Стеклокристаллический материал

Стеклокристаллический материал

Реферат

Изобретение относится к производству радиопрозрачных стеклокристаллических материалов (ситаллов) в бесщелочной магнийалюмосиликатной системе с низким термическим расширением и высокой термостабильностью диэлектрической проницаемости вплоть до 1200°С для авиакосмической техники и ракетостроения. В настоящее время производство таких материалов в России отсутствует.

Наиболее известным стеклокристаллическим материалом, используемым в США для аналогичных целей, является пирокерам 9606 (З.Стрнад «Стеклокристаллические материалы», М. «Стройиздат», 1988, стр.108, 197-198), включающий следующие компоненты, мас.%:

SiО₂ - 56,0; Аl₂О₃ - 20,0; MgO - 15,0; TiO₂ - 9,0

Недостатком этого материала является высокое значение температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) ≈57·10^-7, К^-1 в интервале температур от 20 до 320°С.

Наиболее близким к изобретению по химическому составу является стеклокристаллический материал (патент США №4304603 от 8 декабря 1981 г), содержащий следующие компоненты, мас.%:

SiО₂ - 48,0-53,0;

Аl₂О₃ - 21,0-25,0;

MgO - 15,0-18,0;

TiO₂ - 9,5-11,5;

As₂О₃ - 0-1,0

Данный стеклокристаллический материал характеризуется хорошими диэлектрическими свойствами (диэлектрической проницаемостью 8 и тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ) и пониженным по сравнению с пирокерамом 9606 ТКЛР. Однако температура варки этих стекол составляет ≈1600°С. Высокое содержание оксида магния ведет к разъеданию огнеупоров, так как с ростом концентрации оксида магния повышается агрессивность расплава стекломассы по отношению к материалам варочных сосудов. Все это затрудняет получение качественного стекла в существующих стекловаренных печах. Кроме того присутствие кристобалита в качестве сопутствующей кристаллической фазы вызывает опасность растрескивания заготовок в процессе термообработки из-за значительной разности ТКЛР у кордиерита (основная кристаллическая фаза) и кристобалита. Высокие показатели свойств достигаются путем введения дополнительных технологических операций - химической обработки в растворах щелочи и кислоты.

Целью изобретения является уменьшение термического коэффициента линейного расширения, термостабилизация диэлектрической проницаемости в области рабочих температур и снижение температуры варки стекла.

Это достигается тем, что стеклокристаллический материал, включающий SiО₂, Аl₂О₃, MgO, TiO₂, As₂О₃ дополнительно содержит ZnO, СеО₂ и фторопол в следующем соотношении, мас.%:

SiО₂ - 43,8-52,5;

Аl₂О₃ - 24,6- 30,2;

MgO - 9,3-11,9;

TiO₂ - 8,8-12,9;

As₂О₃ - 0,1-1,9;

ZnO - 0-1,5;

СеО₂ - 0-2,5;

Фторопол - 0,1-7,5

Авторы установили, что сочетание компонентов в заявляемом количественном соотношении позволяет получить стеклокристаллический материал с низким значением ТКЛР, добиться термостабилизации диэлектрической проницаемости вплоть до 1200°С и снизить температуру варки до (1550±10)°С. Кроме того, уменьшение концентрации оксида магния снижает агрессивность расплава стекломассы по отношению к огнеупору, что позволяет получать качественную стекломассу в существующих стекловаренных печах.

В таблице 1 приведены примеры конкретного выполнения составов стеклокристаллического материала, мас.%.

Таблица 1
Наименование компонента	Номер стекла
1	2	3	4	5
SiО2	43,8	47,5	51,5	49,7	47,7
Аl2О3	29,8	27,9	25,3	24,6	28,0
MgO	11,8	9,7	9,5	10,5	9,4
TiO2	12,7	11,9	11,0	8,8	11,0
As2О3	1,8	0,5	0,2	0,1	0,4
ZnO	-	-	1,4	-	1,0
СеО2	-	2,4	1,0	-	-
Фторопол	0,1	0,1	0,1	6,3	2,5

Сочетание приведенного состава и выбранного режима термообработки с максимальной температурой кристаллизации (1270-1320)°С позволило снизить температурный коэффициент линейного расширения. В качестве основных кристаллических фаз в полученном стеклокристаллическом материале присутствуют кордиерит и рутил, что способствует стабилизации диэлектрических свойств.

В таблице 2 приведены свойства синтезированных стеклокристаллических материалов.

Таблица 2
№ п/п	Наименование свойств	Един. измер.	Номера стекол
1	2	3	4	5	Прототип
1	ε при частоте 1010 гц
при: 20°С		7,62	7,12	6,52	6,29	7,53	6
700°С		7,65	7,18	6,55	6,32	7,59
1200°С		7,67	7,19	6,59	6,35	7,60
Δε	%	0,66	0,98	1,07	0,95	0,92
2	tgδ при частоте 1010 гц
при: 20°С	tgδ·104	19	13	9	13	13	3,5
700°С		55	195	179	246	251
1200°С		211	390	368	470	370
3	ТКЛР(20-300)°С	α·107,	15	9	26	12	12	30-44,4
(20-900)°С	К-1	25	20	30	26	20
4	Температура варки	°С	1550	1550	1540	1530	1540	1600
5	Температура крист.	°С	1320	1260	1270	1230	1230	1000-1300
6	Кристаллические фазы		Корд. Рутил Сил.	Корд. Рутил Сил.	Корд. Рутил	Корд. Рутил Сил.	Корд. Рутил	Кордиерит Рутил кристобалит алюмотитанат Mg
Примечание. Корд. - кордиерит; Сил. - силлиманит.

Из приведенных данных видно, что предлагаемый состав стеклокристаллического материала позволяет снизить температуру варки до 1550±10°С, уменьшить температурный коэффициент линейного расширения в рабочем диапазоне температур и стабилизировать диэлектрическую проницаемость до температуры 1200°С. Все приведенные составы соответствуют цели изобретения.

Используемая литература:

1. З.Стрнад «Стеклокристаллические материалы», М. «Стройиздат», 1988, стр.108, 197-198).

2. Патент США №4304603 от 8 декабря 1981 г.

Стеклокристаллический материал, включающий SiO₂, Аl₂O₃, MgO, TiO₂, As₂O₃, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ZnO, CeO₂ и фторопол в следующем соотношении, мас.%: SiO₂ 43,8-52,5; Аl₂О₃ 24,6-30,2; MgO 9,3-11,9; TiO₂ 8,8-12,9; Аs₂О₃ 0,1-1,9; ZnO 0-1,5; CeO₂ 0-2,5; фторопол 0,1-7,5.