Композиция стекла для формования стекловолокна



Композиция стекла для формования стекловолокна
Композиция стекла для формования стекловолокна
Композиция стекла для формования стекловолокна
Композиция стекла для формования стекловолокна

 


Владельцы патента RU 2478585:

ППГ ИНДАСТРИЗ ОГАЙО, ИНК. (US)

Изобретение относится к составам стекол для формования волокна. Технический результат изобретения заключается в снижении диэлектрической постоянной волокна. Композиция стекла для формования волокна содержит следующие компоненты, мас.%: SiO2 - 60-68; В2О3 - 7-12; Al2O3 - 9-15; MgO - 8-15; CaO - 0-4; Li2O>0-2; Na2O - 0-1; K2O - 0-1; Fe2O3 - 0-1; F2 - 0-1; TiO2 - 0-2 и другие компоненты 0-5 мас.%, причем содержание Li2O больше содержания Na2O или содержания К2О. 5 н. и 35 з.п. ф-лы, 4 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композициям стекла, которые приспособлены для формования волокна, которое может быть использовано для армирования композитных подложек, включающих печатные платы ("РСВ"). Более точно, изобретение относится к армирующему стекловолокну с электрическими свойствами, которые позволяют улучшить характеристики РСВ.

Уровень техники

"Dk" это диэлектрическая постоянная материала, также известная как "проницаемость" и мера способности материала накапливать электрическую энергию. Желательно, чтобы материал, используемый в качестве конденсатора, имел относительно высокую Dk, тогда как материал, используемый в качестве части подложки РСВ, имел низкую Dk, особенно для быстродействующих схем. Dk является отношением накопленного заряда (то есть, емкость) данным материалом между двумя металлическими пластинами к заряду, который мог быть накоплен пустотой (воздух или вакуум) между теми же двумя металлическими пластинами. Dt или коэффициент диэлектрических потерь является мерой потери энергии в диэлектрическом материале. Dt является отношением омических потерь тока к емкостной составляющей тока и равен тангенсу угла потерь. Для быстродействующих схем желательно, чтобы Dt материалов, включающих подложки РСВ, был относительно низким.

Обычно РСВ армируют стекловолокном семейства композиций "Е-стекла" на основании "Описания стандарта для прядей стекловолокна" D 578 Американского Общества Испытаний и Материалов. По этому определению, Е-стекло для применения в электронике содержит 5-10 масс процентов B2O3, чем признается желательный эффект В2О3 на диэлектрические свойства композиций стекла. Волокно Е-стекла для применения в электронике обычно имеют Dk в диапазоне 6,7-7,3 при частоте 1 мГц. Стандартное электронное Е-стекло также разработано для обеспечения температуры плавления и формования, пригодной для практического производства. Температура формования (температура, при которой вязкость составляет 1000 пуаз), также обозначаемая в описании как Tf для коммерческого электронного Е-стекла, обычно находится в диапазоне 1170 -1250°С.

Для высококачественных печатных плат требуется армирующий наполнитель с более низкой Dk по сравнению с Е-стеклом для лучших характеристик, то есть передачи меньшего шумового сигнала при применении в телекоммуникациях и компьютерах. Пониженная Dk относительно Е-стекла также необязательно желательна в электронной промышленности. В то время как в промышленности РСВ имеется потребность в стекловолокне с низкой диэлектрической проницаемостью, для изготовления армирующего стекловолокна требуется, чтобы экономически целесообразное производство было направлено на достижение успешной коммерциализации волокон с низкой диэлектрической проницаемостью. Производство предложенных с этой целью в известном уровне техники некоторых композиций стекла с низкой Dk не соответствует экономическим требованиям.

Некоторые стекла с низкой диэлектрической проницаемостью известного уровня техники характеризуются высоким содержанием SiO2 или высоким содержанием B2O3, или комбинацией высокого содержания SiO2 и высокого содержания B2O3. Пример последнего известен как "D-стекло". Детальная информация об этом подходе к стеклу с низкой Dk может быть найдена в статье L.Navias и R.L.Green, "Dielectric Properties of Glasses at Ultra-High Frequencies and their Relation to Composition," J. Am. Ceram. Sec 29, 267 - 276 (1946), US 2003/0054936 Al (S. Tamura) и JP 3409806 B2 (Y. Hirokazu). Волокна из SiOz и стекол типа D-стекла были использованы для армирования в форме ткани для подложек РСВ, например слоистые материалы, содержащие тканые волокна и эпоксидную смолу. Хотя оба из таких подходов успешно обеспечивают низкую Dk, иногда даже такую низкую как около 3,8 или 4,3, высокие температуры плавления и формования таких композиций приводят к нежелательно высокой стоимости таких волокон. Для волокон D-стекла обычно требуются температуры формования выше 1400°С и SiO2 волокна требуют температуры формования порядка около 2000°С. Кроме того, D-стекло характеризуется высоким содержанием В2О3, таким как 20 мас.% или более. Поскольку В2О3 наиболее дорогое сырье, требуемое для изготовления обычного электронного Е-стекла, использование намного больших количеств В2О3 в D-стекле значительно увеличивает его стоимость по сравнению с Е-стеклом. Поэтому волокна ни из SiO2, ни из D-стекла не обеспечивают практического решения производства высококачественных материалов подложек РСВ в крупном масштабе.

