СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ С ЗАРАНЕЕ ЗАДАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ И МИКРОВОЛНОВОЙ ТЕХНИКИ Российский патент 2003 года по МПК C04B35/468 

Изобретение относится к производству материалов для электронной техники и может быть использовано в технологии изделий СВЧ-техники, а также в производстве высокочастотных термостабильных керамических конденсаторов.

Современная радиоэлектронная аппаратура и, в особенности, СВЧ-техника предъявляет комплекс повышенных требований к таким характеристикам керамических материалов, как диэлектрическая проницаемость, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, а также тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ) или добротность (Q ~ 1/tgδ). Последний параметр особенно существенен для микроволновых диэлектрических резонаторов, подложек, фильтров и других изделий СВЧ-техники. Кроме того, СВЧ-техника в некоторых случаях требует оптимального сочетания всех параметров, что представляет собой серьезную техническую проблему.

Известен твердый раствор для высокочастотных керамических конденсаторов системы Ba_1-yA_y(Nd_1-xBi_x)₂Ti₄O₁₂, где у = 0,10-0,15, который для повышения диэлектрической проницаемости при сохранении значений температурного коэффициента диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь и удельного объемного электрического сопротивления содержит в качестве элемента А = Рb, х = 0,30-0,50, см. патент РФ 1586101, С 04 В 35/46, H 01 G 4/12.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано за прототип настоящего изобретения.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является отсутствие возможности получения твердого раствора с заранее заданными параметрами (диэлектрическая проницаемость, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, тангенс угла диэлектрических потерь или добротность). Это обстоятельство затрудняет использование подобных твердых растворов в изделиях СВЧ-техники, которые предъявляют жесткие требования к оптимальному сочетанию вышеупомянутых параметров.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи формирования состава твердых растворов с заранее заданными параметрами для создания широкой гаммы получаемых на их основе изделий, преимущественно СВЧ-техники.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению указанная выше задача решается за счет того, что способ формирования состава твердых растворов с заранее заданными параметрами для изделий высокочастотной и микроволновой техники системы (Ba_1-xA_x)Ln₂Ti₄O₁₂, характеризующийся тем, что замещающий элемент А выбирают из ряда Са, Sr, Pb, в качестве лантаноида Ln используют Nd и/или Sm, кроме того, в состав твердого раствора вводят дополнительный замещающий титан элемент В, который выбирают из ряда Zr, Hf, при этом замещающие элементы А и/или В вводят в твердый раствор в количественных соотношениях друг относительно друга, обеспечивающих достижение получаемым материалом заранее заданных параметров.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:
- в состав твердого раствора вводят дополнительный замещающий лантаноид Ln элемент С, в качестве которого используют Bi, при этом замещающие элементы А, и/или В, и/или С вводят в твердый раствор в количественных соотношениях друг относительно друга, обеспечивающих достижение получаемым материалом заранее заданных параметров;
- замещающие элементы вводят в твердый раствор в следующих количествах, маc.:
элемент А
Са - 0,05-0,15
Sr - 0,05-0,20
Pb - 0,05-0,30
элемент В
Zr - 0,01-0,40
Hf - 0,01-0,40
элемент С
Bi - 0,01-0,50
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта. В предложенном техническом решении достигаются высокие значения всех основных технических характеристик, определяющих пригодность материала для использования в производстве широкой гаммы изделий СВЧ-техники, - повышенная диэлектрическая проницаемость при высоком уровне добротности и высокая термостабильность. Кроме того, за счет комбинирования замещающих элементов и их количества обеспечивается возможность получения материалов с заранее заданными в широких пределах свойствами.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Способ реализуют известным методом керамической технологии (твердофазный синтез) или методом химической технологии (химическое соосаждение компонентов с последующей прокалкой осадка).

Примеры формирования состава твердых растворов приведены в таблице 1.

Основные технические характеристики полученных образцов материалов приведены в таблице 2.

Из данных таблицы 2 видно, что введение замещающего элемента А приводит к снижению диэлектрических потерь у получаемого материала (составы 1-3 по сравнению с составами 13-16).

Введение замещающего элемента В приводит к некоторому повышению температурной стабильности (составы 14 и 16 по сравнению с составами 1-2).

Введение замещающего элемента С приводит к повышению диэлектрической проницаемости и к повышению ТКЕ, а следовательно, повышению температурной стабильности (составы 7-13 по сравнению с остальными).

Комбинирование замещающими элементами А и С приводит к получению составов 8 и 9 с максимальной диэлектрической проницаемостью ε = 120 и термостабильностью (ТКЕ = 0), а также достаточно высокой добротностью. Такие составы можно использовать для получения материалов, применяемых в производстве микроволновых фильтров и подложек.

