Керамический материал Советский патент 1992 года по МПК C04B35/46 

Изобретение относится к керамическим материалам, используемым в радиоэлектронной технике СВЧ-диапазона.

Одним из важнейших узлов разнообразных устройств РЭА являются фазовращатели. В современных конструкциях наибольшее распространение получили фазовращатели с феррито-керамическими вкладышами. Причем, от свойств феррита зависят значения выходных параметров фазовращателей, а свойства керамического материала определенно влияют на оптимизацию этих параметров.

Рабочая частотная область фазовращателей при изменении температуры должна 6i)iTb свободной от паразитных резонансов вопн высших типов. Смещения паразитных ре .юнансов можно добиться использованием вкладышей из керамических материалов, обладающих высокими отрицательными

i

значениями температурного коэффициента диэлектрической проницаемости (ТКЈ ). При этом значение диэлектрической проницаемости Ј должно лежать в пределах 20 - 40 единиц, поскольку более высокие ее значения ухудшают распределение электромагнитного поля в феррите и уменьшают величину полезно используемой энергии.

При этом следует-учитывать то, что керамический материал должен иметь низкие диэлектрические потери (tg д 7 х10 ).

Кроме того, для обеспечения механической прочности и сохранения оптимальных параметров фазовращателя необходима согласованность значений температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) пары феррит-керамика в области рабочих температур (20 - 100°С).

Значения ТКЛР литий-марганцевых ферритов, используемых в фазовращателях,

VJ о

ч

ND

составляют(80 - 98) град.1 в указанном интервале температур.

Известен керамический материал, представляющий собой композицию для микроволнового диапазона с общей форму- лой

(1 - х)МдТЮз - х(Са1-уМеу)Т10з, где:

0,03 х 0,15,0,001 у 0,006, Me-Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Co.

Материал обладает е 18-23,1; (3-7) СВЧ-диапазоне иТКЈ , изменяющимся от -56х10 6 до +64х10 ь град.1. Недостатками данного материала являются:

низкие значения диэлектрической про- ницаемости и ее температурного коэффициента, что не позволяет усовершенствовать конструкцию фазовращателя;

ТКЛР не обеспечивает согласованность с ТКЛР-литий-марганцевого феррита;

технология основана на применении особо чистых реактивов, что усложняет и удорожает процесс изготовления материала.

Известен керамический материал, со- держащий оксиды титана, магния, стронция, марганца, а также полирит в соотношении: 110254,6-55,3%; Мд022,6- 23,5%; SrO 11,3 - 12,9%; МпО 0,9 - 1,2%; полирит 8,7 - 9,0%, имеющий диэлектриче- скую проницаемость 27 ±1 при стабильном tg д в СВЧ-диапазоне и малом ТКЈ в интервале рабочих температур -60 - +250°С. Недостатком данного материала является низкое значение ТКе, что также не позволя- ет усовершенствовать конструкцию фазовращателя.

Наиболее близким к предлагаемому материалу является керамический материал, содержащий, мае.%: МдТЮз40-98; СаТЮз и/или ЗгТЮз До 59,9; МпСОз (или МпО) 0,1

-1,0; (или смесь оксидов Р.З. Э.) О, 1

-1,0; РеаОз 0 - 3,0; AlzOs или бентонит 0 - 5,0.

ТКЕ материала колеблется от 12x10 до -2000x10 6 град.1, Ј 13-64,tgd (1,5- 7)х10 измеренные на частоте 10 Гц.

К недостаткам материала относится то, что материал предназначен только для диапазона ВЧ, ТКЛР не согласуется с ТКЛР литий- марганцевого феррита, что не позволяет получить фазовращатель с оптимальными физико-механическими характеристиками.

Цель изобретения - повышение температурного коэффициента линейного расши- рения до величины (80 - 98) град.1 и снижение водопоглощения.

Поставленная цель достигается тем, что керамический материал, включающий

МдТЮз, ЗгТЮз МпО и оксиды редкоземельных элементов, содержит в качестве оксидов редкоземельных элементов лантан-цериевый концентрат состава мае

%:

LaaOs50,0 - 55,0

Се0235,0-40,0

Nd2035,0-7,5

Рг20з5,0 - 7,5

и дополнительно оксид бария при следующем соотношении компонентов, мас.%; МдТЮз66,0 - 78,0

ЗгТЮз20,5 - 25,5

МпО1,2-2,0

лантан-цериевый конц. 0,2 - 9,0 ВаО0,1-1,0

Выбранное соотношение компонентов позволяет получить керамику с необходимым комплексом физико-технических характеристик: ТКЛР (80 - 98) град 1 в температурном интервале 20 - 100°С, водо- поглощение менее 0,02%, Ј 27 - 31, ТК t (-60 - -1000) град.1, tg 6 не более 7x10 в СВЧ-диапазоне.

В табл.1 представлены составы предлагаемого материала.