Другое стекловолокно с низкой диэлектрической проницаемостью основано на высокой концентрации В2О3 (то есть, 11-25 мас.%) плюс другие относительно дорогостоящие компоненты, такие как ZnO (до 10 мас.%) и ВаО (до 10 мас.%), было описано в JP 3409806 B2 (Hirokazu), с Dk в диапазоне 4,8-5,6 при 1 мГц. Включение ВаО в эти композиции проблематично из-за стоимости так же как по экологическим причинам. Несмотря на высокие концентрации дорогостоящего В2О3 в композициях этой ссылки температуры формования волокна относительно высоки, например, 1355-1429°С. Аналогично другие стекла с низкой диэлектрической проницаемостью, на основе высоких концентраций B2O3 (то есть, 14-20 мас.%) плюс относительно дорогостоящий TiO2 (до 5 мас.%) были описаны в US 2003/0054936 A1 (Tamura), с Dk=4,6 - 4,8 и тангенсом угла потерь Dt=0,0007-0,001 при 1 мГц. В JP 02154843A (Hiroshi и другие.) раскрыты стекла с низкой диэлектрической проницаемостью без бора с Dk в диапазоне 5,2-5,3 при 1 мГц. Хотя эти стекла без бора обеспечивают низкую Dk возможно с относительно низкой стоимостью сырья, их недостатком являются высокие температуры формования волокна при вязкости расплава 1000 пуаз, между 1376°С и 1548°С. Дополнительно эти стекла без бора имеют очень узкие окна формования (разница между температурой формования и температурой ликвидуса), обычно 25°С или ниже (в некоторых случаях отрицательная), тогда как окно около 55°С или выше обычно считалось бы целесообразными в коммерческом производстве стекловолокна.

Для улучшения характеристик РСВ при контроле увеличения стоимости было бы полезно предложить композиции стекловолокна, которые предлагают существенное улучшение электрических свойств (Dk и/или Df) по отношению к Е-стеклам, и в то же время обеспечивают практические температуры формования ниже, чем SiO2 и типов D-стекла, и другие подходы известного уровня техники к стеклу с низкой диэлектрической проницаемостью, обсужденные выше. Для значительного снижения затрат на сырье было бы желательно содержание В2О3, поддерживать ниже, чем в D-стекле, например, ниже 13 мас.% или ниже 12%. Также может быть полезно в некоторых ситуациях, чтобы композиции стекла выходили из определения ASTM для электронного Е-стекла, и таким образом требуется не более 10 мас.% В2О3. Также было бы полезно изготавливать стекловолокно с низкой Dk, не требующее дорогостоящих материалов, таких как ВаО или ZnO, которые являются нетрадиционными в производстве стекловолокна. Кроме того, желательно чтобы коммерчески пригодные композиции стекла должны допускать наличие примесей в сырье, что также позволяет использовать менее дорогие исходные материалы.

Поскольку важной функцией стекловолокна в композитах РСВ является обеспечение механической прочности, улучшение электрических свойств лучше всего достигалось бы без значительного ухудшения прочности стекловолокна. Прочность стекловолокна может быть выражена модулем Юнга или простым пределом прочности. Также было бы желательно, чтобы новое стекловолокно с низкой диэлектрической проницаемости, используемое при изготовлении РСВ, без необходимости значительных изменений в применяемых смолах, или, по меньшей мере, не требующих существенно более дорогих смол, что потребовалось бы в некоторых альтернативных подходах.

