Патент на изобретение №2374190

(54) СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

(57) Реферат:

Изобретение относится к производству радиопрозрачных стеклокристаллических материалов. Технический результат изобретения заключается в уменьшении термического коэффициента линейного расширения, термостабилизации диэлектрической проницаемости и снижении температуры варки. Стеклокристаллический материал содержит следующие компоненты, мас.%: SiO₂ – 43,8-52,5; Аl₂О₃ – 24,6-30,2; MgO – 9,3-11,9; TiO₂ – 8,8-12,9; Аs₂О₃ – 0,1-1,9; ZnO – 0-1,5; CeO₂ – 0-2,5; фторопол – 0,1-7,5. 2 табл.

Изобретение относится к производству радиопрозрачных стеклокристаллических материалов (ситаллов) в бесщелочной магнийалюмосиликатной системе с низким термическим расширением и высокой термостабильностью диэлектрической проницаемости вплоть до 1200°С для авиакосмической техники и ракетостроения. В настоящее время производство таких материалов в России отсутствует.

Наиболее известным стеклокристаллическим материалом, используемым в США для аналогичных целей, является пирокерам 9606 (З.Стрнад «Стеклокристаллические материалы», М. «Стройиздат», 1988, стр.108, 197-198), включающий следующие компоненты, мас.%:

SiО₂ – 56,0; Аl₂О₃ – 20,0; MgO – 15,0; TiO₂ – 9,0

Недостатком этого материала является высокое значение температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) 57·10^-7, К^-1 в интервале температур от 20 до 320°С.

Наиболее близким к изобретению по химическому составу является стеклокристаллический материал (патент США 4304603 от 8 декабря 1981 г), содержащий следующие компоненты, мас.%:

SiО₂ – 48,0-53,0;

Аl₂О₃ – 21,0-25,0;

MgO – 15,0-18,0;

TiO₂ – 9,5-11,5;

As₂О₃ – 0-1,0

Данный стеклокристаллический материал характеризуется хорошими диэлектрическими свойствами (диэлектрической проницаемостью 8 и тангенсом угла диэлектрических потерь tg) и пониженным по сравнению с пирокерамом 9606 ТКЛР. Однако температура варки этих стекол составляет 1600°С. Высокое содержание оксида магния ведет к разъеданию огнеупоров, так как с ростом концентрации оксида магния повышается агрессивность расплава стекломассы по отношению к материалам варочных сосудов. Все это затрудняет получение качественного стекла в существующих стекловаренных печах. Кроме того присутствие кристобалита в качестве сопутствующей кристаллической фазы вызывает опасность растрескивания заготовок в процессе термообработки из-за значительной разности ТКЛР у кордиерита (основная кристаллическая фаза) и кристобалита. Высокие показатели свойств достигаются путем введения дополнительных технологических операций – химической обработки в растворах щелочи и кислоты.

Целью изобретения является уменьшение термического коэффициента линейного расширения, термостабилизация диэлектрической проницаемости в области рабочих температур и снижение температуры варки стекла.

Это достигается тем, что стеклокристаллический материал, включающий SiО₂, Аl₂О₃, MgO, TiO₂, As₂О₃ дополнительно содержит ZnO, СеО₂ и фторопол в следующем соотношении, мас.%:

SiО₂ – 43,8-52,5;

Аl₂О₃ – 24,6- 30,2;

MgO – 9,3-11,9;

TiO₂ – 8,8-12,9;

As₂О₃ – 0,1-1,9;

ZnO – 0-1,5;

СеО₂ – 0-2,5;

Фторопол – 0,1-7,5

Авторы установили, что сочетание компонентов в заявляемом количественном соотношении позволяет получить стеклокристаллический материал с низким значением ТКЛР, добиться термостабилизации диэлектрической проницаемости вплоть до 1200°С и снизить температуру варки до (1550±10)°С. Кроме того, уменьшение концентрации оксида магния снижает агрессивность расплава стекломассы по отношению к огнеупору, что позволяет получать качественную стекломассу в существующих стекловаренных печах.

В таблице 1 приведены примеры конкретного выполнения составов стеклокристаллического материала, мас.%.

Сочетание приведенного состава и выбранного режима термообработки с максимальной температурой кристаллизации (1270-1320)°С позволило снизить температурный коэффициент линейного расширения. В качестве основных кристаллических фаз в полученном стеклокристаллическом материале присутствуют кордиерит и рутил, что способствует стабилизации диэлектрических свойств.

В таблице 2 приведены свойства синтезированных стеклокристаллических материалов.

Таблица 2
п/п	Наименование свойств	Един. измер.	Номера стекол
1	2	3	4	5	Прототип
1	при частоте 1010 гц
при: 20°С		7,62	7,12	6,52	6,29	7,53	6
700°С		7,65	7,18	6,55	6,32	7,59
1200°С		7,67	7,19	6,59	6,35	7,60
	%	0,66	0,98	1,07	0,95	0,92
2	tg при частоте 1010 гц
при: 20°С	tg·104	19	13	9	13	13	3,5
700°С		55	195	179	246	251
1200°С		211	390	368	470	370
3	ТКЛР(20-300)°С	·107,	15	9	26	12	12	30-44,4
(20-900)°С	К-1	25	20	30	26	20
4	Температура варки	°С	1550	1550	1540	1530	1540	1600
5	Температура крист.	°С	1320	1260	1270	1230	1230	1000-1300
6	Кристаллические фазы		Корд. Рутил Сил.	Корд. Рутил Сил.	Корд. Рутил	Корд. Рутил Сил.	Корд. Рутил	Кордиерит Рутил кристобалит алюмотитанат Mg
Примечание. Корд. – кордиерит; Сил. – силлиманит.

Из приведенных данных видно, что предлагаемый состав стеклокристаллического материала позволяет снизить температуру варки до 1550±10°С, уменьшить температурный коэффициент линейного расширения в рабочем диапазоне температур и стабилизировать диэлектрическую проницаемость до температуры 1200°С. Все приведенные составы соответствуют цели изобретения.

Используемая литература:

1. З.Стрнад «Стеклокристаллические материалы», М. «Стройиздат», 1988, стр.108, 197-198).

2. Патент США 4304603 от 8 декабря 1981 г.

Формула изобретения

Стеклокристаллический материал, включающий SiO₂, Аl₂O₃, MgO, TiO₂, As₂O₃, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ZnO, CeO₂ и фторопол в следующем соотношении, мас.%: SiO₂ 43,8-52,5; Аl₂О₃ 24,6-30,2; MgO 9,3-11,9; TiO₂ 8,8-12,9; Аs₂О₃ 0,1-1,9; ZnO 0-1,5; CeO₂ 0-2,5; фторопол 0,1-7,5.