КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2017 года по МПК C04B35/195 C04B35/18 

Описание патента на изобретение RU2624475C1

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания керамических материалов с низкой диэлектрической проницаемостью и малыми диэлектрическими потерями, предназначенных для использования в высокочастотном и сверхвысокочастотном диапазонах для изготовления широкого класса приборов электронной техники.

Основными характеристиками керамических материалов являются:

- заданная величина действительной составляющей комплексной диэлектрической относительной проницаемости на функциональной частоте - ε';

- тангенс угла диэлектрических потерь - tgδε,

- плотность материала, г/см3 - ρ,

- влагопоглощение, % - W.

Для повышения добротности высокочастотных микроволновых приборов керамический материал должен обладать уменьшенными диэлектрическими потерями (tgδε≤4⋅10-4), плотностью, близкой к теоретической, и минимальным влагопоглощением (≤0,1%).

В настоящее время почти отсутствуют плотные керамические материалы с диэлектрической проницаемостью ниже чем ε'=4,7 и малыми диэлектрическими потерями.

Известен отечественный органический диэлектрик СТ-4 с ε'=4 (ОСТ4ГО.023.600), но по сравнению с керамическими диэлектриками, их диэлектрические потери гораздо выше, а температура размягчения очень низкая (~200 С°). Эти факторы ограничивают их применение в СВЧ приборах.

Известен также отечественный аналог керамического материала 5К (каталог АО «НИИ» Феррит-Домен») с низкими диэлектрическими потерями, но значение диэлектрической проницаемости ε' выше заявляемого.

Среди зарубежных аналогов известен патент США №6.440.883, в котором предложен основной состав керамики MgO-Al2O3-SiO2, дополнительно материал содержит окислы щелочных металлов, таких как K2O в количестве не более 0,1% от общей массы керамики. Присутствие окислов щелочных металлов, образуя стеклофазу, способствуют снижению температуры спекания до 1450°С. Положительным результатом помимо снижения температуры спекания, является также уменьшение диэлектрических потерь на отдельных составах. Среди примеров различного состава приводится также керамический материал с диэлектрическими свойствами: ε'=4,8 и tgδε=4⋅10-4, по своим свойствам соответствующий отечественному керамическому материалу 5К, разработанному ранее.

В отечественном патенте №2581860 (патентообладатель ОАО «НИИ «Феррит-Домен») предложен керамический материал на основе окислов MgO, Al2O3, ZnO, SiO2, обладающий низким значением диэлектрической проницаемости ε'≤4,2, но имеющий повышенные диэлектрические потери tgεδ=7⋅10-4.

Параметры рассмотренных аналогов приведены в таблице 1.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является керамический материал по патенту №2581860, взятый в качестве прототипа.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении керамического материала с низким уровнем диэлектрических потерь ≤4⋅10-4, при сохранении низкой величины диэлектрической проницаемости 4,0±0,2 и влагопоглощения ≤0,1%.

Для достижения технического результата предлагается керамический материал, который содержит в качестве базового состава оксиды магния, алюминия, кремния и цинка, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид марганца, при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Оксид магния (MgO) - 13,0-6,2

Оксид алюминия (Al2O3) - 33,3-23,4

Оксид цинка (ZnO) - 1,3-12,5

Оксид марганца (Mn2O3) - 1,2-12,1

Оксид кремния (SiO2) – остальное.

Предлагаемый керамический материал получают по следующей технологии.

Исходные компоненты, взятые в необходимых соотношениях, перемешиваются в дистиллированной воде в шаровой мельнице в течение 20-24 часов при соотношении масса : шары : вода (м:ш:в), равным 1:2:2,5. В качестве мелющих тел используются высокоплотные алундовые цилиндры диаметром и высотой 12 мм. Высушенную смесь протирают через капроновые сита и синтезируют при температуре 1280-1300°С в течение 4-6 часов на воздухе. После чего шихта подвергается мокрому помолу по режиму, описанному выше.

Пресс-порошок готовится путем введения 1/5 части от веса шихты 1,5% раствора метилцеллюлозы. Спрессованные при удельном давлении 1 т/см2 образцы спекаются на воздухе при температуре 1240-1400°С в течение 2-4 часовой выдержки.

На спеченных образцах измерялись следующие параметры: плотность, диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери и влагопоглощение.

Плотность ρ определялась методом гидростатического взвешивания. Действительная составляющая комплексной диэлектрической относительной проницаемости (ε') и тангенс угла диэлектрических потерь (tgδε) измерялись резонансным методом на частоте 6,5 ГГц на шлифованных дисках диаметром 20÷24 мм и толщиной 2÷3 мм, полученных в результате спекания образцов. Влагопоглощение W рассчитывают по формуле:

,

где q0 - первоначальный вес, q1 - вес после 24 ч погружения в дистиллированную воду.

Примеры полученной керамики, их химической состав и электрофизические свойства приведены в таблице 2.

В примерах №1, 2, 3, 4, 5 даны химические составы в пределах заявленных процентных соотношений и соответствующие им электрофизические свойства, полученные в результате испытаний по стандартным методикам.

Пример №6. Увеличение содержания MgO и уменьшение ZnO, по сравнению с заявленными пределами, приводит к росту диэлектрической проницаемости.

Пример №7. Уменьшение содержания MgO и увеличение ZnO, по сравнению с заявленными пределами, приводит к увеличению диэлектрических потерь.