Раскрытие изобретения

Композиции стекла, пригодные для получения волокна настоящего изобретения, предлагают улучшенные электрические характеристики (то есть, низкую Dk и/или низкую Df) по отношению к стандартному Е-стеклу, при обеспечении соотношений температуры-вязкости, которые являются более способствующими коммерчески пригодному формования волокна, чем предложения стекла с низкой Dk известного уровня техники. Другой дополнительный аспект изобретения состоит в том, что, по меньшей мере, некоторые из композиций могут быть коммерчески изготовлены из сырья с относительно низкой стоимостью. В одном аспекте изобретения композиции стекла включают следующие компоненты, которые могут быть в форме стекловолокна, выраженные в мас.%:

SiO2 60 - 68
B2O3 7-13
A12O3 9-15
MgO 8-15
CaO 0-4
Li2O 0-2
Na2O 0-1
K2O 0-1
Fe2O3 0-1
F2 0-1
TiO2 0-2

В некоторых вариантах композиции изобретения характеризуются относительно низким содержанием СаО, например, порядка около 0-4 мас.%. В другом осуществлении содержание СаО может быть порядка около 0-3 мас.% В общем, минимизация содержания СаО может приводить к улучшению электрических свойств, и в некоторых осуществлениях содержание СаО снижается до таких уровней, что его можно рассматривать необязательным компонентом. С другой стороны, содержание MgO относительно высокое для стекол этого типа, в некоторых осуществлениях содержание MgO в два раза выше содержания СаО (в весовых процентах). В некоторых осуществлениях изобретения содержание MgO может быть более около 6,0 мас.%, и в других осуществлениях содержание MgO может быть более 7,0 мас.%.

Как отмечено выше, недостатком некоторых композиций с низкой Dk известного уровня техники является необходимость включения существенных количеств ВаО и может быть отмечено, что ВаО не требуется в композициях стекла настоящего изобретения. Хотя полезные электрические и производственные свойства изобретения не устраняют присутствие ВаО, отсутствие спланированных включений ВаО можно рассматривать как дополнительное преимущество некоторых осуществлений настоящего изобретения. Таким образом, осуществления настоящего изобретения могут характеризоваться присутствием менее 1,0 мас.% ВаО. В тех осуществлениях, в которых только присутствуют следовые количества, содержание ВаО может характеризоваться, как не превышающее 0,05 мас.%.

Композиции изобретения включают В2О3 в количествах менее чем подходы известного уровня техники, которые основываются на высоком содержании B2O3 для достижения низкой Dk. Это приводит к существенной экономии средств. В некоторых осуществлениях содержание В2О3 не должно быть более 13 мас.% или не более 12 мас.%. Некоторые осуществления изобретения также выходят за пределы определения ASTM электронного Е-стекла, то есть не более 10 мас.% В2О3.

В композиции, описанной выше, компоненты распределяются так, чтобы получить стекло с диэлектрической постоянной ниже, чем у стандартного Е-стекла. Со ссылкой на стандартное электронное Е-стекло для сравнения, она может быть менее около 6,7 при частоте 1 мГц. В других осуществлениях, диэлектрическая постоянная (Dk) может быть менее 6 при частоте 1 мГц. В других осуществлениях, диэлектрическая постоянная (Dk) может быть менее 5,8 при частоте 1 мГц. Дальнейшие осуществления дают диэлектрические постоянные (Dk) менее 5,6 или еще ниже при частоте 1 мГц.

У композиций, описанных выше, желательное соотношение температура-вязкость, способствующее практическому коммерческому изготовлению стеклянных волокон. В общем, более низкие температуры требуются для того, чтобы изготавливать волокна по сравнению с D-стеклом в известном уровне техники. Желательные характеристики могут быть выражены различными способами, и они могут быть достигнуты композициями настоящего изобретения отдельно или в комбинации. В общем, композиции стекла в описанных выше диапазонах могут быть изготовлены так, что температура формования (TF) с вязкостью 1000 пуаз не более 1370°С. TF некоторых осуществлений не более 1320°С, или не более 1300°С, или не более 1290°С. Эти композиции также охватывают стекла, в которых разница между температурой формования и температурой ликвидуса (TL) является положительной, и в некоторых осуществлениях температура формования, по меньшей мере, на 55°С больше, чем температура ликвидуса, что является выгодным для коммерческого производства волокон из этих композиций стекла.

В общем, минимизация содержания щелочных оксидов в композициях стекла способствует снижению Dk. В тех осуществлениях, в которых желательно оптимизировать снижение Dk, общее содержание щелочных оксидов не более 2 мас.% композиции стекла. В композициях настоящего изобретения установлено, что минимизация содержания Na2O и K2O более эффективна в этом отношении, чем Li2O. Присутствие щелочных оксидов, в общем, приводит к более низкими температурами формования. Поэтому, в тех осуществлениях изобретения, в которых приоритетом является обеспечение относительно низких температур формования, Li2O включается в существенном количестве, например, по меньшей мере, 0,4 мас.%. С этой целью, в некоторых осуществлениях содержание Li2O больше, чем содержание Na2O или K2O, и в других вариантах содержание Li2O больше, чем содержание суммы Na2O и К2О в некоторых вариантах, в два раза или более.

