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

Изобретение относится к области стеклокерамики, в частности к высокотемпературным радиопрозрачным стеклокристаллическим материалам (ситаллам) для СВЧ-техники, предназначенным для изготовления средств радиосопровождения в авиационно-космической и ракетной технике.
Из литературных данных известно, что для изготовления стеклокристаллического материала готовят шихту определенного химического и гранулометрического состава. Дисперсность входящих в шихту компонентов лежит в пределах 0,7-1,2 мм (Павлушкин Н.М. «Химическая технология стекла и ситаллов» М. «Стройиздат», 1983, стр.94).
2
2
3
2
2
Известно стекло для стеклокристаллического материала (Бережной А.И. «Ситаллы и фотоситаллы» издательство «Машиностроение», 1966 г., стр.163-166), включающие следующие компоненты, масс.%: SiO - 56,0; AlO - 20,0; ТiO - 9,0; MgO -15,0. Данный материал обладает высоким значением предела прочности при центральном симметричном изгибе (21,84 кгс/мм).
-7
-1
Недостатком данного материала является низкое значение диэлектрической проницаемости (≈5) и высокое значение коэффициента линейного теплового расширения (КЛТР)=56,0·10 К.
2
2
3
2
2
3
Известно стекло для стеклокристаллического материала (патент США №4304603, МПК С03С 10/04, публикация 1981 г.), содержащий следующие компоненты, масс.%: SiO - 48,0-53,0; АlO - 21,0-25,0; TiO -9,5-11,5; MgO - 15,0-18,0; AsO - 0-1,0.
Этот материал характеризуется низким значением тангенса угла диэлектрических потерь, но температура варки этих стекол около Т=1600°C, что затрудняет получение качественного стекла.
2
2
3
2
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по химическому составу является стеклокристаллический материал (патент РФ №2393124, МПК С03С 10/04, публикация.2010 г.) следующего состава: SiO - 35,5-38,5; АlO - 22,8-25,5; ТiO - 16,2-18,8; MgO - 20-22,7.
-7
-1
2
Недостатком данного материала является высокий КЛТР, равный (45-60)·10К и низкое значение предела прочности при центральном симметричном изгибе (4-7 кгс/мм).
Целью предлагаемого изобретения является снижение термического коэффициента линейного расширения стеклокристаллического материала, стабилизация диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, повышение предела прочности материала при центрально-симметричном изгибе.
2
2
3
2
2
2
2
2
2
2
3
2
Это достигается тем, что стеклокристаллический материал, включающий SiO, АlO, ТiO, MgO, дополнительно содержит SiO в виде плакированного ТiO аэросила, при следующем соотношении компонентов, масс.%: SiO - 35,5-38,3; SiO, в виде плакированного ТiOаэросила - 0,1; АlO - 22,8-25,5; ТiO - 16,1-18,8; MgO - 20,0-22,8.
Авторами экспериментально установлено, что сочетание предложенных компонентов в заявленном количественном соотношении дает возможность получать стеклокристаллический материал с низким значением КЛТР, высоким пределом прочности на изгиб, а также позволяет поддерживать диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь в необходимом диапазоне значений.
2
2
2
Установлено, что именно введение SiO в количестве 0,1 масс.% в виде плакированного ТiO аэросила, позволяет получить стеклокристаллический материал с тонкодисперсной структурой. Это происходит за счет максимально равномерного распределения ТiO по объему расплава, при этом температура варки стекла составляет: 1540±10°C, температура выработки заготовок: 1485±25°C, температура термообработки заготовок: 1205±35°C. Скорость нагрева заготовок до температуры термообработки составляет: 1,2-5°C/мин, выдержка при температуре термообработки 3-8 часов, скорость охлаждение заготовок до комнатной температуры: 1,3-3,3°C/мин.
2
2
2
2
3
2
2
3
2
2
Сырьевые материалы, применяемые для варки стекла должны соответствовать следующим условиям: содержание СaО≤0,2 масс.%, (NaO+KO+LiO)≤0,20 масс.%, FeO≤0,2 масс.%. Аэросил, марки «А-175», с размером частиц SiO=15-30 нм., имеющий удельную поверхность 175±25 м/г, с содержанием FeO≤0,003 масс.%., производства Калушского ОЭН НАН Украины, ТУ У24.6-05540209-003-2003, плакированный вакуумно-дуговым способом пленкой ТiO, толщиной 5-20 нм.
В таблице 1 приведены примеры конкретного выполнения составов стеклокристаллического материала масс.%:
Таблица 1
Наименование компонента
Номер стекла
1
2
3
SiO<sub>2</sub>, масс.%
35,5
36,9
38,3
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, масс.%
22,8
24,3
25,5
MgO, масс.%
22,8
21,2
20,0
TiO<sub>2</sub>, масс.%
18,8
17,5
16,1
SiO<sub>2</sub>, аэросил, плакированный TiO<sub>2</sub>, масс.%
0,1
0,1
0,1
Сочетание приведенного состава и выбранного режима термообработки заготовок при Т=1205±35°C позволило снизить КЛТР и повысить предел прочности на изгиб. При этом удалось добиться стабильных значений диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь за счет равномерной тонкодисперсной структуры получаемого стеклокристаллического материала.
В таблице 2 приведены свойства синтезированных стеклокристаллических материалов.
Таблица 2
Наименование показателя
Обозначение и единицы измерения
1
2
3
Прототип (материал по патенту РФ №2393124)
1
2
3
4
5
6
Диэлектрическая проницаемость при 10<sup>10</sup> Гц
ε
7,4
7,25
7,15
7-7,5
Тангенс угла диэлектрических потерь при 10<sup>10</sup> Гц
tgα·10<sup>4</sup>
3
2
1,9
≤3
Коэффициент теплового линейного расширения (КЛТР) при 20-300°С
α·10<sup>7</sup>, K<sup>-1</sup>
38
36
40
55-70
Предел прочности при изгибе
σ<sub>и</sub>, кгс/мм
11,5
11,0
10,0
4-7
Из приведенных в таблице 2 данных видно, что предлагаемый состав стеклокристаллического материала позволяет значительно снизить температурный коэффициент линейного расширения, повысить предел прочности на изгиб, а также добиться стабилизации диэлектрической проницаемости получаемого стеклокристаллического материала при невысоких значениях тангенса угла диэлектрических потерь.