Керамический материал

Керамический материал

Реферат

Изобретение относится к материалам электронной техники, в частности к микроволновой технике, и может быть использовано в производстве термостабильных керамических резонаторов, подложек, фильтров и других изделий СВЧ-техники. Современная радиоэлектронная аппаратура предъявляет высокие требования к характеристикам керамических материалов, таким как диэлектрическая проницаемость - ε', тангенес угла диэлектрических потерь - tgδ_ε или добротность - Q=1/tgδ_ε, а так же температурный коэффициент частоты - ТКЧ Кроме того, в ряде случаев требуется обеспечить оптимальное сочетание основных параметров, что ставит дополнительные задачи.

При конструировании фильтров и резонаторов на различные частотные диапазоны используются термостабильные керамические материалы с рядом значений диэлектрической проницаемости. Как в России, так и за рубежом разработаны и успешно применяются термостабильные керамические материалы с диэлектрической проницаемостью ε'=20÷90. Для важнейшего частотного диапазона 0.1-2.0 ГГц (мобильная связь) дальнейшая миниатюризация микроволновых систем может быть достигнута при использовании высокопроницаемой керамики с ε'>90 с хорошей термостабильностью и малыми диэлектрическими потерями.

В работе Woo Sup Kirn и др. (Jpn. J. Appl. Phys. V.39. 2000, pp 5650-5653) описывается диэлектрический материал с ε' до 110 в системе: Ca_0,4 Sm_0,4 TiO₃-Li_0,5-Nd_0,5-TiO₃, однако с увеличением ε'>98, ТКЧ имеет большую отрицательную величину, - 80·10^-6 град^-1, при высоком значении диэлектрических потерь tgδ_ε=6.7×10^-4.

Керамический материал с ε'=114 был представлен в статье Т. Okawa и др. (Jpn. J. Appl. Phys. V.39. 2000, pp 5645-5649) в системе составов BaO-Nd₂O₃-Bi₂O₃-TiO₂. Однако к его недостаткам относятся высокие диэлектрические потери tgδ_ε=1.8×10^-3 и большое значение температурного коэффициента частоты ТКЧ=+43,8·10^-6.

В этой же системе составов известен патент РФ №1145643 МПК С04В 35/46 авторов Ненашева Е.А. и др. На материал состава, вес %:

ВаО - 13.6-16.13

Nd₂O₃ - 27.4-35.9

Bi₂O₃ - 6.6-16.4

PbTiO₃ - 3.5-8.9

TiO₂ - остальное

Его диэлектрические параметры измерены на частоте f=1 МГц: ε'=95-122; tgδ_ε=2-3×10^-4; ТК_ε=(+47÷3-3)·10^-6 град^-1.

Этот патент является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения по совокупности существенных признаков и достигаемому результату и взят нами за прототип.

Недостатком данного материала является большой температурный коэффициент диэлектрической проницаемости и это обстоятельство делает невозможным использование данного материала для резонаторов селективных фильтров СВЧ диапазона.

Целью данного изобретения является получение термостабильного керамического материала с ТКЧ=0±10×10^-6 град^-1 с малыми диэлектрическими потерями tgδ_ε=5×10^-4 при сохранении величины диэлектрической проницаемости ε'=100÷130. Для этого предлагается материал, который отличается тем, что в исходных компонентах содержится оксид празеодима, а так же иным соотношением оксидов, обеспечивая получение термостабильного керамического материала с малыми потерями при сохранении диэлектрической проницаемости при следующих соотношениях компонентов, вес %.

ВаО - 13.2-16.7

PbO - 2.6-6.7

Bi₂O - 8.3-19.0

Pr₂O₃ - 24.7-33.4

TiO₂ - остальное.

