Патент на изобретение №2242442

(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТАВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ И МИКРОВОЛНОВОЙ ТЕХНИКИ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к производству материалов для электронной техники и может быть использовано в технологии производства изделий микроволновой и СВЧ-техники. В основу настоящего изобретения положено решение задачи формирования состава твердых растворов системы Х LnMO₃ – (1-Х)CaTiO₃, где Ln – La, Nd; М – Al, Ga, с параметрами, пригодными для создания широкой гаммы получаемых на их основе изделий, преимущественно СВЧ-техники, а именно с высокой диэлектрической проницаемостью при значении температурного коэффициента _f, близком к нулю, при сохранении высокого показателя Q x f. Способ реализуют методом твердофазного синтеза или химическим соосаждение компонентов с последующей прокалкой осадка. Предложенным способом получают диэлектрики с от 43 до 48 с близкой к нулю _f. Совокупность полученных характеристик определяет широкую перспективу применения этих материалов в изделиях микроволновой техники при использовании обычной керамической технологии синтеза исходных порошков. 4 с.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к производству материалов для электронной техники и может быть использовано в технологии производства изделий микроволновой и СВЧ-техники.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Современная радиоэлектронная аппаратура и, в особенности, СВЧ-техника предъявляет комплекс повышенных требований к таким характеристикам керамических материалов, как диэлектрическая проницаемость, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ( ), а также тангенс угла диэлектрических потерь (tg ) или добротность (Q~1/tg ). Последний параметр особенно существен для микроволновых диэлектрических резонаторов, подложек, фильтров и других изделий СВЧ-техники. Кроме того, СВЧ-техника в некоторых случаях требует оптимального сочетания всех параметров, что представляет собой серьезную техническую проблему.

Известен твердый раствор для высокочастотных керамических конденсаторов системы Ba_1-yА_у (Nd_1-x Bi_x)₂ Ti₄O₂, где у=0,10-0,15, который для повышения диэлектрической проницаемости при сохранении значений температурного коэффициента диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь и удельного объемного электрического сопротивления содержит в качестве элемента А=Рb, х=0,30-0,50 (см. патент РФ №1586101, С 04 В 35/46, Н 01 G 4/12.

Известен способ формирования состава твердых растворов системы (Ba_1-xА_x) Ln₂ Ti₄ O₁₂, характеризующийся тем, что замещающий элемент А выбирают из ряда Са, Sr, Pb, в качестве лантаноида Ln используют Nd и/или Sm, кроме того, в состав твердого раствора вводят дополнительный замещающий титан элемент В, который выбирают из ряда Zr, Hf, при этом замещающие элементы А и/или В вводят в твердый раствор в количественных соотношениях друг относительно друга, обеспечивающих достижение получаемым материалом заранее заданных параметров (см. заявку №2001103796/12), по которой принято решение о выдаче патента РФ на изобретение.

Известна шахта для изготовления термостабильного конденсаторного керамического материала (см. а.с. СССР №1161226), содержащая следующие компоненты, мас.%:

LaAlO₃ – СаТiO₃ 77,30-89,65

Аl(NO₃)₃· 9Н₂0 3,02-6,62

Si(OC₂H₅)₄ 2,59-5,70

Вода Остальное

Данный состав шихты не позволяет получить материал высокой плотности с уменьшенной микропористостью и малым числом дефектов.

Известен твердый раствор системы LaAlO₃ – СаТiO₃ (статья Ненашевой Е.А. и др. Диэлектрические материалы для высокочастотной техники. Труды Международной конференции по керамике для электроники, Рига, 1990), который содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.% (мол.%):

LaAlO₃ 0,39-0,61(37-50),

СаТiO₃ 0,27-0,73(63-50).

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано за прототип настоящего изобретения.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является то, что при параметре термостабильности, близком к нулю, твердый раствор имеет диэлектрическую проницаемость =43, что при использовании этого материала для изделий СВЧ-техники приводит к увеличению габаритов приборов и увеличению их материалоемкости, кроме того, получаемый материал обладает недостаточной добротностью (Q х f=(39200-42400) ГГц).

Это обстоятельство затрудняет использование подобных твердых растворов в изделиях СВЧ-техники.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи формирования состава твердых растворов с параметрами, пригодными для создания широкой гаммы получаемых на их основе изделии, преимущественно СВЧ-техники, а именно с высокой диэлектрической проницаемостью при значении температурного коэффициента резонансной частоты _f, близком к нулю, при сохранении высокого показателя Q x f.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Заявленный способ формирования состава твердых растворов системы X LnMO₃ – (1-Х)СаТiO₃ характеризуется тем, что в качестве лантаноида Ln используют La, а в качестве металла М используют Ga, при этом твердый раствор содержит указанный компонент Х в количестве 0,3-0,4 мас.%.

