СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СВЧ-ТЕХНИКИ
GLASS-CERAMIC MATERIAL FOR MICROWAVE ENGINEERING

Изобретение относится к стеклокристаллическим материалам и стеклам для их получения, предназначенным для производства изделий электронной техники, преимущественно фазовращателей, модулей управляемых решеток и т.д. Такие материалы должны обладать малыми диэлектрическими потерями в СВЧ-диапазоне в сочетании с относительно высокой диэлектрической проницаемостью.
Известно стекло для стеклокристаллического материала (SU 1273347 от 27.05.1982 г., опубликовано 30.11.1986 г.), обладающего малыми диэлектрическими потерями в СВЧ-диапазоне, следующего состава, мас.%:
2
2
2
3
SiO 65-70; NaO 10-24; AlO 1-5; MgO 5-10; F 1-5.
Наиболее близким к предложенному стеклокристаллическому материалу по химическому составу и свойствам является стеклокристаллический материал (JP 2001287934, опубликовано 16.10.2001 г.), обладающий малыми диэлектрическими потерями в СВЧ-диапазоне, следующего состава, мас.%:
2
2
3
2
2
SiO 35-50; AlO 5-30; MgO 10-30; TiO 5-20; LiO 2,6-4,8.
-4
Недостатком известных материалов является то, что их относительная диэлектрическая проницаемость (Е) не превышает 4-4,5, а при увеличении до значений 7-7,5 потери в СВЧ-диапазоне (tg) возрастают и достигают величин более (20-50)×10, что исключает их применение для указанной выше цели. Кроме того, к недостаткам известных материалов относятся достаточно широкие колебания значений относительной диэлектрической проницаемости (+0,2-0,3) в сочетании с большими сложностями в получении заранее заданных значений.
-4
10
Технической задачей изобретения является разработка стеклокристаллического материала, обеспечивающего получение заранее заданных и поддерживаемых в определенных пределах значений диэлектрической проницаемости (7,15-7,40) и тангенса угла диэлектрических потерь менее 4×10 в СВЧ-диапазоне (10 Гц).
2
2
3
2
-4
Поставленная техническая задача достигается тем, что стеклокристаллический материал получен на основе SiO, AlO, MgO, TiO и характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью 7-7,5 и тангенсом угла диэлектрических потерь менее 4×10 в СВЧ-диапазоне.
Стеклокристаллический материал может быть получен из стекла следующего состава, мас.%:
2
2
3
2
SiO 35,5-38,5; AlO 22,8-25,5; MgO 20-22,7; TiO 16,2-18,8.
2
2
3
Для варки стекла применяют сырьевые материалы с возможно более низким содержанием примесей МеО, MeO (не входящих в состав стекла), и в особенности FeO и других красящих оксидов.
Варка стекла осуществляется в печах периодического или непрерывного действия с ручной или механизированной выработкой заготовок.
Температурный режим варки стекол в печи периодического действия следующий:
температура варки и осветления стекла
1530-1550°С
температура выработки заготовок
1460-1510°С
-4
10
Для получения стеклокристаллического материала с заданными диэлектрическими свойствами полученные стеклянные заготовки подвергают термообработке, режим которой является очень важным в технологии получения заявленного материала. Термообработка должна вызывать выпадение в материале кристаллических фаз, обеспечивающих получение заранее заданных и поддерживаемых в определенных пределах значений диэлектрической проницаемости при малых потерях менее 4×10 в СВЧ-диапазоне (10Гц).
Режим термообработки следующий: нагрев до температуры термообработки (1170-1240°С) со скоростью 80-300°С/ч; выдержка при температуре термообработки в течение 4-7 ч; охлаждение до комнатной температуры со скоростью 80-200°С/ч.
Режимы термообработки подбирались экспериментально. При меньшей или большей температуре термообработки и времени выдержки, при скорости нагрева заготовок, превышающей 300°С и меньше 800°С/ч, выпадают кристаллические фазы, не обеспечивающие получение заранее заданных и поддерживаемых в определенных пределах значений диэлектрической проницаемости при малых потерях.
Конкретные составы стекол согласно изобретению представлены в таблице 1.
Таблица 1
Содержание оксидов
Номера составов
1
2
3
SiO<sub>2</sub>
38,5
37,0
35,5
TiO<sub>2</sub>
16,2
17,5
18,8
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
25,3
24,3
23,0
MgO
20,0
21,2
22,7
Свойства стеклокристаллических материалов, полученных из стекол, представленных в таблице 1 и термообработанных по указанному режиму, приведены в таблице 2.
Таблица 2
Свойство ситаллов (на частоте 10<sup>10</sup> Гц)
Номера стекол по таблице 1
1
2
3
Относительная диэлектрическая проницаемость (Е)
7,00
7,25
7,50
Тангенс угла диэлектрических потерь (менее 4×10<sup>-4</sup>)
менее 3
менее 2
менее 3
-4
10
Таким образом, стеклокристаллические материалы по данному изобретению обеспечивают получение материала с заранее заданными и поддерживаемыми в определенных пределах значениями диэлектрической проницаемости при малых потерях (3-4)×10 в СВЧ-диапазоне (10Гц) и удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к композициям стеклокристаллических материалов, предназначенным для производства изделий электронной техники, преимущественно фазовращателей, модулей управляемых решеток и т.п.