Керамический материал Советский патент 1984 года по МПК C04B35/453 C04B35/50 

Изобретение относится к электротехнической керамике, а именно к керамике, которая может быть использована для создания термостабильных конденсаторов и других электро- и радиотехнических устройств, для которых необходима температурная стабильность электрофизических параметров.

Для изготовления термостабильных конденсаторов п.о группам и ПЗЗ необходимы керамические диэлектрические материаль со следующими параметрами: температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТК +(0-30) , диэлектрическая проницаемость 80 ея„ и удельное объемное электросопротивление омСМ (при 20с) при достаточно малых 3}-:ачениях текцературного коэффициента.

Известен керамргческин материал для конденсаторов на основе твердого раствора состава П s мол Л: LagTi, Г;

66,8-91,8; CaTiOi, 0,7-27,1: KgTi

О,

6,1-7,5, Этот материал имеет ТК -(0,75) 5 48-53 ед.

Однако этот керамическьй материал характеризуется недостаточно высоким величинами , а TKf отклоняется от О больше, чем на 30 10 , и, причем, в сторону отрицательных значений, что не соответствует требованиям, предъявляемым к керамике для термостабильных конденсаторов. Кроме того, известный материал получается по методу соосал дения, которьй включает осажденме, фильтрование, отмывк от ионов сушку и заканчивается высокотемпературньтм отжигом при t 1200-1250 С1- Из полученного таким образом матер1- ала спекают керамику. т.е. процесс получения к(;рамического материала довольно продолжителен и сложен.

Известен.также керамический материал, содержащий, вес,% MgTiO 85,9; СаТ;Оз 2,8| 1,а20а-2Т 02 11 З. Этот материал характеризуется нулевы значением ТК (Oi3) -10 град 2 .

Однако значение ТКб (0+3) 10 1/град. присуЕ(е только узкому высокотемпературному интервалу 1 320-1 З40с и наблюдается только дпя микроволнового диапазона f 12 МГц, что весьм существенно ограничивает набор приборов, в которых известный керамически материал может быть применен. Кроме

того., керамический материал представляет собой смесь 3 соединений с различнымр значениями ТК + 101 Ч0 1/град, СаТлО : -1744ЧСГ 1/град, 2Тл02 : +65 1/град, которые в предлагаемых соотношениях и предлагаемом температурном интервале дают суммарное нулевое значение ТК. Смешение компонентов, имеющих положительные и отрицательные величины ТК в целях получения ТКЕ О, неизбежно приводит к некоторой неравномерности их распределения, особенно в промышленных условиях. Следовательно, получаемые из этой керамики изделия не стабильны по своим электрофизическим свойствам, в частности по ТК, что приводит к существенному проценту брака. Известный керамический материал требует долговременного и тщательного размола, прессования перед отжигом для гомогенизации шихты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является керамический материал, содержащ;ий компоненты вес.%: Ti02 22-43; XrOa 38-58; 5n0.2 9-26 и одна или две добавки из группы ЬагОз, Со,О,, пО 0,2-17.

Этот материал характеризуется значениями ТК от -20-10 до + 5610 1/град, а от 29,3 до 44р2 ед, на частоте 76 Гц (микроволновый диапазон). PV известного материала составляет 9,1 10° ом См при и 1,610 ОМсм при з .

Недостатком керамического материала является то, что значения ТК близкие к нулю наблюдаются только в ир;тервале температур и обладает недостаточно высокими величина, ми PV и S , т.е., не полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к керамикам для термостабильных конденсаторов и других радиотехнических устройств.

Кройе Того, этот материал получается при довольно высокой температуре 1320 С и состоит из 4-5 различных компонентов, что требует при твердофазном синтезе тщательного и долговременного мокрого размола (16 ч с

lir.0) операций обезвоживания, сушки и прессования (Р 2500 кг/см), что f, усложняет технологию его изготовления, Цель изобретения - увеличение диэлектрической проницаемости и удельного объемного электросопротивления при сохранении температурного коэффициента диэлектрической проницаемости ,5 и расширение температурного интервала нулевых значений температурного коэффициента диэлектрической проницаемости. Поставленная цель достигается тем, О что керамический материал, включающий 5п02, по крайней мере один окси из группы , PpjO,, NcjjO ° крайней ме{зе один оксид из группы ZnO, , СаО, содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: SnOa 25-40 По крайней мере один оксид из группы , 25-40 По крайней мере один оксид из группы ZnO, , СаО25-40 Выбор соотношения компонентов в предлагаемом керамическом материале обусловлен тем, что материал представляет собой фазы на основе новых индивидуальных соединений состава ALnjSnOf, (или в мол.%: АО 33, (3), 33,(3); «опО 33,(3)), где А Zn , W, Са, LM La, Р , Nd , кото рые имеют высокосимметричную слоистую перовскитоподобную структуру, с малой степенью разупорядоченности, что обуславливает высокие значения р. Кроме того, фрагменты этой струк Чуры состоят из довольно обособленн октаэдров, между которыми практичес не происходит перераспределение эле роннои плотности даже при повьш1ении температуры вплоть до 300°С. Это обуславливает высокие значения и высокую температурную стабильность (ТКе 0). Предлагаемые составы получают по известной керамической технологии. Пример. Исходные оксиды , Z,nO, СаО,ип20 (, P.WcJ) и SyiO, взятые в предлагаемых преде лах, перетираются в течение 1-15 ми в агатовой ступке с ацетоном до гом генизации и испарения ацетона. Полу ченную гомогенную смесь помещают в алундовые тигли и спекают в силитовой печи при 1200-1250°С в течение