В дополнение к или вместо характеристик изобретения, описанных выше, композиции настоящего изобретения могут быть использованы для создания стекла с тангенсом угла диэлектрических потерь (Df) ниже, чем у стандартного электронного Е-стекла. В некоторых осуществлениях Df не более 0,0150 при 1 гГц и в других осуществлениях не более 0,0100 в 1 гГц.

Один выгодный аспект настоящего изобретения в некоторых из осуществлений состоит в степени использования компонентов, которые являются обычными в производстве стекловолокна, и исключения существенных количеств компонентов, источники сырья которых являются дорогостоящими. Для этого аспекта изобретения компоненты в дополнение к подробно описанным при определении композиций стекол настоящего изобретения могут быть включены даже при отсутствии необходимости, но в общем количестве не более 5 мас.%. Эти дополнительные компоненты включают добавки, улучшающие плавление, осветляющие добавки, красители, примеси и другие добавки, известные специалистам в производстве стекла. По отношению к некоторым стеклам известного уровня техники с низкой Dk не требуется ВаО в композициях настоящего изобретения, но включение незначительных количеств ВаО (например, около до 1 мас.%) не устранено. Аналогично не требуется больших количеств ZnO в настоящем изобретении, но в некоторых осуществлениях небольшие количества (например, до около 2,0 мас.%) могут быть включены. В тех осуществлениях изобретения, в каких дополнительные компоненты минимизированы, общее количество дополнительных компонентов не более 2 мас.% или не более 1 мас.%. Альтернативно, некоторые осуществления изобретения, можно сказать, состоят по существу из названных компонентов.

Детальное описание

Для более низких Dk и Df включение SiO2 и В2О3, которые имеют низкую электрическую поляризуемость, является полезным в композициях настоящего изобретения. Хотя B2O3 сам может плавиться при низкой температуре (350°С), он неустойчив по отношению к влажности окружающего воздуха и, следовательно, волокно из чистого B2O3 не подходит для использования в слоистых РСВ. И SiO2 и B2O3 образуют сетчатую структуру, и смесь двух будет приводить к значительно более высокой температуре формования волокна, чем Е-стекла, что имеет место с D-стеклом. Для снижения температуры формования волокна включены MgO и Al2O3, заменяя часть SiO2. Оксид кальция (СаО) и SrO также могут быть использованы в комбинации с MgO, хотя они менее желательны, чем MgO, потому что оба имеют более высокую поляризуемость, чем MgO.

Для снижения цены сырья В2О3 используется при более низких концентрациях, чем в D-стекле. Однако включено достаточно B2O3 для предотвращения разделения фаз в стекломассе, обеспечивая, таким образом, лучше механические свойства стекловолокна, изготовленного из композиций.

Выбор компонентов сырья и их стоимости значительно зависят от требований к их чистоте. Обычные коммерческие компоненты, такие как для изготовления Е-стекла, содержат примеси Na2O, K2O, Fe2O3 или FeO, SrO, F2, TiO2, SO3 и т.д. в различных химических формах. Большинство катионов из этих примесей увеличило бы Dk стекла, образуя немостиковые кислороды с SiO2 и/или В2О3 в стекле.

Сульфат (в пересчете на SO3) также может присутствовать в качестве осветляющего агента. Небольшие количества примесей также могут присутствовать из сырья или загрязнения в ходе процессов плавления, такие как SrO, BaO, Cl2, P2O5, Cr2O3, или NiO (не ограниченные этими химическими формами). Другие осветляющие агенты и/или технологические добавки также могут присутствовать, такие как As2O3, MnO, MnO2, Sb2Os, или SnO2 (не ограниченные этими химическими формами). Эти примеси и осветляющие агенты, когда присутствуют, каждый обычно представлены в количествах, менее 0,5 мас.% всей композиции стекла. Необязательно элементы редкоземельной группы Периодической таблицы элементов можно добавить к композициям настоящего изобретения, включая атомные номера 21 (Sc), 39 (Y) и от 57 (La) до 71 (Lu). Они могут служить или технологической добавкой или улучшать электрические, физические (термические и оптические), механические и химические свойства стекол. Редкоземельные добавки могут быть включены с учетом исходных химических форм и степени окисления. Добавление редкоземельных элементов считается необязательным, особенно в тех осуществлениях настоящего изобретения, имеющего целью снижение стоимости сырья, потому что они увеличили бы стоимость сырья даже при низких концентрациях. В любом случае, их стоимость обычно диктует, чтобы редкоземельные компоненты (в пересчете на оксиды), когда включены, присутствовали в количествах не более около 0,1-1,0 мас.% от общей композиции стекла.

