Керамический материал

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; Al2O3 23,4-33,3; ZnO 1,3-12,5; Mn2O3 1,2-12,1; SiO2 - остальное. Технический результат изобретения - получение керамического материала с низким уровнем диэлектрических потерь tgδε ≤4⋅10-4, 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.

 

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.

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



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству высокотермостойких радиопрозрачных стеклокерамических материалов, используемых в изделиях радиотехнического назначения. Технический результат – упрощение технологического процесса получения стеклокерамического материала.
Изобретение относится к области синтеза жаростойких покрытий для защиты фехралиевых сплавов. Технический результат изобретения - повышение прочности и термостойкости кордиеритовой керамики для электронагревательных элементов.

Изобретение относится к производству стеклокристаллического материала радиотехнического назначения и может быть использовано в керамической и авиационной промышленности.

Изобретение относится к производству технической керамики кордиеритового состава, обладающей высокой термостойкостью, прочностью и хорошими диэлектрическими свойствами.
Изобретение относится к огнеупорным конструкционным материалам для изготовления термостойких керамических изделий на основе кордиерита, которые могут найти широкое применение в металлургии, машиностроении и химической промышленности в качестве огнеупоров, фильтров и носителей катализаторов.
Изобретение относится к производству технической керамики, а именно к составам шихт для получения кордиеритовой керамики. .

Изобретение относится к жаростойким волокнам, полученным золь-гельным методом, которые могут быть использованы в качестве термоизолирующих материалов, например, в опорных конструкциях тел катализаторов для борьбы с загрязнением окружающей среды в автомобильной системе каталитического дожигания выхлопных газов и фильтров для твердых частиц в отработанных газах двигателя.
Изобретение относится к производству огнеупоров и может использоваться в промышленности огнеупорных материалов и в металлургии. .

Изобретение относится к области технологий неорганических веществ и касается процессов получения кордиеритовых огнеупоров из смеси глины, периклаза и оксида алюминия.

Изобретение относится к созданию расклинивающих агентов - алюмосиликатных проппантов высокой прочности, предназначенных при проведении гидравлического разрыва пласта в горных породах.
Изобретение относится к области химической технологии керамических высокопористых ячеистых материалов и предназначено для использования в процессах улавливания паров цезия при остекловывании высокоактивных отходов, высокотемпературной переработке облученного ядерного топлива, в производстве цезиевых источников ионизирующего излучения.

Изобретение относится к технологии изготовления огнеупорных изделий для металлургической промышленности, более конкретно к системе производства огнеупорных изделий для литьевых установок, и может найти применение при изготовлении углеродсодержащих стопорных пробок, стаканов-дозаторов, стопоров-моноблоков, труб для защиты струи металла при непрерывной разливке стали и др.
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к производству проппантов, используемых при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта.
Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к огнеупорным пластичным массам, предназначенным для уплотнения зазора между футеровкой сталеразливочного ковша и обортовкой кожуха ковша и в стыках огнеупорной кладки тепловых агрегатов, ремонта и восстановления разрушенных участков огнеупорной кладки.

Настоящее изобретение относится к окислительному катализатору, способу его изготовления, способу обработки выбросов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, к системе выпуска отработавших газов и к транспортному средству.
Изобретение относится к способам получения керамических материалов, предназначенных для высокотемпературных изделий конструкционного назначения, таких как элементы камеры сгорания и соплового аппарата газотурбинного двигателя.
Изобретение относится к производству огнеупорных материалов, может быть использовано при производстве фасонных изделий для работы в области средних и высоких температур, в агрессивных средах, в расплавах.

Изобретение относится к способу повышения физико-механических показателей алюмосиликатных огнеупоров с высоким содержанием Al2O3, в частности самого распространенного шамотного огнеупора.

Изобретение относится к области химической технологии и материаловедения и может быть использовано для получения керамических материалов на основе муллита. .

Изобретение относится к муллитокремнеземистым огнеупорам, устойчивым к воздействию агрессивных сред в футеровках высокотемпературных агрегатов, в частности, для кладки печей обжига анодов в алюминиевой промышленности. Шихта для изготовления муллитокремнеземистого огнеупора включает в качестве зернистой составляющей муллитокорундовый шамот с содержанием Al2O3 более 80 мас. %, Fe2О3 не более 2,0 с водопоглощением 2-6,0% и каолиновый шамот с содержанием Al2O3 более 40 мас. %, Fe2О3 не более 1,5 с водопоглощением не более 3,5%, а в качестве связки - полукислую огнеупорную глину, содержащую, мас. %: Al2O3 20-28, SiO2 62-65, Fe2О3 1,4-1,8, Na2O 0,1-0,4, K2О 1,2-1,4 при следующем содержании компонентов, мас. %: муллитокорундовый шамот 30-40; каолиновый шамот 35-40, связка 24-35. Способ изготовления муллитокремнеземистого огнеупора включает приготовление смеси молотых шамотов, увлажнение шликером, введение огнеупорной глины, прессование полученной массы с выпуском воздуха: первый выпуск после приложения удельного усилия 0,7-1,0 кН/см2, распалубку после первого выпуска воздуха в течение 3-5 секунд, второй выпуск воздуха после приложения усилия 1,0-1,5 кН/см2, затем прессование при удельном усилии 4-6 кН/см2, сушку и обжиг при температуре 1290-1320°С. Муллитокремнеземистый огнеупор имеет пористую структуру с распределением пор по размерам, %: 130-100 мкм до 0,7; 100-20 мкм 21-34; 20-10 мкм 24-40; менее 10 мкм 35-50; менее 5 мкм 20-35. Технический результат - получение муллитокремнеземистого огнеупора с низкой открытой пористостью, обладающего достаточной прочностью и невысокой себестоимости. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

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; Al2O3 23,4-33,3; ZnO 1,3-12,5; Mn2O3 1,2-12,1; SiO2 - остальное. Технический результат изобретения - получение керамического материала с низким уровнем диэлектрических потерь tgδε ≤4⋅10-4, 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.

Наверх