаточно низкая температура спекания, что не позволяет использовать в качестве электродов многослойных конденсаторов и фильтров сплав с содержанием Pd ниже 30%.

Известно использование магний-, цинк-, никельзамещенных ниобатов висмута кристаллохимической формулы (Bi_2/3 [ ]_1/3)₂ (Zn²⁺_1/3Nd_2/3)₂O₆) [ ]₁, где [ ] - вакансия в качестве высокочастотных конденсаторных материалов с высокой диэлектрической проницаемостью ε = 145-148 при сохранении температурного коэффициента диэлектрической проницаемости, удовлетворяющего группам температурной стабильности М330 и М470, и малом значении тангенса угла диэлектрических потерь tgδ = (2-3)·10^-4 (см. патент РФ N 2021207, C 01 G 33/00).

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано за прототип настоящего изобретения.

Недостатками прототипа, не позволяющими решить поставленную нами задачу, является относительно высокая температура спекания, приводящая к необходимости использования более дорогих электродов, и низкая термостабильность, не позволяющая изготавливать на основе этого материала термостабильные керамические конденсаторы и микроволновые фильтры.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания керамического материала с низкой температурой спекания, достаточной для использования серебро-палладиевых электродов с содержанием серебра до 90%, имеющего оптимальную для создания широкой гаммы получаемых на основе этого материала изделий, диэлектрическую проницаемость и высокую термостабильность.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению керамический материал на основе цинкзамещенного ниобата висмута кристаллохимической формулы (Bi_2/3 [ ]_1/3)₂ (Zn²⁺_1/3Nb_2/3)₂O₆ [ ]₁ со структурой пирохлора, характеризуется тем, что в него дополнительно введен ниобат цинка ZnNb₂O₆ со структурой колумбита в количестве 7,0-99,0 вес.%.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения, а именно: - в материал дополнительно введено стекло состава, вес.%: PbO - 26 - 33, Bi₂O₃ - 14 - 24, B₂O₃ - 4-10, TiO₂ - 15-21, ZnO - 21-28 в количестве 0,1 - 5,0 вес.%.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта. В предложенном техническом решении достигаются высокие значения всех основных технических характеристик, определяющих пригодность материала для использования в производстве многослойных высокочастотных конденсаторов и фильтров - температура спекания, оптимальная диэлектрическая проницаемость и высокая термостабильность.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Технология получения предложенного соединения заключается в следующем. Предварительно синтезируют цинкзамещенный ниобат висмута со структурой пирохлора, затем синтезируют ниобат цинка со структурой колумбита. Полученные таким образом компоненты смешивают и дополнительно мокрым помолом вводят стекло, высушивают и получают заявленный материал.

Примеры синтеза заявленного соединения приведены в таблице 1.

Основные технические характеристики полученных образцов материалов приведены в таблице 2.

Из таблицы видно, что введение ниобата цинка в широких пределах позволяет расширить серию новых материалов с широким диапазоном ТКЕ (термостабильных и термокомпенсирующих групп), обеспечивает возможность производства широкой гаммы керамических конденсаторов, в том числе конденсаторов наиболее перспективной термостабильной группы МПО, с электродами с содержанием Pd менее 30%, что приводит к существенному снижению себестоимости, а также обеспечивает изготовление термостабильных керамических кондесаторов малой емкости и термостабильных микроволновых фильтров.

Образцы с 1 по 8 отвечают группам температурной стабильности П100, П33, МПО, М47 и М75, а образцы с 9 по 11 - термокомпенсирующим группам М150, М220 и М330 в соответствии с ОСТ 110309-86 "Материалы керамические для создания электронной техники. Технические условия".

Добавка в заявленный материал стекла указанного выше состава, известного из патента РФ N 2035780, обеспечивает дополнительное снижение температуры спекания при расширении ее интервала, приводит к некоторому снижению ТКЕ (по абсолютной величине) и диэлектрических потерь, улучшает технологические свойства материала, имеющие существенное значение при изготовлении многослойных конструкций конденсаторов и фильтров.

Предложенный материал может быть получен промышленным способом из известных материалов с использованием известных технологий и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Керамический материал на основе цинкзамещенного ниобата висмута кристаллохимической формулы (Вi_2/3[ ] _1/3)₂ (Zn_1/3²⁺Nb_2/3)₂O₆[ ]₁ со структурой пирохлора, отличающийся тем, что в него дополнительно введен ниобат цинка ZnNb₂O₆ со структурой колумбита в количестве 7,0 - 99,0 вес.%.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введено стекло состава, вес.%: PbO 26 - 33, Bi₂O₃ 14 - 24, Bi₂O₃ 4 - 10, TiO₂ 15 - 21, ZnO 21 - 28 в количестве 0,1 - 5,0 вес.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2