Стеклокристаллический материал для свч-техники

Стеклокристаллический материал для свч-техники

Реферат

Изобретение относится к области стеклокерамики, в частности к высокотемпературным радиопрозрачным стеклокристаллическим материалам (ситаллам) для СВЧ-техники, предназначенным для изготовления средств радиосопровождения в авиационно-космической и ракетной технике.

Из литературных данных известно, что для изготовления стеклокристаллического материала готовят шихту определенного химического и гранулометрического состава. Дисперсность входящих в шихту компонентов лежит в пределах 0,7-1,2 мм (Павлушкин Н.М. «Химическая технология стекла и ситаллов» М. «Стройиздат», 1983, стр.94).

Известно стекло для стеклокристаллического материала (Бережной А.И. «Ситаллы и фотоситаллы» издательство «Машиностроение», 1966 г., стр.163-166), включающие следующие компоненты, масс.%: SiO₂ - 56,0; Al₂O₃ - 20,0; ТiO₂ - 9,0; MgO -15,0. Данный материал обладает высоким значением предела прочности при центральном симметричном изгибе (21,84 кгс/мм²).

Недостатком данного материала является низкое значение диэлектрической проницаемости (≈5) и высокое значение коэффициента линейного теплового расширения (КЛТР)=56,0·10^-7 К^-1.

Известно стекло для стеклокристаллического материала (патент США №4304603, МПК С03С 10/04, публикация 1981 г.), содержащий следующие компоненты, масс.%: SiO₂ - 48,0-53,0; Аl₂O₃ - 21,0-25,0; TiO₂ -9,5-11,5; MgO - 15,0-18,0; As₂O₃ - 0-1,0.

Этот материал характеризуется низким значением тангенса угла диэлектрических потерь, но температура варки этих стекол около Т=1600°C, что затрудняет получение качественного стекла.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по химическому составу является стеклокристаллический материал (патент РФ №2393124, МПК С03С 10/04, публикация.2010 г.) следующего состава: SiO₂ - 35,5-38,5; Аl₂O₃ - 22,8-25,5; ТiO₂ - 16,2-18,8; MgO - 20-22,7.

Недостатком данного материала является высокий КЛТР, равный (45-60)·10^-7 К^-1 и низкое значение предела прочности при центральном симметричном изгибе (4-7 кгс/мм²).

Целью предлагаемого изобретения является снижение термического коэффициента линейного расширения стеклокристаллического материала, стабилизация диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, повышение предела прочности материала при центрально-симметричном изгибе.

Это достигается тем, что стеклокристаллический материал, включающий SiO₂, Аl₂O₃, ТiO₂, MgO, дополнительно содержит SiO₂ в виде плакированного ТiO₂ аэросила, при следующем соотношении компонентов, масс.%: SiO₂ - 35,5-38,3; SiO₂, в виде плакированного ТiO₂ аэросила - 0,1; Аl₂O₃ - 22,8-25,5; ТiO₂ - 16,1-18,8; MgO - 20,0-22,8.

Авторами экспериментально установлено, что сочетание предложенных компонентов в заявленном количественном соотношении дает возможность получать стеклокристаллический материал с низким значением КЛТР, высоким пределом прочности на изгиб, а также позволяет поддерживать диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь в необходимом диапазоне значений.

Установлено, что именно введение SiO₂ в количестве 0,1 масс.% в виде плакированного ТiO₂ аэросила, позволяет получить стеклокристаллический материал с тонкодисперсной структурой. Это происходит за счет максимально равномерного распределения ТiO₂ по объему расплава, при этом температура варки стекла составляет: 1540±10°C, температура выработки заготовок: 1485±25°C, температура термообработки заготовок: 1205±35°C. Скорость нагрева заготовок до температуры термообработки составляет: 1,2-5°C/мин, выдержка при температуре термообработки 3-8 часов, скорость охлаждение заготовок до комнатной температуры: 1,3-3,3°C/мин.

Сырьевые материалы, применяемые для варки стекла должны соответствовать следующим условиям: содержание СaО≤0,2 масс.%, (Na₂O+K₂O+Li₂O)≤0,20 масс.%, Fe₂O₃≤0,2 масс.%. Аэросил, марки «А-175», с размером частиц SiO₂=15-30 нм., имеющий удельную поверхность 175±25 м²/г, с содержанием Fe₂O₃≤0,003 масс.%., производства Калушского ОЭН НАН Украины, ТУ У24.6-05540209-003-2003, плакированный вакуумно-дуговым способом пленкой ТiO₂, толщиной 5-20 нм.

В таблице 1 приведены примеры конкретного выполнения составов стеклокристаллического материала масс.%:

Таблица 1
Наименование компонента	Номер стекла
1	2	3
SiO2, масс.%	35,5	36,9	38,3
Al2O3, масс.%	22,8	24,3	25,5
MgO, масс.%	22,8	21,2	20,0
TiO2, масс.%	18,8	17,5	16,1
SiO2, аэросил, плакированный TiO2, масс.%	0,1	0,1	0,1

Сочетание приведенного состава и выбранного режима термообработки заготовок при Т=1205±35°C позволило снизить КЛТР и повысить предел прочности на изгиб. При этом удалось добиться стабильных значений диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь за счет равномерной тонкодисперсной структуры получаемого стеклокристаллического материала.

В таблице 2 приведены свойства синтезированных стеклокристаллических материалов.

Таблица 2
Наименование показателя	Обозначение и единицы измерения	1	2	3	Прототип (материал по патенту РФ №2393124)
1	2	3	4	5	6
Диэлектрическая проницаемость при 1010 Гц	ε	7,4	7,25	7,15	7-7,5
Тангенс угла диэлектрических потерь при 1010 Гц	tgα·104	3	2	1,9	≤3
Коэффициент теплового линейного расширения (КЛТР) при 20-300°С	α·107, K-1	38	36	40	55-70
Предел прочности при изгибе	σи, кгс/мм	11,5	11,0	10,0	4-7

Из приведенных в таблице 2 данных видно, что предлагаемый состав стеклокристаллического материала позволяет значительно снизить температурный коэффициент линейного расширения, повысить предел прочности на изгиб, а также добиться стабилизации диэлектрической проницаемости получаемого стеклокристаллического материала при невысоких значениях тангенса угла диэлектрических потерь.

Стеклокристаллический материал для СВЧ-техники, включающий SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, MgO, отличающийся тем, что в состав дополнительно вводят SiO₂ в виде плакированного TiO₂ аэросила, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO2	35,5-38,3
SiO2 в виде плакированного TiO2 аэросила	0,1
Al2O3	22,8-25,5
TiO2	16,1-18,8
MgO	20,0-22,8