Изобретение будет иллюстрировано следующим рядом определенных осуществлений. Однако, что будет понятно специалистам в данной области техники, предполагается много других осуществлений на принципах изобретения.

Стекла в этих примерах были изготовлены плавлением смесей химических реагентов реактивной чистоты в форме порошка в 10% Rh/Pt тиглях при температурах между 1500 и 1550°С (2732 - 2822°F) в течение четырех часов. Каждая партия была около 1200 граммов. После 4-часового периода плавления расплав стекла выливали на стальную пластину для остывания. Для компенсации потерь за счет улетучивания B2O3 (обычно около 5% в условиях плавления лабораторной партии, для партии 1200 грамм) фактор удержания бора при обсчете партии составлял 95%. Другие летучие части, такие как фторид и щелочные оксиды, не определялись в партиях при потере эмиссией из-за их низких концентраций в стеклах. Композиции в примерах представлены в виде композиций, обработанных партиями. Так как при получении стекол использовались химические реагенты с соответствующей корректировкой содержания B2O3, композиции, обработанные партиями, приведенные в изобретении, рассматриваются близкими к определенным композициям.

Вязкость расплава как функция температуры и температура ликвидуса были определены с использованием метода испытания С965 ASTM "Стандартный способ измерения вязкости стекла выше точки размягчения" и С829 "Стандартный способ измерения температуры ликвидуса стекла методом печи с градиентом" соответственно.

Полированный диск каждого стеклянного образца 40 мм диаметром и 1-1,5 мм толщиной использовался для определения электрических и механических свойств, которое проводилось на отожженных стеклах. Диэлектрическая постоянная (Dk) и тангенс угла диэлектрических потерь Df каждого стекла были определены от 1 мГц до 1 гГц методом испытания D150 ASTM "Стандартные способы испытаний А-С характеристик потерь и проницаемости (диэлектрической постоянной) твердых электроизоляционных материалов". Согласно процедуре все образцы были предварительно выдержаны при 25°С и 50% влажности в течение 40 часов. Отдельные тесты были выполнены для определения плотности стекла с использованием метода испытания С7295 ASTM "Стандартный способ определения плотности стекла компаратором погружением в тяжелую среду", для которого все образцы были отожжены.

Для выбранных композиций был использован метод микровдавливания для определения модуля Юнга (по начальному наклону кривой нагрузка вдавливания -глубина вдавливания, в цикле разгрузки индентора) и микротвердости (по максимальной нагрузке вдавливания и максимальной глубине вдавливания). Для испытаний использовались те же дисковые образцы, на которых были определены Dk и Df. Были проведены пять измерений вдавливания для получения среднего значения модуля Юнга и микротвердости. Аппарат микровдавливания был откалиброван с использованием коммерческих стандартов сравнительных стеклянных блоков с названием продукта ВК7. Модуль Юнга сравнительного стекла составляет 90,1 гПа со стандартным отклонением 0,26 гПа и микротвердость 4,1 гПа со стандартным отклонением 0,02 гПа, для всех проведено пять измерений.

Все величины в композициях в примерах выражены в массовых процентах

Таблица 1. Композиции

Примеры 1-8 предлагают композиции стекла (таблица 1) с весовым процентным содержанием: SiO2 62,5 - 67,5%, B2O3 8,4-9,4%, Al2O3 10,3-16,0%, MgO 6,5-11,1%, CaO 1,5-5,2%, Li2O 1,0%, Na2O 0,0%, K2O 0,8%, Fe2O3 0,2-0,8%, F2 0,0, TiO2 0,0% и сульфата (в пересчете на SO3) 0,0%.

Определено, что стекла имеют Dk 5,44-5,67 и Df 0,0006-0,0031 при 1 мГц и Dk 5,47-6,67 и Df 0,0048-0,0077 при частоте 1 гГц. Электрические свойства композиций в сериях III иллюстрируют значительно более низкие (то есть, улучшенные) Dk и Df по отношению к стандартному Е-стеклу с Dk 7,29 и Df 0.003 при 1 мГц и Dk 7,14 и Df 0.0168 при 1 гГц.

В плане способности к формоизменению волокна композиции в таблице 1 имеют температуру формования (TF) 1300-1372°С и окна формования (TF-TL) 89-222°С. Это можно сравнить со стандартным Е-стеклом, TF которого обычно в диапазоне 1170-1215°С. Для предотвращения расстекловывания стекла при формовании волокна желательно окно формования (TF-Tl) более 55°С. Все композиции в таблице 1 представляют удовлетворительные окна формования. Хотя композиции таблицы 1 имеют более высокие температуры формования, чем Е-стекло, у них значительно более низкие температуры формования, чем D-стекла (обычно около 1410°С).

