Диэлектрический керамический материал

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Близнюк Людмила Александровна Гесь Александр Петрович Климза Алексей Антонович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Диэлектрический керамический материал, содержащий оксид бария, оксид стронция и оксид редкоземельного элемента иттриевой подгруппы 23, выбранный из оксидов , ,и , отличающийся тем, что дополнительно содержит оксид ниобия при следующем соотношении компонентов, мас. 21,48-22,90 23 20,22-34,37 25 22,96-34,28. Изобретение относится к области получения диэлектрических керамических материалов, применяемых в электронной технике СВЧ-диапазона при создании твердотельных элементов, таких как диэлектрические резонаторы, фильтры, антенные элементы и др. Известен диэлектрический керамический высокочастотный материал на основе системы 23. Существенным недостатком данного материала является высокая температура спекания 1. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является диэлектрический керамический материал на основе 3- с добавкой от 0,01 до 2 мас.2, где- редкоземельный элемент ( - , , ,и др.) 2. Недостатком данного материала, наряду со сложностью состава, является высокая температура спекания 1650-1700 С, что значительно усложняет технологию его получения и повышает его себестоимость. Задачей предполагаемого изобретения является получение диэлектрического керамического материала, обладающего высокими значениями электрофизических параметров и низкой температурой спекания, что упрощает технологию его получения и в значительной степени снижает себестоимость материала. 12769 1 2009.12.30 Для решения поставленной задачи предложен материал на основе твердых растворов 25 ( - , , , ,и ), который позволяет избежать недостатков уже известных материалов и обеспечивает достижение высоких значений электрофизических параметров при более низких температурах спекания. Предлагаемый диэлектрический керамический материал содержит оксид бария, оксид стронция и оксид редкоземельного элемента иттриевой подгруппы 23, выбранный из оксидов , , и , отличающийся тем, что дополнительно содержит оксид ниобия при следующем процентном соотношении, мас. 21,48-22,90 23 20,22-34,37 25 22,96-34,28. Сущность изобретения состоит в следующем в смесь из исходных компонентов 3, 3, 23 ( - , , , ,и ), 25, взятых в необходимом соотношении, добавляется этиловый спирт до получения консистенции густой сметаны. Мокрое смешивание стехиометрической смеси исходных оксидов проводится в течение 1 часа. Порошок синтезируется в алундовых тиглях в электрической печи на воздухе при температуре 1200 С в течение 2-4 часов. После порошок синтезированного керамического материала измельчается в планетарной центробежной мельнице. Затем в полученную порошковую массу добавляется связующий компонент, все тщательно перетирается, высушивается и формуется в таблетки, обжиг которых проводится в электропечах при температурах 1200-1400 С в течение 2-6 часов. Полученные образцы имеют высокую плотность, которая составляет 96-97 от теоретической. Конкретными примерами заявляемого материала, иллюстрирующими изобретение, являются следующие составы. Таблица 1 Компонент,Состав 1 мас. Свойства заявляемого керамического материала подтверждаются результатами экспериментальной проверки, данные о которых приведены в табл. 2. Таблица 2 Характеристики керамического материала Составы керамического материала состав состав состав состав состав состав прототип 1 2 3 4 5 6 Диэлектрическая проницаемость Тангенс угла диэлектрических потерь Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, 10-61/ С Температура спекания, С 1500 12769 1 2009.12.30 Как видно из приведенных в табл. 2 данных, предлагаемый керамический материал в сравнении с прототипом позволяет значительно снизить температуру спекания на 220-250 С. Анализ результатов исследования электрофизических свойств и микроструктуры керамических образцов, полученных из материалов с различными добавками 25,показывает, что наилучшие показатели имеют составы 3-5. Для состава 3 образцы имеют высокую плотность, которая составляет 96-97 от теоретической, и по данным рентгеновских исследований являются однофазными. Образцы имеют высокую добротность и термостабильны в интервале температур -20200 С. Состав 5, имея хорошую добротность и термостабильность в интервале температур -20200 С, по данным рентгеновских исследований и изучения микроструктуры, уже не является однофазным. Дальнейшее увеличение количества 25 приводит к увеличению диэлектрических потерь, следовательно, к ухудшению добротности материала. Оптимальная добавка 25 находится в пределах 23,2-33,96 мас. . Если добавка оксида ниобия меньше, чем 23,2 мас. , то наблюдается значительное повышение температуры спекания. При температуре 1500 С образцы не спеклись, дальнейшее повышение температуры нами не проводилось. Можно предположить, что для этих составов температура спекания близка температуре спекания прототипа. Во всем заявляемом диапазоне концентраций материал имеет высокую температурную стабильность в интервале температур -20200 С. Свойства керамического материала с редкоземельными элементами иттриевой группы , , , ,и , приведены в табл. 3. Таблица 3 Характеристики керамического материала Диэлектри- Тангенс угла Температу- Температурный коэффическая про- диэлектриче- ра спека- циент диэлектрической ницаемость ских потерь ния, С проницаемости, 10-61/ С 0,40,6(1/21/2)3 15,9 10-4 1350 0,5 Как следует из табл. 3, предлагаемый керамический диэлектрический материал в сравнении с прототипом позволяет значительно снизить температуру спекания 220-500 С(для состава, где- , температура спекания не превышает 1210 С), и при этом заявляемый материал обладает широким спектром значений диэлектрической проницаемости 1534, низкими диэлектрическими потерями и высокой температурной стабильностью в широком интервале температур. Это свидетельствует о преимуществах предлагаемого керамического материала, предназначенного в основном для изготовления твердотельных элементов СВЧ-диапазона. Экспериментально установлено, что наилучший технический результат достигается при заявляемом соотношении компонентов материалов. Преимуществом заявленного изобретения по сравнению с известными является более низкая температура спекания керамического материала. При этом заявляемый материал обладает более широком диапазоном значений диэлектрической проницаемости - 1534,низкими диэлектрическими потерями и высокой температурной стабильностью в интервале температур -20200 С. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4