20-30 ч. Для проведения измерений электрофизических параметров полученный материал запрессовывают в коак1096

во изделий из предлагаемого керамического материала. Дополнительное преимущество предлагаемого керами524сиальньш датчик (Р 2000 кг/см) и измеряют емкость и электросопротивление на приборах Р-577 и МОМ-3 по методикам ГОСТ 13237-73, величины t и ТК определяют расчетным путем. Электрофизические свойства в зависимости от состава предлагаемого керамического материала и прототипа с учетом выхода за граничные пределы области приведены в таблице. Из приведенных в таблице данных видно, что при выходе из границы предлагаемой области уменьшаются значения S и р для соответст.вующ11х групп составов (2nO, MdO, СаО), а ТКЕ становится значительно больше 0. Это объясняется тем, что при соотношениях, исходных оксидов, соответствующих составам за границей предлагаемой области фазы на основенового соединения А., Sr 0(, (или в мол.%): АО 33,(3); ип.,0з 33,(3);5п02 33,(3)), где А 2:п, М, Са,Цг1 , Kd20, не образуются, а образуются станнаты Lh-2Sn20 и А5пОо , смеси которых не обладают указанными вьш1е оптимальными свойствами. Таким образом, изобретение по сравнению с прототипом позволяет увеличить РУ в 100-1000 раз, в 2-4,5 раза, при сохранении нулевого значения ТК расширить температурный интервал нулевых значений ТК в 3,5 раза. Увеличение р, и 5 приводит к уменьшению размера изделий из предлагаемого керамического материала. Отсутствие в предлагаемом керамическом материале легко восстанавливаемых компонентов позволяет использовать в качестве электродов в конденсаторах неблагородные металлы (Сп, Мо, АЕ), что удешевляет процесс их изготовления. Кроме того, предлагаемый керамический материал позволяет сместить частотный диапазон работы изделий из него от микроволнового до частот 0,5-1 кГц. Существенным преимуществом предлагаемого материала также является то, что он основан на индивидуальном химическом соединении. Это повышает стабильность электрофизических свойств и качестсобе его получения,так как температура синтеза по сравнению с протоствуют операции обезвоживания, сушки, прессования.

КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, включающий SnO-, по крайней мере один оксид из группы LajO, PrjOj, NdjjOa и по крайней мере один оксид из группы ZnO, MgO, CaO, отлич ающийс я тем, что, с целью увеличения диэлектрической проницаемости и удельного объемного электрос опротивления при сохранении температурного коэффициента диэлектрической проницаемости и расширения температурного интервала нулевых значений температурного коэффициента диэлектрической проницаемости, он содержит указанные вьппе компоненты при следующем соотношении, мас.% SnOg. 25-40 По крайней мере один i оксид из группы ,, .Ыё Оз25-40 По крайней мере один оксид из группы 2пО, MgO, CaO25-40

1 ZnO-Pr20;j-Sn02 25-40-35

1 -10 2 ZnO-La20 5-Sn02 33,3-33,3-33,4 1 -10

1,0-10

4 ZnO-Nd20 -La205-Sn02 35-10-15-40

1 10 5 MgO-Pr20a-Sn02 1,0-10 25-40-35 6 MgO-La203-Sn02 33,3-33,3-33,4 1,0.10

7 MgO-NdjO -SnO

1, 40-35-25

8 MgO-Pr O -NdgO -SnOg

1,0-10 105,08 105,10+3--10

7,0Ю 90,00 90,02+3 40

SsOlO 100,30 100,30 о

8, 100,00 100,03+3-10

7, 135,00 135,00 О

5,3. 150,25 150,25 О

1,410 193,00 193,00 О

1,010 185,00 185,00+3 ЧО

2,810 180,43 1806,09+5-10

5, l23,l7 123,11+3-10

1,310 190,00 190,00 О

5,7-10 189,00 189,10+3.10 9., 107,00 107,00 О 5,0.10 110,00 110,05+3-10 1,0-10 140,10 140,10 О

1096252 16 CaO-LajO -SnO, 8,0-10 45-45-10 17 MgO-Nd Oa-BnO 5,0«10 20-15-65 18 ZnO-Pr202-bn02 1,500 20-60-20 Прототип 19Ti02-Zr02-Sn02-La20 9,140 24-56-20-0,5 20Ti02-Zr02-Sn02-La20a 2,8-10 43-38-19-4,0

Составы, выходящие за границы предлагаемой области.

8 Продолжение таблицы 7,2-10 97,30 100, 10 3,1-10 90,00 95,17 10010 1,0-10 73,82 80,04 100-10 Т.бЧО 34,2 34,2 О 1,9-10 39,2 39,8+56-10