Таблица 1
Пример 1 2 3 4 5 6 7 8
Al2O3 11,02 9,45 11,64 12,71 15,95 10,38 10,37 11,21
|B2O3 8,55 8,64 8,58 8,56 8,46 8,71 9,87 9,28
CaO 5,10 5,15 3,27 2,48 1,50 2,95 2,01 1,54
СоО 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,62
Fe2O3 0,39 0,40 0,39 0,39 0,39 0,53 0,80 0,27
K2O 0,77 0,78 0,77 0,77 0,76 0,79 0.79 0,78
Li2O 0,98 0,99 0,98 0,98 0,97 1,00 1,00 1,00
MgO 6,70 7,44 8,04 8,69 9,24 10,39 11,05 11,04
SiO2 66,48 67,16 66,32 65,42 62,72 65,26 64,12 64,26
Свойства
Dk,1 мГц 5,62 5,59 5,44 5,47 5,50 5,67 5,57 5,50
Dk 1 гГц 5,65 5,62 5,46 5,47 5,53 5,67 5,56 5,50
Df 1 мГц 0,0010 0,0006 0,0016 0,0008 0,0020 0,0031 0,0012 00010
Df 1 гГц 0,0048 0,0059 0,0055 0,0051 0,0077 0,0051 0,0053 0,0049
TL(°С) 1209 1228 1215 1180 1143 1219 1211 1213
TF(°С) 1370 1353 1360 1372 1365 1319 1300 1316
TF-TL(°C) 161 125 145 192 222 100 89 103

Таблица 2. Композиции

Примеры 9-15 предлагают композиции стекла: SiO2 60,8-68,0%, B2O3 18,6 и 11,0%, Al2O3 8,7-12,2%, MgO 9,5-12,5%, CaO 1,0-3,0%, Li2O 0,5-1,5%, Na2O 0,5%, K2O 0,8%, Fe2O3 0,4%, F2 0,3%, TiO2 0,2% и сульфат (в пересчете на SO3) 0,0%.

Определено, что стекла имеют Dk 5,55-5,95 и Df 0,0002-0,0013 при 1 мГц и Dk 5,54-5,94 и Df 0,0040-0,0058 при частоте 1 гГц. Электрические свойства композиций в таблице 2 иллюстрируют значительно более низкие (то есть, улучшенные) Dk и Df по отношению к стандартному Е-стеклу с Dk 7,29 и Df 0.003 при 1 мГц и Dk 7,14 и Df 0.0168 при 1 гГц.

В плане механических свойств композиции таблицы 2 имеют модуль Юнга 86,5-91,5 гПа и микротвердость 4,0-4,2 гПа, оба из которых равны или выше, чем у стандартного Е-стекла, модуль Юнга которого 85,9 гПа и микротвердость 3,8 гПа. Модуль Юнга композиций таблицы 2 также значительно выше, чем у D-стекла, который составляет около 55 гПа на основе литературных данных.

В плане способности к формоизменению волокна композиции в таблице 2 имеют температуру формования (TF) 1224-1365°С и окна формования (TF-TL) 6-105°С по сравнению со стандартным Е-стеклом, ТF которого в диапазоне 1170-1215°С. Некоторые, но не все композиции таблицы 2 имеют окно формования (TF-TL) более 55°С, что рассматривается предпочтительным в некоторых обстоятельствах для избежания расстекловывания стекла в коммерческих операциях формования волокна. Композиции таблицы 2 имеет более низкие температуры формования, чем D-стекло (1410°С), хотя выше чем Е-стекло.

1. Композиция стекла, пригодная для формования волокна, включающая следующие компоненты, выраженные, мас.%:

SiO2 60-68
В2О3 7-12
Al2O3 9-15
MgO 8-15
CaO 0-4
Li2O >0-2
Na2O 0-1
K2O 0-1
Fe2O3 0-1
F2 0-1
TiO2 0-2

и другие компоненты 0-5 мас.%;
в которой содержание Li2O больше содержания Na2O или содержания K2O.

2. Композиция по п.1, в которой содержание CaO составляет 0-3 мас.%.

3. Композиция по п.1, в которой содержание CaO составляет 0-2 мас.%.

4. Композиция по п.1, в которой содержание CaO составляет 0-1 мас.%.

5. Композиция по п.1, в которой содержание MgO составляет 8-13 мас.%.

6. Композиция по п.1, в которой содержание MgO составляет 9-12 мас.%.

7. Композиция по п.1, в которой содержание TiO2 составляет 0-1 мас.%.

8. Композиция по п.1, в которой содержание В2О3 составляет 7-10 мас.%.

9. Композиция по п.1, в которой содержание Al2O3 составляет 9-14 мас.%.

