Вид РИД
Изобретение
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).
Известно стекло для стеклокристаллического материала (Бережной А.И. «Ситаллы и фотоситаллы» издательство «Машиностроение», 1966 г., стр.163-166), включающие следующие компоненты, масс.%: SiO2 - 56,0; Al2O3 - 20,0; ТiO2 - 9,0; MgO -15,0. Данный материал обладает высоким значением предела прочности при центральном симметричном изгибе (21,84 кгс/мм2).
Недостатком данного материала является низкое значение диэлектрической проницаемости (≈5) и высокое значение коэффициента линейного теплового расширения (КЛТР)=56,0·10-7 К-1.
Известно стекло для стеклокристаллического материала (патент США №4304603, МПК С03С 10/04, публикация 1981 г.), содержащий следующие компоненты, масс.%: SiO2 - 48,0-53,0; Аl2O3 - 21,0-25,0; TiO2 -9,5-11,5; MgO - 15,0-18,0; As2O3 - 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.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по химическому составу является стеклокристаллический материал (патент РФ №2393124, МПК С03С 10/04, публикация.2010 г.) следующего состава: SiO2 - 35,5-38,5; Аl2O3 - 22,8-25,5; ТiO2 - 16,2-18,8; MgO - 20-22,7.
Недостатком данного материала является высокий КЛТР, равный (45-60)·10-7 К-1 и низкое значение предела прочности при центральном симметричном изгибе (4-7 кгс/мм2).
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.
Это достигается тем, что стеклокристаллический материал, включающий SiO2, Аl2O3, ТiO2, MgO, дополнительно содержит SiO2 в виде плакированного ТiO2 аэросила, при следующем соотношении компонентов, масс.%: SiO2 - 35,5-38,3; SiO2, в виде плакированного ТiO2 аэросила - 0,1; Аl2O3 - 22,8-25,5; ТiO2 - 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.
Установлено, что именно введение SiO2 в количестве 0,1 масс.% в виде плакированного ТiO2 аэросила, позволяет получить стеклокристаллический материал с тонкодисперсной структурой. Это происходит за счет максимально равномерного распределения ТiO2 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.
Сырьевые материалы, применяемые для варки стекла должны соответствовать следующим условиям: содержание СaО≤0,2 масс.%, (Na2O+K2O+Li2O)≤0,20 масс.%, Fe2O3≤0,2 масс.%. Аэросил, марки «А-175», с размером частиц SiO2=15-30 нм., имеющий удельную поверхность 175±25 м2/г, с содержанием Fe2O3≤0,003 масс.%., производства Калушского ОЭН НАН Украины, ТУ У24.6-05540209-003-2003, плакированный вакуумно-дуговым способом пленкой ТiO2, толщиной 5-20 нм.
В таблице 1 приведены примеры конкретного выполнения составов стеклокристаллического материала масс.%:
|
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.
|
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.
Стеклокристаллический материал для СВЧ-техники, включающий SiO, AlO, TiO, MgO, отличающийся тем, что в состав дополнительно вводят SiO в виде плакированного TiO аэросила, при следующем соотношении компонентов, мас.%: