СТЕКЛО ДЛЯ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЦЕМЕНТА Российский патент 2002 года по МПК C03C10/06 

Изобретение относится к составам стекол для стеклокристаллического цемента (ситаллоцемент), предназначенного для спаев, пассивации и герметизации микросборок, узлов и корпусов приборов в радиоэлектронной промышленности и приборостроении. В частности в производстве высокотемпературных резонаторов из лангасита.

Лангасит - лантаногалиевый силикат La₂Ga₅SiO₁₄ характеризуется высокой температурой плавления ~ 1470^oС, не претерпевает фазовых превращений при нагревании и имеет температурный коэффициент линейного расширения 50•10^-7К^-1. Благодаря высокой температуре плавления лангасита резонаторы на его основе могут работать в условиях очень высоких температур при сохранении стабильности характеристических параметров. Диапазон значений рабочей температуры резонатора определяется также и материалом, которым спаиваются и герметизируются элементы резонатора, т.е. ситаллоцементом. Чем выше температура деформацииситаллоцемента, тем выше и рабочая температура резонатора. Для создания прочного, герметичного высокотемпературного спая необходимо, чтобы ситаллоцемент имел ТКЛР, согласованный с ТКЛР лангасита, высокую температуру кристаллизации (формирования кристаллической фазы) и высокую температуру деформации.

Известно стекло для изготовления стеклокристаллического цемента [1], включающее, мас.%: SiO₂ 47,0-58,0; Al₂O₃ 15,0-22,0; TiO₂ 6,0-12,0; SrO/ или ВаО 3,0-25,0; один из компонентов из группы: CeO₂ 0,01-0,5; ZrO₂ 0,5-3,0; ZrO 0,5-3,0. Недостатком стекла является низкий ТКЛР 38-39•10^-7К^-1, не согласующийся с ТКЛР лангасита, что не позволяет использовать его для создания прочного спая с лангаситом.

Наиболее близким к предлагаемому стеклу по технической сущности и достигаемому результату является стекло для стеклокристаллического цемента, содержащее, мас. %: SiO₂ 18,0-20,5; В₂О₃ 25,5-29,0; ВаО 22,5-27,0; Аl₂О₃ 1,5-3,5; ZnO 24,0-26,0; MnO 1,0-3,0 [2]. ТКЛР стеклокристаллического цемента 55-57•10^-7К^-1, температура кристаллизации 740-760^oС. Стеклокристаллический цемент образует прочный спай с керамической подложкой, однако плохо смачивает лангасит, что приводит к плохому сцеплению с ним, следовательно, к низкой адгезионной прочности спая.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение ТКЛР стеклокристаллического цемента, повышение температуры кристаллизации и, следовательно, температуры деформации с целью достижения хорошей адгезии с лангаситом и повышения рабочей температуры резонатора.

Для решения поставленной задачи предлагается стекло для стеклокристаллического цемента, включающее SiО₂, Аl₂О₃, В₂О₃, BaO, ZnO, MgO, CdO, которое содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас. %: SiО₂ 30,5-35,5; Аl₂О₃ 7,0-8,0; В₂О_з 6,5-7,5; BaO 28,5-30,5; ZnO 20,5-22,0; MgO 0,5-1,5; CdO 0,5-1,5.

Количественное сочетание указанных компонентов в предлагаемом составе стекла для стеклокристаллического цемента позволяет получить высокотемпературный спай с лангаситом и создать новый тип высокотемпературного резонатора, расширить диапазон его рабочей температуры при обеспечении стабильности характеристических параметров.

Из источников литературы не известно стекло, образующее спай с лангаситом при данном сочетании компонентов, и нами предлагается впервые.

Варку стекла осуществляют в газовой пламенной печи при температуре 1450^oС.

В качестве сырьевых материалов для приготовления шихты используют песок кварцевый, глинозем, борную кислоту, барий углекислый, магний углекислый, оксиды цинка и кадмия.

Готовую стекломассу выливают на воду для получения стеклогранулята, который затем измельчают в порошок с удельной поверхностью 5000-6000 см²/г.

Из стеклопорошка готовят водную суспензию сметанообразной консистенции и наносят на поверхность лангасита.

Стеклокристаллический цемент для спая с лангаситом получают путем кристаллизации стеклопорошка. Термообработку осуществляют в электрической печи при температуре 820-850^oС. Время выдержки при максимальной температуре 15-20 мин. В этом интервале температур стеклопорошок оплавляется, смачивает поверхность лангасита, а затем кристаллизуется с образованием прочного спая с последним.

Конкретные примеры стекла для стеклокристаллического цемента и их свойства приведены в таблице. Для сравнения даны составы и свойства стекла - прототипа.

Как видно из таблицы, стеклокристаллический цемент на основе предлагаемого стекла хорошо согласуется по ТКЛР с лангаситом, имеет хорошую адгезию, что обеспечивает образование прочного спая этих материалов. Температура кристаллизации выше, чем у прототипа, что позволяет получить спай при более высокой температуре. Высокая температура деформации стеклокристаллического цемента дает возможность расширить интервал рабочей температуры резонатора практически до 1000^oС.

Указанные преимущества стеклокристаллического цемента позволяют создать новый тип высокотемпературного резонатора на основе лангасита.

Составы, находящиеся за пределами заявляемой области, не пригодны для использования в этих целях, так как кристаллизуются при более низких температурах и имеют ТКЛР, не согласованный с ТКЛР лангасита.

Источники информации
1. А.с. СССР 948921 МПК³ С 03 С 3/22, опубл. 07.08.82. Бюл. 29.

2. А. с. СССР 1143711 МПК⁴ С 03 С 10/06, опубл. 07.03.85. Бюл. 9 (прототип).

Стекло для стеклокристаллического цемента рекомендуется использовать в приборостроении и радиоэлектронной промышленности для спаев с лангаситом (La₂Ga₅SiO₁₄) в производстве высокотемпературных резонаторов. Стекло включает компоненты при следующем соотношении, маc. %: SiO₂ 30,5-35,5; В₂О_з 6,5-7,5; А1₂О_з 7,0-8,0; BaO 28,5-30,5; ZnO 20,5-22,0; МgО 0,5-1,5; CdO 0,5-1,5. Температурный коэффициент линейного расширения стеклокристаллического цемента 50•10^-7К^-1, температура кристаллизации и спаивания 820-850^oС, температура деформации 1050^oС. 1 табл.

Стекло для стеклокристаллического цемента, включающее SiO₂, B₂0₃, Аl₂О₃, BaO, ZnO, отличающееся тем, что оно содержит МgО и CdO при следующем соотношении компонентов, маc.%:
SiO₂ - 30,5-35,5
В₂O₃ - 6,5-7,5
Аl₂О₃ - 7,0-8,0
BaO - 28,5-30,5
ZnO - 20,5-22,0
МgО - 0,5-1,5
CdO - 0,5-1,5к