Введение только одного замещающего элемента А приводит к получению состава 17 с высокой добротностью (Q = 2500), который можно использовать для получения материалов, применяемых в производстве микроволновых диэлектрических резонаторов.

Введение замещающих элементов А и В приводит к получению состава 4 с достаточно высокой добротностью (Q = 1500) и ТКЕ = +15, который можно использовать для получения материалов, применяемых в производстве микроволновых диэлектрических резонаторов и подложек.

Введение одного замещающего элемента С (составы 14-16) подтверждает тенденцию к повышению диэлектрической проницаемости и температурной стабильности.

Введение замещающих элементов А, В и С приводит к получению состава 11, сочетающего высокий показатель диэлектрической проницаемости с достаточно высокой добротностью, который можно использовать для получения материалов, применяемых в производстве микроволновых диэлектрических резонаторов и подложек.

Таким образом, видно, что оптимальные сочетания параметров диэлектрической проницаемости, добротности и ТКЕ могут быть достигнуты заявленным способом формирования твердого раствора путем комбинирования замещающих элементов (А, и/или В, и/или С), а также за счет комбинирования их количественного содержания или соотношения с другими элементами. Материалы, полученные на основе таким образом сформированных твердых растворов, можно использовать для получения широкой гаммы изделий высокочастотной и СВЧ-техники.

Предложенный способ может быть реализован промышленным способом с использованием известных технологий и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к материалам для электронной техники, которые могут быть использованы для изготовления изделий СВЧ-техники и микроволновой техники. Способ предусматривает формирование состава твердых растворов системы (Ba_1-xA_x)Ln₂Ti₄O₁₂. Элемент А выбирают из ряда Са, Pb, а Ln - Nd. Дополнительно вводят замещающий титан элемент В - Zr. Если замещающий элемент А выбирают из ряда Са, Sr, Pb, то в качестве лантаноида Ln используют Nd и/или Sm, а дополнительный замещающий титан элемент В - Hf. Если замещающий элемент А выбирают из ряда Са, Sr, то в качестве лантаноида Ln используют Sm. Если замещающий элемент А выбирают из ряда Са, Sr, Pb, в качестве лантаноида Ln используют Nd и/или Sm и дополнительно вводят замещающий титан элемент В - Zr или Hf и дополнительный замещающий лантаноид Ln элемент С - Bi. Эти твердые растворы имеют оптимальные сочетания параметров диэлектрической проницаемости, добротности и термостабильности. 4 с. и 4 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ формирования состава твердых растворов системы (Ba_1-xA_x)Ln₂Ti₄O₁₂, отличающийся тем, что замещающий элемент А выбирают из ряда Са, Рb, в качестве лантаноида Ln используют Nd, кроме того, в состав твердого раствора вводят дополнительный замещающий титан элемент В, в качестве которого используют Zr. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что замещающие элементы вводят в твердый раствор в следующих количествах, моль:
Элемент А Са - 0,05-0,15
Pb - 0,05-0,30
Элемент В Zr - 0,01-0,40
3. Способ формирования состава твердых растворов системы (Ba_1-xA_x)Ln₂Ti₄O₁₂, отличающийся тем, что замещающий элемент А выбирают из ряда Са, Sr, Pb, в качестве лантаноида Ln используют Nd и/или Sm, кроме того, в состав твердого раствора вводят дополнительный замещающий титан элемент В, в качестве которого используют Hf. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что замещающие элементы вводят в твердый раствор в следующих количествах, моль:
Элемент А Са - 0,05-0,15
Sr - 0,05-0,20
Pb - 0,05-0,30
Элемент В Hf - 0,01-0,40
5. Способ формирования состава твердых растворов системы (Ba_1-xA_x)Ln₂Ti₄O₁₂, отличающийся тем, что замещающий элемент А выбирают из ряда Са, Sr, в качестве лантаноида Ln используют Sm. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что замещающий элемент А вводят в твердый раствор в следующих количествах, моль:
Элемент А Са - 0,05-0,15
Sr - 0,05-0,20
7. Способ формирования состава твердых растворов системы (Ba_1-xA_x)Ln₂Ti₄O₁₂, отличающийся тем, что замещающий элемент А выбирают из ряда Са, Sr, Pb, в качестве лантаноида Ln используют Nd и/или Sm, кроме того, в состав твердого раствора вводят дополнительный замещающий титан элемент В, который выбирают из ряда Zr, Hf, а также дополнительный замещающий лантаноид Ln элемент С, в качестве которого используют Bi. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что замещающие элементы вводят в твердый раствор в следующих количествах, моль:
Элемент А Са - 0,05-0,15
Sr - 0,05-0,20
Pb - 0,05-0,30,
Элемент В Zr - 0,01-0,40
Hf - 0,01-0,40
Элемент С Bi - 0,01-0,50а