Пример №8. Увеличение содержания Al2O3 и уменьшение Mn2O3, по сравнению с заявленными пределами, приводит к увеличению диэлектрической проницаемости и росту диэлектрических потерь.

Пример №9. Уменьшение содержания Al2O3 и увеличение Mn2O3 по сравнению с заявленными пределами, приводит к увеличению диэлектрических потерь, кроме того, становится невозможным получить хорошо спеченный материал, поэтому возрастает влагопоглощение.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе выполнения тематического плана предприятия «Исследование возможности получения керамического материала с диэлектрической проницаемостью ε'=4±0,2 и tgδε≤4⋅10-4».

В дальнейшем при соответствующей технологической отработке будет выпущена документация на данный керамический материал марки 4К.

Создание керамического материала с малыми диэлектрическими потерями и с низкой диэлектрической проницаемостью позволит расширить номенклатуру материалов и создаваемых на их основе современных высокодобротных радиоэлектронных устройств.

Похожие патенты RU2624475C1

название год авторы номер документа
КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ С НИЗКОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ 2015
  • Иванова Валентина Ивановна
  • Потешкина Анастасия Андреевна
  • Уваренкова Юлия Александровна
  • Смирнов Александр Дмитриевич
RU2581860C1
КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ С НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ ОБЖИГА 2013
  • Лукица Иван Гаврилович
  • Иванова Валентина Ивановна
  • Лукьянова Нинель Анатольевна
  • Иванов Дмитрий Михайлович
  • Клементьев Алексей Андреевич
RU2527965C1
ФЕРРИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ 2016
  • Иванова Валентина Ивановна
  • Потешкина Анастасия Андреевна
  • Уваренкова Юлия Александровна
RU2637269C1
КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ 2010
  • Иванова Валентина Ивановна
  • Лукьянова Нинель Анатольевна
  • Ильченко Александр Евгеньевич
  • Иванов Дмитрий Михайлович
RU2443658C1
ФЕРРИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ 2006
  • Афанасьев Юрий Николаевич
  • Кашин Валерий Акимович
  • Новиков Александр Валерьевич
RU2339105C2
Сегнетоэлектрический материал 2022
  • Шут Виктор Николаевич
RU2786939C1
Керамический материал 2018
  • Иванова Валентина Ивановна
  • Уваренкова Юлия Александровна
  • Потешкина Анастасия Андреевна
RU2687681C1
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ (ВАРИАНТЫ) 2000
  • Ненашева Е.А.
  • Картенко Н.Ф.
RU2170219C1
ФЕРРИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ 2014
  • Григорьева Наталья Борисовна
  • Егоров Сергей Владимирович
  • Жданова Камилла Дмитриевна
  • Иванова Валентина Ивановна
  • Смирнов Александр Дмитриевич
  • Федоров Владимир Владимирович
  • Яковлева Ольга Геннадьевна
RU2573601C1
КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ 2012
  • Лукица Иван Гаврилович
  • Иванова Валентина Ивановна
  • Лукьянова Нинель Анатольевна
  • Иванов Дмитрий Михайлович
  • Клементьев Алексей Андреевич
RU2500651C1

Реферат патента 2017 года КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, а именно к материалам, предназначенным для использования в высокочастотном и сверхвысокочастотном диапазонах. Предлагаемый керамический материал содержит следующие компоненты, вес. %: MgO 6,2-13,0; Al2O3 23,4-33,3; ZnO 1,3-12,5; Mn2O3 1,2-12,1; SiO2 - остальное. Технический результат изобретения - получение керамического материала с низким уровнем диэлектрических потерь tgδε ≤4⋅10-4, при сохранении низкой величины диэлектрической проницаемости ε΄ 4,0±0,2 и влагопоглощения ≤0,1%. Предлагаемый материал позволит расширить номенклатуру материалов и создаваемых на их основе современных высокодобротных радиоэлектронных устройств. 9 пр., 2 табл.

Формула изобретения RU 2 624 475 C1

Керамический материал, содержащий оксид магния, алюминия, кремния и цинка отличающийся тем, что он содержит оксид марганца при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Оксид магния (MgO) 13,0-6,2 Оксид алюминия (Al2O3) 33,3-23,4 Оксид цинка (ZnO) 1,3-12,5 Оксид марганца (Mn2O3) 1,2-12,1 Оксид кремния (SiO2) Остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2624475C1

КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ С НИЗКОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ 2015
  • Иванова Валентина Ивановна
  • Потешкина Анастасия Андреевна
  • Уваренкова Юлия Александровна
  • Смирнов Александр Дмитриевич
RU2581860C1
BY 7951 C1, 30.04.2006
Трансформатор, предназначенный для работы с постоянным вторичным напряжением при колеблющемся первичном напряжении 1928
  • Енгибарян А.А.
SU12848A1
JP 2000327410 A1, 28.11.2000
СУДНО ДЛЯ ПРОКЛАДКИ КАБЕЛЯ 1992
  • Ардашев Б.П.
  • Логанова Л.А.
  • Рязанцев Ю.И.
  • Ховряков А.Н.
RU2032587C1

RU 2 624 475 C1

Авторы

Иванова Валентина Ивановна

Потешкина Анастасия Андреевна

Уваренкова Юлия Александровна

Смирнов Александр Дмитриевич

Даты

2017-07-04Публикация

2016-05-23Подача