СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2009 года по МПК C03C10/08 

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.

Изобретение относится к производству радиопрозрачных стеклокристаллических материалов. Технический результат изобретения заключается в уменьшении термического коэффициента линейного расширения, термостабилизации диэлектрической проницаемости и снижении температуры варки. Стеклокристаллический материал содержит следующие компоненты, 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. 2 табл.

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.