Предлагаемый материал получают по следующей технологии. Исходные компоненты, взятые в необходимых соотношениях тщательно перемешиваются алундовыми или циркониевыми мелющими телами в дистиллированной воде в течении 20-24 часов. Высушенную смесь протирают через капроновое сито и синтезируют при температуре 1150-1200°С в течении 4-8 часов. Измельчение проводят по режиму, аналогичному первому помолу, прессуют изделия при удельном давлении 0,8-1,0 т/см² и обжигают на воздухе при температуре 1280-1330°С в течении 2-4 часов. Примеры получения керамического материала, их состав и свойства приведены в таблице 1.

Таблица №1
Пример №	Химический состав, вес. %	Диэлектрические свойства материала (f=4 ГГц)
ε'	tgδε	ТКЧ, 1/°C
1	ВаО - 13,2	107,8	3,8×10-4	-10×10-6
	PbO - 6,7
	Bi2O3 - 8,3
	Pr2O3 - 33,4
	TiO2 - 38,4
2	ВаО - 16,7	130,5	5×10-4	+8,9×10-6
	PbO - 2,6
	Bi2O3 - 19,0
	Pr2O3 - 24,7
	TiO2 - 37,0
3	ВаО - 14,8	123	4,2×10-4	+9,8×10-6
	PbO - 5,0
	Bi2O3 - 13,9
	Pr2O3 - 29,2
	TiO2 - 37,l
4	ВаО - 16,5	100	3×10-4	-6×10-6
	PbO - 2,7
	Bi2O3 - 10,4
	Pr2O3 - 31,7
	TiO2 - 38,7
5	ВаО - 16,8	96	2,9×10-4	-20×10-6
	PbO - 2,5
	Bi2O3 - 10,2

	Pr2O3 - 32,0
	TiO2 - 38,5
6	BaO - 13,1	115	5×10-4	-40×10-6
	PbO - 6,8
	Bi2O3 - 8,5
	Pr2O3 - 33,2
	TiO2 - 38,4
7	BaO - 15,8	134	4×10-4	+37×10-6
	PbO - 3,7
	Bi2O3 - 8,2
	Pr2O3 - 33,5
	TiO2 - 38,8
8	BaO - 15,0	120	1,6×10-3	+23×10-6
	PbO - 4,5
	Bi2O3 - 19,1
	Pr2O3 - 24,6
	TiO2 - 37,8

В примерах №1, 2, 3, 4 даны химические составы в пределах заявленных процентных соотношениях и соответствующие им диэлектрические свойства. Из этих примеров видно, что имеется значительное улучшение ТКЧ при высоком значении ε'=100-130, и низком значении диэлектрических потерь.

Пример №5. Снижение содержания PbO и увеличение содержания ВаО по сравнению с заявленными пределами приводит к снижению диэлектрической проницаемости ε'=96 и увеличению ТКЧ до -20×10^-6.

Пример №6. Увеличение содержания РbО и снижение ВаО по сравнению с заявленными пределами способствует росту диэлектрической проницаемости в заявленных пределах, но при этом значительно возрастает абсолютное значение ТКЧ.

Пример №7. Снижение содержания Bi₂O₃ и увеличения Pr₂O₃ приводит к увеличению диэлектрической проницаемости со значительным увеличением ТКЧ.

Пример №8. Увеличение содержания Bi₂O₃ и снижение Pr₂O₃ приводит к росту диэлектрических потерь и ТКЧ.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе выполнения тематического плана предприятия «Разработка термостабильных керамических материалов с повышенными значениями диэлектрической проницаемости для выпуска малогабаритных объемных керамических фильтров». Создание нового материала позволило расширить номенклатуру современных селективных устройств для перспективной радиоэлектронной аппаратуры. Получены опытные образцы и выпущен комплект технической и технологической документации.

Керамический материал, содержащий оксиды бария, свинца, висмута и титана, отличающийся тем, что он содержит оксид празеодима при следующем соотношении компонентов, вес.%:

ВаО	13,2-16,7
PbO	2,6-6,7
Bi2O3	8,3-19,0
Pr2O3	24,7-33,4
TiO2	остальное