КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
CERAMIC MATERIAL

ε
ε
Изобретение относится к материалам электронной техники, в частности к микроволновой технике, и может быть использовано в производстве термостабильных керамических резонаторов, подложек, фильтров и других изделий СВЧ-техники. Современная радиоэлектронная аппаратура предъявляет высокие требования к характеристикам керамических материалов, таким как диэлектрическая проницаемость ε′, тангенс угла диэлектрических потерь tgδ или добротность Q=1/(tgδ), а также температурный коэффициент частоты ТКЧ. Кроме того, в ряде случаев требуется обеспечить оптимальное сочетание основных параметров, что ставит дополнительные задачи.
При конструировании фильтров и резонаторов на различные частотные диапазоны используются термостабильные керамические материалы с рядом значений диэлектрической проницаемости. Как в России, так и за рубежом разработаны и успешно применяются термостабильные керамические материалы с диэлектрической проницаемостью ε′=20…30; 35…40; 75…80; 82…100.
Для более высоких рабочих частот f=10÷20 ГГц требуются керамические материалы с меньшими значениями диэлектрической проницаемости, чем у известных материалов (f~1/√ε′). Так, для указанного диапазона необходим термостабильный диэлектрический материал со значением ε′≈10.
Состав, параметры, фирмы-производители и библиографические данные известных керамических материалов с ε′≈10 приведены в табл.1. Все материалы 1, 2, 3 и 4 табл.1, являющиеся аналогами, имеют малые диэлектрические потери, но не обладают термостабильностью.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является керамический материал №4 (табл.1), взятый в качестве прототипа. Недостатком данного материала является отсутствие термостабильности диэлектрических свойств. Это обстоятельство делает невозможным использовние данного материала для резонаторов селективных фильтров СВЧ.
-6
4
ε
Целью данного изобретения является получение термостабильного керамического материала с ТКЧ=0±15·10 1/град при сохранении диэлектрической проницаемости ε′=10±0,3 и малых диэлектрических потерь tgδ≤2·10.
Для этого предлагается керамический материал, который отличается тем, что в исходных компонентах дополнительно содержится оксид кальция, а также иным соотношением оксидов, обеспечивая получение термостабильного керамического материала, при сохранении диэлектрической проницаемости и малых диэлектрических потерь, при следующих соотношениях компонентов, вес.%:
MgO 48,7÷51,5
2
ТiO 5,9÷8,8
СаО 4,2÷6,2
2
ZrO 0,05÷0,3
2
SiO остальное.
Предлагаемый материал получают по следующей технологии.
2
Исходные компоненты, взятые в необходимых соотношениях, тщательно перемешивают алундовыми или циркониевыми мелющими телами в дистиллированной воде в течение 20-24 часов. Высушенную смесь протирают через капроновое сито и синтезируют при температуре 1150÷1200°С в течение 4-8 часов. Измельчение проводят по режиму, аналогичному первому помолу, прессуют изделия при удельном давлении 0,8÷1,0 т/см и обжигают на воздухе при температуре 1300÷1350°С в течение 2÷4 часов.
Примеры получения керамического материала, их состав исходных компонентов и свойства приведены в таблице 2.
В примерах №1, 2, 3 даны химические составы в пределах заявленных процентных соотношений и соответствующие им диэлектрические свойства. Как видно на этих примерах, характеристики соответствуют поставленной цели.
2
-6
Пример №4. Снижение содержания СаО и ZrO ниже заявляемого приводит к увеличению ТКЧ до +20·10. Увеличение MgO способствует снижению диэлектрической проницаемости и увеличению диэлектрических потерь.
2
Пример №5. Увеличение содержания СаО и ZrO выше нормы приводит к росту отрицательного значения ТКЧ. При снижении содержания MgO ниже заявляемого растет диэлектрическая проницаемость.
2
Пример №6. Снижение содержания TiO способствует уменьшению ε′ и росту отрицательного значения ТКЧ.
2
Пример №7. Увеличение содержания TiO выше нормы ведет к увеличению ε′ и tgδε, а также росту положительного значения ТКЧ>N.
Таблица 2
Пример №
Химический состав, вес.%
Диэлектрические свойства материала
ε′
tgδ<sub>ε</sub>
ТКЧ, 1/°С
1
MgO - 51,5
10,0
1,8·10<sup>-4</sup>
-15·10<sup>-6</sup>
TiO<sub>2</sub> - 5,9
СаО - 4,2
ZrO<sub>2</sub> - 0,05
SiO<sub>2</sub> - 38,35
2
MgO - 48,7
10,3
2·10<sup>-4</sup>
+15·10<sup>-6</sup>
TiO<sub>2</sub> - 8,8
СаО - 6,2
ZrO<sub>2</sub> - 0,3
SiO<sub>2</sub> - 36,0
3
MgO - 50,40
9,7
1,9·10<sup>-4</sup>
-2,2·10<sup>-6</sup>
TiO<sub>2</sub> - 7,00
CaO - 4,90
ZrO<sub>2</sub> - 0,14
SiO<sub>2</sub> - 37,56
4
MgO - 51,6
9,5
3,5·10<sup>-4</sup>
+20·10<sup>-6</sup>
TiO<sub>2</sub> - 6,0
CaO - 4,1
ZrO<sub>2</sub> - 0,04
SiO<sub>2</sub> - 38,26
5
MgO - 48,6
10,5
2·10<sup>-4</sup>
-18·10<sup>-6</sup>
TiO<sub>2</sub> - 8,6
CaO - 6,3
ZrO<sub>2</sub> - 0,35
SiO<sub>2</sub> - 36,15
6
MgO - 51,0
8,8
2·10<sup>-4</sup>
-42·10<sup>-6</sup>
TiO<sub>2</sub> - 5,8
СаО - 4,9
ZrO<sub>2</sub> - 0,2
SiO<sub>2</sub> -38,1
7
MgO - 49,2
11,0
3,8·10<sup>-4</sup>
+31·10<sup>-6</sup>
TiO<sub>2</sub> - 8,9
CaO - 6,0
ZrO<sub>2</sub> - 0,28
SiO<sub>2</sub> -35,62
Предлагаемое изобретение было создано в процессе выполнения тематического плана предприятия «Разработка базовой серийной технологии для выпуска малогабаритных объемных керамических фильтров». Создание нового материала позволило расширить номенклатуру современных селективных устройств для перспективной радиоэлектронной аппаратуры. Получены опытные образцы и выпущен комплект технической и технологической документации.