В этом заключается совокупность существенных признаков первого независимого объекта изобретения.

Заявленный способ формирования состава твердых растворов системы X LnMO₃ – (1-Х)СаТiO₃ характеризуется тем, что в качестве лантаноида Ln используют La и Nd, а в качестве металла М используют Ga, при этом твердый раствор содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%: Х=0,3-0,4; La=0,01-0,99; Nd=0,01-0,99.

В этом заключается совокупность существенных признаков второго независимого объекта изобретения.

Заявленный способ формирования состава твердых растворов системы X LnMO₃ – (1-Х)СаТiO₃ характеризуется тем, что в качестве лантаноида Ln используют La и Nd, а в качестве металла М используют А1 и Ga, при этом твердый раствор содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%: Х=0,3-0,4; La=0,01-0,99; Nd=0,01-0,99; Аl=0,01-0,99; Ga=0,01-0,99.

В этом заключается совокупность существенных признаков третьего независимого объекта изобретения.

Заявленный способ формирования состава твердых растворов системы X LnMO₃ – (1-Х)СаТiO₃ характеризуется тем, что в качестве лантаноида Ln используют La и Nd, а в качестве металла М используют Аl, при этом твердый раствор содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%: Х=0,25-0,40; La=0,01-0,99; Nd=0,01-0,99; А1=0,01-0,99.

В этом заключается совокупность существенных признаков четвертого независимого объекта изобретения.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “новизна”.

За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта. В предложенном техническом решении достигаются высокие значения всех основных технических характеристик, определяющих пригодность материала для использования в производстве широкой гаммы изделий СВЧ-техники – повышенная диэлектрическая проницаемость при высоком уровне добротности и высокой термостабильности.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Способ реализуют известным методом керамической технологии (твердофазный синтез) или методом химической технологии (химическое соосаждение компонентов с последующей прокалкой осадка). В первом случае исходные порошки получали обычным методом твердофазного синтеза из окислов титана, редкоземельных элементов, алюминия и галлия и углекислого кальция при температуре от 1320 до 1400°С (4 часа) в зависимости от состава. После последующего помола приготавливались образцы в виде дисковых диэлектрических резонаторов, которые спекали в интервале от 1450 до 1540°С в атмосфере воздуха.

Примеры формирования состава твердых растворов и электрические характеристики в СВЧ-диапазоне керамических образцов системы LnMO₃ – СаТiO₃ (Ln-La, Nd; M-Al, Ga) приведены в таблице.

Из таблицы видно, что заявленным способом можно получить диэлектрики с от 43 до 48 с близкой к нулю _f. Наибольшей добротностью Q x f=46000-48000 GHz обладают образцы составов, содержащих 35 мол.% галлата лантана в твердом растворе. Совокупность полученных характеристик определяет широкую перспективу применения этих материалов в изделиях микроволновой техники при использовании обычной керамической технологии синтеза исходных порошков.

Предложенный способ может быть реализован промышленным способом с использованием известных технологий и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию “промышленная применимость”.

Формула изобретения

1. Способ формирования состава твердых растворов системы Х LnМО₃ – (1-Х)СаТiO₃, отличающийся тем, что в качестве лантаноида Ln используют La, а в качестве металла М используют Ga, при этом твердый раствор содержит указанный компонент Х в количестве 0,3 – 0,4 мас.%.

2. Способ формирования состава твердых растворов системы Х LnМО₃ – (1-Х)СаТiO₃, отличающийся тем, что в качестве лантаноида Ln используют La и Nd, а в качестве металла М используют Ga, при этом твердый раствор содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%: Х=0,3 – 0,4, La=0,01 – 0,99, Nd=0,01 – 0,99.

3. Способ формирования состава твердых растворов системы Х LnMO₃ – (1-Х)СаTiO₃, отличающийся тем, что в качестве лантаноида Ln используют La и Nd, а в качестве металла М используют Аl и Ga, при этом твердый раствор содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%: Х=0,3 – 0,4, La=0,01 – 0,99, Nd=0,01 – 0,99, Аl=0,01 – 0,99, Ga=0,01 – 0,99.

4. Способ формирования состава твердых растворов системы Х LnMO₃-(1-Х)СаТiO₃, отличающийся тем, что в качестве лантаноида Ln используют La и Nd, а в качестве металла М используют Аl, при этом твердый раствор содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%: Х=0,25 – 0,40, La=0,01 – 0,99, Nd=0,01 – 0,99, Аl=0,01 – 0,99.