В примерах 1-18 были использованы следующие конкретные составы лантан-це- риевого концентрата, мас.%:

Состав А 1а2.0з50,0

Се0235,0

Nd20s7,5

Рг2Оз7,5

Состав Б 1 а20з55,0

Се0236,0

Nd20a5,0

Рг20з5,0

Состав В La20a52,0

Се0236,0

Nd2036,0

РГ2036,0

Состав Г 1 а20з50,0

Се0240,0

Nd20s5,0

Рг20з5.0

В примерах 2,3,6,9 (табл.1) был использован состав А, в примерах 4,5 - состав Б, в примере 7 - состав В, в примерах 1,8 - состав Г.

Выбор соотношения компонентов определялся следующими факторами:

количество титанатов магния и стронция соответствует получению материала с диэлектрической проницаемостью 27-31. Изменение содержания МдТЮз и ЗгТЮз, выходящее за пределы, указанные в табл.1, вызывает отклонение диэлектрической проницаемости от оптимального значения. Причем, увеличение содержания MgTiOj

приводит к снижению воздействия керамики на активность феррита, а увеличение содержания ЗгТЮз ухудшает спекание.

Введение La - Се концентрата менее 0,2% не позволяет получить плотноспечен- ные образцы; при содержании его свыше 9% происходит изменение электрофизических характеристик в отрицательную сторону, что связано с изменением фазового состава синтезируемого материала и разрушением мелкокристаллической плотноспе- ченной структуры;

введение МпО менее 1,2% не оказывает существенного влияния на диэлектрические потери материала в диапазоне СВЧ; при содержании МпО более 2,0% ухудшаются электрофизические свойства, что связано с образованием соединений типа МеМпОз;

введение ВаО менее 0,1% ведет к снижению ТКЛР керамического материала за пределы значений 80х10 7 град.1 в интервале температур 20 - 100°С, что вызывает рассогласованность линейного расширения керамики и литий-марганцевого феррита и, как следствие, ухудшение выходных параметров фазовращателя;

введение ВаО более 1,0% способствует повышению значений ТКЛР керамического материала за пределы 98х10 7 град.1, в интервале рабочих температур 20 - 100°С, что также вызывает рассогласованность ТКЛР.

Пример (изготовление материала). Предлагаемый материал изготавливается по традиционной керамической технологии.

Предварительно синтезированные ти- танаты магния и стронция, а также оксид марганца, оксид бария и лантан-цериевый концентрат смешиваются согласно композициям, приведенным в табл.1. Смешение - сухое с добавкой 0,5% олеиновой кислоты в

качестве ПАВ. Продолжительность Смешения 10 ч. Подготовленная смесь пластифицируется поливиниловым спиртом 8%-ной концентрации, который вводится в количе- стве4 - 6%. Из полученного пресс-порошка при удельном давлении 60-100 МПа прессуются образцы диаметром 50 и высотой 3

-4 мм. Образцы обжигаются при температуре 1430 - 1450°С с выдержкой в течение 1

ч.

Диэлектрические характеристики материала измерялись по ГОСТ 8.544-86, ТКЛР

-по ГОСТ 10978-83, водопоглощение - по ГОСТ 2409-80.

В табл.2 приведены сравнительные характеристики керамических материалов заявленного и по прототипу.

Формула изобретения Керамический материал, включающий титанат магния, титанат стронция и оксиды марганца и редкоземельных элементов, о т личающийся тем, что, с целью повышения температурного коэффициента линейного расширения до величины (80 - 98) град-1 и снижения водопоглощения, он содержит в качестве оксидов редкоземельных элементов лантан-цериевый концентрат состава, мас.%:

оксид лантана50,0-55,0

оксид церия35,0 - 40,0

оксид неодима5,0 - 7,5

оксид празеодима5,0 - 7,5

и дополнительно оксид бария при следующем соотношении компонентов, мас.%: титанат магния66,0 - 78,0

титанат стронция20,5-25,5

оксид марганца 1,2-2,0

указанный лантан- цериевый концентрат 0,2 - 9,0 оксид бария0,1-1,0

Т а б л и ц а 1

Использование: керамические материалы для радиоэлектронной технике СВЧ-диа- пазона, в частности для фазовращателей с феррито-керамическими вкладышами. Сущность изобретения: керамический материал содержит в качестве оксидов редкоземельных элементов лантан-цериевый концентрат состава, мас.%: оксид лантана БФ LaaOs 50,0 - 55,0; оксид церия БФ СеС-2 35,0 - 40,0; оксид неодима БФ NcteOa 5,0 - 7,5; оксид празеодима БФ Рг20з 5,0 - 7,5 и дополнительно оксид бария БФ (ВаО) при следующем соотношении компонентов, мас.%: титанат магния БФ (МдТЮз) 66,0 - 78,0; ти- танат стронция БФ (ЗгТЮз) 20,5 - 25,5 оксид марганца БФ (МпО) 1,2 - 2,0; лантан-цериевый концентрат 0,2 - 9.0 и оксид бария БФ (ВаО) 0,1 -1,0. Полученный по обычной керамической технологии материал имеет следующие параметры: е27- 31; tg б (на частоте 1010 Гц) (3 - 7) ТК Ј (60 - 1000) град.1; ТКЛР (80 - 98). град 1- водопоглощение 0,01 - 0,02%. 2 табл.

Примеры с запредельными значениями компонентов.

Таблица2