диэлектрическая композиция

Формула изобретения

Диэлектрическая композиция, содержащая 92-95 вес.ч. порошка легкоплавкого свинцово-боросиликатного стекла и 5-8 вес.ч. порошка тугоплавкого наполнителя, включающего оксид кобальта, оксид хрома, оксид кремния, отличающаяся тем, что тугоплавкий наполнитель дополнительно содержит оксиды металлов железа, меди, цинка при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

Оксид кремния - 0,3-0,5

Оксид хрома (III) - 22-28

Оксид железа (III) - 46-55

Оксид меди (II) - 0,2-0,4

Оксид кобальта (II) - 20-26

Оксид цинка - 0,3-0,5м

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в производстве индикаторов, в том числе газоразрядных индикаторных панелей (ГИП), выполненных методом толстопленочной технологии.

Известен диэлектрический состав, представляющий собой смесь 30-60 об.% окиси алюминия и 70-40 об.% боросиликатного стекла [пат. Великобритании N 1548117, кл. C 04 B 35/81, 1979 г.].

Недостатком диэлектрического состава является то, что он содержит боросиликатное стекло. Использование такого стекла в диэлектрических составах для формирования диэлектрического покрытия приводит к увеличению температуры вжигания покрытия до температуры более 600^oC, что недопустимо при использовании стеклянных подложек. Кроме того, к недостаткам относится то, что цвет данного диэлектрического состава после отжига - белый, что ухудшает контрастность газоразрядных индикаторных приборов.

Известен диэлектрический состав для получения толстопленочных диэлектрических слоев, состоящий из бессвинцовой стеклянной фритты, кремнеземнистого наполнителя, пигмента и связующего, при этом стеклянная фритта содержит, %: SiO₂-20; B₂O₃-20; CaO-3; ZnО-40; Al₂O₃-4; Na₂О₇ К₂O-4; Li₂О-1 [пат. США N 4547467 кл. C 03 C 3/12, 1985 г.].

Недостатком данного диэлектрического состава является то, что в составе стеклянной фритты содержатся окислы щелочных элементов. Несмотря на то, что диэлектрический состав обжигают при температуре менее 600^oC, ионы щелочных элементов сильно подвижны и способны мигрировать на поверхности диэлектрического покрытия, что приводит к нестабильности электрических параметров ГИП. Кроме того, ионы щелочных металлов способны сильно разрыхлять структуру свинцовых стекол, тем самым нарушая диэлектрические параметры изоляционных покрытий.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является диэлектрическая композиция, содержащая 92-95 вес.ч. порошка легкоплавкого свинцово-боросиликатного стекла и 5-8 вес.ч. порошка тугоплавкого наполнителя, включающего оксид кобальта, оксид хрома, оксид кремния [Авт. свид. СССР N 750572, H 01 B 3/08, 1980 г. - прототип].

Недостатком данной диэлектрической композиции является наличие в составе тугоплавкого наполнителя оксидов щелочных металлов, которые отрицательно влияют на стабильность электрических параметров газоразрядных индикаторных приборов. Кроме того, контрастные покрытия, сформированные на основе данной диэлектрической композиции, будут неустойчивы под воздействием легкоплавкого стекла (ЛПС) при формировании диэлектрического покрытия.

Задача изобретения заключается в разработке диэлектрической композиции для контрастного покрытия, совместимого с материалами и технологическими процессами изготовления газоразрядных индикаторных панелей.

Указанный технический результат достигается тем, что известная диэлектрическая композиция, содержащая 92-95 вес.ч. порошка легкоплавкого свинцово-боросиликатного стекла и 5-8 вес.ч. порошка тугоплавкого наполнителя, включающего оксид кобальта, оксид хрома, оксид кремния, дополнительно содержит оксиды металлов железа, меди, цинка при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