10. Композиция по п.1, в которой содержание Al2O3 составляет 10-13 мас.%.

11. Композиция по п.1, в которой компоненты выбраны для создания стекла с диэлектрической постоянной (Dk) менее 6,7 при частоте 1 мГц.

12. Композиция по п.1, в которой компоненты выбраны для создания стекла с диэлектрической постоянной (Dk) менее 6 при частоте 1 мГц.

13. Композиция по п.1, в которой компоненты выбраны для создания стекла с диэлектрической постоянной (Dk) менее 5,8 при частоте 1 мГц.

14. Композиция по п.1, в которой компоненты выбраны для создания стекла с диэлектрической постоянной (Dk) менее 5,6 при частоте 1 мГц.

15. Композиция по п.1, в которой компоненты выбраны для создания стекла с температурой формования TF не более 1370°С при вязкости 1000 П.

16. Композиция по п.1, в которой компоненты выбраны для создания стекла с температурой формования TF не более 1320°С при вязкости 1000 П.

17. Композиция по п.1, в которой компоненты выбраны для создания стекла с температурой формования TF не более 1300°С при вязкости 1000 П.

18. Композиция по п.1, в которой компоненты выбраны для создания стекла с температурой формования TF не более 1290°С при вязкости 1000 П.

19. Композиция по п.15, в которой компоненты выбраны для создания стекла с температурой ликвидуса (TL), по меньшей мере, на 55°С ниже температуры формования.

20. Композиция по п.16, в которой компоненты выбраны для создания стекла с температурой ликвидуса (TL), по меньшей мере, на 55°С ниже температуры формования.

21. Композиция по п.17, в которой компоненты выбраны для создания стекла с температурой ликвидуса (TL), по меньшей мере, на 55°С ниже температуры формования.

22. Композиция по п.18, в которой компоненты выбраны для создания стекла с температурой ликвидуса (TL), по меньшей мере, на 55°С ниже температуры формования.

23. Композиция по п.1, в которой содержание Li2O составляет 0,4-2,0 мас.%.

24. Композиция по п.23, в которой содержание Li2O больше содержания (Na2O+K2O).

25. Композиция по п.1, в которой содержание ВаО составляет 0-1 мас.% и содержание ZnO составляет 0-2 мас.%.

26. Композиция по п.1, в которой, по существу, отсутствуют ВаО и ZnO.

27. Композиция по п.1, в которой общее количество других компонентов, если таковые присутствуют, составляет 0-2 мас.%.

28. Композиция по п.1, в которой общее количество других компонентов, если таковые присутствуют, составляет 0-1 мас.%.

29. Композиция стекла, пригодная для формования волокна, включающая следующие компоненты, выраженные, мас.%:

В2О3 менее 12
Al2O3 9-15
MgO 8-15
CaO 0-4
SiO2 60-68
Li2O >0-2
Na2O 0-1
K2O 0-1
Fe2O3 0-1
F2 0-1
TiO2 0-2,

в которой диэлектрическая постоянная (Dk) стекла менее 6,7 и температура формования (TF) при вязкости 1000 П не более 1370°С и в которой содержание Li2O больше содержания Na2O или содержания К2О.

30. Композиция по п.29, в которой содержание СаО составляет 0-1 мас.%.

31. Композиция стекла, пригодная для формования волокна, включающая следующие компоненты, выраженные, мас.%:

SiO2 60-68
В2О3 7-12
Al2O3 9-15
MgO 8-15
СаО 0-3
Li2O 0,4-2
Na2O 0-1
K2O 0-1
Fe2O3 0-1
F2 0-1
TiO2 0-2,

в которой диэлектрическая постоянная (Dk) стекла менее 5,9 и температура формования (TF) при вязкости 1000 П не более 1300°С и в которой содержание Li2O больше содержания Na2O или содержания К2О.

32. Композиция стекла, пригодная для формования волокна, состоящая, по существу, из следующих компонентов, выраженных, мас.%:

SiO2 60-68
В2О3 7-11
Al2O3 9-13
MgO 8-13
CaO 0-3
Li2O 0,4-2
Na2O 0-1
K2O 0-1
(Na2O+K2O+Li2O) 0-2
Fe2O3 0-1
F2 0-1
TiO2 0-2,

в которой содержание Li2O больше содержания Na2O или содержания K2O.

33. Композиция по п.32, в которой содержание CaO составляет 0-1 мас.%.

34. Композиция по п.33, в которой содержание В2О3 составляет 7-10 мас.%.

35. Композиция стекла для формования волокна, включающая следующие компоненты, выраженные, мас.%:

SiO2 60-68
В2О3 7-10
Al2O3 9-15
MgO 8-15
CaO 0-4
Li2O 0-2
Na2O 0-1
K2O 0-1
Fe2O 0-1
F2 0-1
TiO2 0-2

и другие компоненты 0-5 мас.%.

