стеклокристаллический материал

Формула изобретения

Стеклокристаллический материал, включающий SiO₂ , Аl₂O₃, MgO, TiO₂, As₂ O₃, 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.

Описание изобретения к патенту

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.%:

SiО ₂ - 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;

Аl ₂О₃ - 24,6- 30,2;

MgO - 9,3-11,9;

TiO₂ - 8,8-12,9;

As ₂О₃ - 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.%.

Таблица 1
Наименование компонента	Номер стекла
1	2	3	4	5
SiО 2	43,8	47,5	51,5	49,7	47,7
Аl 2О3	29,8	27,9	25,3	24,6	28,0
MgO	11,8	9,7	9,5	10,5	9,4
TiO2	12,7	11,9	11,0	8,8	11,0
As2О 3	1,8	0,5	0,2	0,1	0,4
ZnO	-	-	1,4	-	1,0
СеО2	-	2,4	1,0	-	-
Фторопол	0,1	0,1	0,1	6,3	2,5

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.