Оксид кремния - 0,3 - 0,5

Оксид хрома (III) - 22 - 28

Оксид железа (III) - 46 - 55

Оксид меди (II) - 0,2 - 0,4

Оксид кобальта (II) - 20 - 26,

Оксид цинка - 0,3 - 0,5

Введение в состав тугоплавкого наполнителя, содержащего оксиды металлов кобальта, хрома, кремния, оксидов металлов железа, меди, цинка с последующим смешиванием его с подобранным количеством легкоплавкого свинцово-боросиликатного стекла позволяет получить диэлектрическую композицию черного цвета с хорошими изоляционными свойствами, устойчивую и не изменяющую цвет под воздействием легкоплавких диэлектрических стекол в процессе температурной обработки при температуре менее 600^oC.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня был проведен дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как не выявлены составы диэлектрических композиций, позволяющих на их основе методом трафаретной печати формировать диэлектрическое покрытие черного цвета, на котором после температурной обработки при температуре менее 600^oC не обнаруживается пор и пузырей, а при последующем нанесении на него и оплавлении легкоплавкого диэлектрического стекла при температуре менее 600^oC не изменяется цвет и не нарушается целостность контрастного диэлектрического покрытия.

Таким образом, заявленная диэлектрическая композиция соответствует требованию "изобретательский уровень".

Диэлектрическую композицию готовят путем смешивания порошков свинцово-боросиликатного стекла и тугоплавкого наполнителя. Предварительно проводят синтез тугоплавкого наполнителя при следующем составе компонентов, вес.ч.:

Оксид кремния - 0,3 - 0,5

Оксид хрома (III) - 22 - 28

Оксид железа (III) - 46 - 55

Оксид меди (II) - 0,2 - 0,4

Оксид кобальта (II) - 20 - 26

Оксид цинка - 0,3 - 0,5

Синтез проводят при температуре Т = 1250- 1275^oC с выдержкой 30 минут. Предложенное сочетание оксидов: кремния, железа, меди, кобальта в составе тугоплавкого наполнителя обеспечивает получение диэлектрического покрытия черного цвета. Причем большое количество Fe₂O₃ - 46 - 55 вес.ч. в составе тугоплавкого наполнителя объясняется низкой стоимостью и экономической доступностью данного материала. При использовании оксида железа в чистом виде в составе диэлектрической композиции нельзя получить черный цвет покрытия, поэтому его смешивают и сплавляют с другими оксидами.

Если взять в смеси оксидов тугоплавкого наполнителя Fe₂O₃ меньше 46 вес. ч., то цвет покрытия будет недостаточно темным, кроме того, в зависимости от перераспределения вес.ч. с другими оксидами цвет может измениться на зеленый или синий, что недопустимо при использовании диэлектрической композиции для формирования контрастного покрытия при изготовлении ГИП переменного тока.

Содержание Fe₂O₃ более 55 вес. ч. в составе тугоплавкого наполнителя невозможно, т. к. цвет покрытия, сформированного на основе диэлектрической композиции изменится на красно-коричневый, а само покрытие из-за высокого содержания Fe₂O₃ может закристаллизоваться, образуя после вжигания и охлаждения диэлектрического покрытия крупные кристаллы, недопустимые при формировании контрастных покрытий в ГИП переменного тока. Добавки к оксиду железа оксидов Cr₂O₃ и CoO позволяет получить необходимый цвет диэлектрической композиции. Кроме того, так как CoO является одним из плавней, он в сочетании с другими оксидами SiO₂; CuO; ZnO обеспечивает флюсующее действие композиции.

Введение в тугоплавкий наполнитель CuO, взятой в количестве 0,2 - 0,4 вес. ч. , обеспечивает усиление цвета композиции, а также понижает вязкость расплава диэлектрической композиции, обеспечивая ее оплавление при более низких температурах.

Если количество CuO меньше 0,2 вес.ч., то влияние его на свойства всей системы будет незначительно.

Использование в составе тугоплавкого наполнителя CuO в количестве более 0,4 вес.ч. приводит к миграции ионов Cu²⁺ в расплаве легкоплавкого стекла в процессе оплавления покрытия. Это явление отрицательно влияет на электрические параметры приборов ГИП переменного тока.

Оксид ZnO, взятый в составе шихты тугоплавкого наполнителя в количестве 0,3 - 0,5 вес.ч., способствует снижению вязкости системы при ее оплавлении и уменьшению КТР диэлектрической композиции.

Использование в составе тугоплавкого наполнителя ZnO в количестве, меньшем 0,3 вес.ч., приводит к тому, что адгезия между составляющими компонентами тугоплавкого наполнителя нарушается и при воздействии легкоплавкого диэлектрического стекла происходит разрушение контрастного диэлектрического покрытия.

Увеличение содержания ZnO в составе тугоплавкого наполнителя более 0,5 вес. ч. приводит к ослаблению черного цвета контрастного диэлектрического покрытия.

Синтезированный гранулят тугоплавкого наполнителя размалывают на шаровой мельнице до S_уд ~ (8 - 12) 10³ мм²/г. Готовый порошок тугоплавкого наполнителя в количестве 5 - 8 вес.ч. смешивают с порошком легкоплавкого свинцово-боросиликатного стекла в количестве 92 - 95 вес.ч. Из полученной диэлектрической композиции готовится паста путем добавления в нее органического связующего. Готовая паста методом трафаретной печати наносится на стеклянную подложку и сушится при температуре примерно 120^oC. Слой пасты обрабатывают при температуре менее 600^oC. Затем на полученное покрытие методом трафаретной печати наносят слой легкоплавкого стекла, который сушат и оплавляют согласно тем же температурным режимам.

Для формирования контрастного диэлектрического покрытия были использованы следующие составы диэлектрической композиции.

Пример 1.

Диэлектрическая композиция включает тугоплавкий наполнитель в количестве 8 вес. ч. следующего состава, вес. ч.:

SiO₂ - 0,3

Cr₂O₃ - 28

Fe₂O₃ - 46

CuO - 0,3

CoO - 25

ZnO - 0,4

и легкоплавкое свинцово-боросиликатное стекло в количестве 92 вес.ч.

Сформированное из композиции диэлектрическое покрытие имеет черный цвет, поры и пузыри отсутствуют. Удельное объемное сопротивление -10¹³ Омсм при Т = 20^oC.

После формирования на контрастном покрытии слоя легкоплавкого стекла, его цвет не изменился, поры и пузыри отсутствуют, растаскивания контрастного покрытия в слое легкоплавкого стекла не наблюдается.

Пример 2.

Диэлектрическая композиция включает тугоплавкий наполнитель в количестве 7 вес. ч. следующего состава, вес. ч.:

SiO₂ - 0,4

Cr₂O₃ - 25

Fe₂O₃ - 50

CuO - 0,4

CoO - 23,7

ZnO - 0,5

и легкоплавкое свинцово-боросиликатное стекло в количестве 93 вес.ч.

Диэлектрическое покрытие, сформированное из композиции, имеет хороший контраст, без крупных пор и пузырей. Удельное объемное сопротивление, ~ 10^12-13 Омсм при Т = 20^oC.

Цвет контрастного покрытия после оплавления легкоплавкого стекла не изменился, поры и пузыри отсутствуют, миграции контрастного покрытия в слое легкоплавкого стекла не наблюдается.

Пример 3.

Диэлектрическая композиция включает тугоплавкий наполнитель в количестве 8 вес. ч. следующего состава, вес. ч.:

SiO₂ - 0,5

Cr₂O₃ - 25

Fe₂O₃ - 50

CuO - 0,5

CoO - 23,6

ZnO - 0,4

и легкоплавкое свинцово-боросиликатное стекло в количестве 92 вес.ч.

Сформированное диэлектрическое покрытие имеет темный цвет, без пор и пузырей, но удельное объемное сопротивление < 10¹¹ Омсм при Т = 20^oC, что не соответствует требованиям, предъявляемым к изолирующим покрытиям.

Результаты опробования других составов предлагаемой диэлектрической композиции представлены в таблице 1 акта испытаний, прилагаемого к описанию.

Предложенная диэлектрическая композиция позволяет получить хорошо оплавленное контрастное покрытие черного цвета. При нанесении на такое покрытие легкоплавкого стекла сохраняется его целостность при отсутствии пузырей и пор. Сформированное покрытие обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Так, его удельное объемное электрическое сопротивление () составляет ~ 10¹³ Омсм, что позволяет применить предложенный состав диэлектрической композиции для формирования диэлектрического покрытия в ГИП.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет получить диэлектрическую композицию, используемую для формирования покрытия черного цвета с высокими изоляционными свойствами и устойчивое к действию расплавленного легкоплавкого стекла.