36. Композиция по п.35, в которой компоненты выбраны для создания стекла с диэлектрической постоянной (Dk) менее 6,7 при частоте 1 мГц.

37. Композиция по п.35, в которой компоненты выбраны для создания стекла с диэлектрической постоянной (Dk) менее 6 при частоте 1 мГц.

38. Композиция по п.35, в которой компоненты выбраны для создания стекла с диэлектрической постоянной (Dk) менее 5,8 при частоте 1 мГц.

39. Композиция по п.35, в которой компоненты выбраны для создания стекла с диэлектрической постоянной (Dk) менее 5,6 при частоте 1 мГц.

40. Композиция по п.35, в которой содержание Li2O больше содержания Na2O или содержания К2О.



 

Похожие патенты:
Стекло // 2413680
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам стекол, которые могут быть использованы в производстве тарных стеклоизделий, посуды. .
Изобретение относится к упрочняющему стекловолокну, содержащему следующие компоненты в указанных ниже пределах, выраженных в мас.%: SiO2 62-63, Al2O3 10-16, CaO 6-23, MgO 1-3, Na2O+K2O+Li 2O 0-2, TiO2 0-1, B2O3 0,1 - менее 1,8, Li2O 0-0,5, ZnO 0-0,5, MnO 0-1, F 0-0,5.
Стекло // 2383501
Изобретение относится к составам покрытий для защиты сталей и может быть использовано в машиностроительной промышленности для защиты крупногабаритных заготовок из низколегированных и малоуглеродистых сталей от высокотемпературной коррозии при технологических нагревах перед горячей обработкой давлением, в частности штамповкой.
Стекло // 2346895
Изобретение относится к составам стекол, которые могут быть использованы в производстве тарных стеклоизделий, посуды. .
Изобретение относится к составам термостойких стекол, предназначенным для выпуска широкого ассортимента светотехнических изделий конструкционной оптики авиационной, космической, аэродромной, химической, металлургической техники.
Стекло // 2326063
Изобретение относится к области технологии силикатов, в частности к составам стекла, которое может быть использовано для изготовления тарных изделий, посуды. .
Изобретение относится к боросиликатному стеклу, содержащему (в вес.% из расчета на оксид): 70,5 - <73 SiO 2, 8-10 В2О3 , 4-5,6 Al2О3, 0 - <0,5 Li2O, 7-9 Na2 O, 1,2-2,5 К2О, 0-1 MgO, 0-2 СаО, причем MgO+CaO 0-2, BaO >2-4, 0-2 ZrO2, 0-1 CeO2, 0-0,6 F-.
Стекло // 2320559
Изобретение относится к составам стекла, используемого для изготовления сортовой посуды, изделий декоративно-художественного назначения. .

Изобретение относится к батарее твердооксидных электролитических элементов (SOEC), изготовляемой способом, который включает следующие стадии: (a) формирование первого блока батареи элементов путем чередования по меньшей мере одной соединительной пластины и по меньшей мере одного узла элемента, причем каждый узел элемента содержит первый электрод, второй электрод и электролит, расположенный между этими электродами, а также обеспечение стеклянного уплотнителя между соединительной пластиной и каждым узлом элемента, причем стеклянный уплотнитель имеет следующий состав: от 50 до 70 мас.% SiO2, от 0 до 20 мас.% Аl2О3, от 10 до 50 мас.% СаО, от 0 до 10 мас.% МgО, от 0 до 2 мас.% (Na2O+K2O), от 0 до 10 мас.% В2O3 и от 0 до 5 мас.% функциональных элементов, выбранных из TiO2, ZrO2, F2, P2O5, МоО3, Fе2O3, MnO2, La-Sr-Mn-O перовскита (LSM) и их комбинаций; (b) превращение указанного первого блока батареи элементов во второй блок со стеклянным уплотнителем толщиной от 5 до 100 мкм путем нагревания указанного первого блока до температуры 500°C или выше и воздействия на батарею элементов давлением нагрузки от 2 до 20 кг/см2; (c) превращение указанного второго блока в конечный блок батареи твердооксидных электролитических элементов путем охлаждения второго блока батареи, полученного на стадии (b), до температуры ниже, чем на стадии (b), при этом стеклянный уплотнитель на стадии (a) представляет собой лист стекловолокон. Также изобретение относится к применению Е-стекла в качестве стеклянного уплотнителя в батареях твердооксидных электролитических элементов. Предлагаемые батареи демонстрируют малую степень ухудшения свойств в процессе эксплуатации. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх