Стекла и ситаллы

Конденсаторные керамические материалы

ЛЕКЦИЯ №5

Технология изготовления керамических конденсаторов значительно проще технологии приготовления слюдяных, пленочных и бумажных кон-денсаторов, кроме того керамические конденсаторы не нуждаются в гермети- зации, так как керамические материалы в готовом виде не поглощают влагу.

Конденсаторные керамические материалы должны обладать большой диэлектрической проницаемостью, для этого в них должны интенсивно развиваться процессы поляризации. Конденсаторные керамические матери-алы представляют собой соединения диоксида титана TiO₂, или диоксида олова SnO₂, или диоксида циркония ZrO₂, с одной стороны, и оксидов щелоч- ных или щелочноземельных металлов СаО, MgO, SrO – с другой. Материалы, изготовленные на основе диоксида титана, называют титанатами: например, титанат магния MgTiO₃, титанат кальция CaTiO₃, титанат стронция SrTiO₃; на основе диоксида олова – станнатами: например, станнат кальция CaZrO₃, станнат стронция SrSnO₃; на основе диоксида циркония – цирконатами: нап- ример, цирконат кальция CaZrO₃, цирконат бария BaZrO₃.

Изготовленные по керамической технологии конденсаторы представ-ляют собой твердые неувлажняемые изделия. На их поверхность методом вжигания наносят сплошные серебряные электроды толщиной 15 – 20 мкм, к которым припаивают медные проводники. Для защиты электродов от корро-зии всю поверхность конденсатора покрывают слоем влагостойкой змали различных цветов. Цвет эмали указывает на температурную стабильность. Титанатная керамика, как правило, имеет отрицательное значение темпе-ратурного коэффициента диэлектрической проницаемости.

Все конденсаторные керамические материалы обладают большими зна-чениями удельных объемных электрических сопротивлений и электрической прочности: ρ _V ≈ 10¹¹÷10¹³ Ом·м; Е_пр =20÷30 Мв/м. Характеристики конденса-торных керамических материалов приведены в таблице 3.4.

Характеристики конденсаторных керамических материалов Таблица 3.4

Материал	Диэлектри- ческая проницае- мость при частоте 10^6Гц	Тангенс угла диэлелек- трических потерь при частоте 10^6Гц	Темпера- турный коэффи- циент диэлект- рическая проницае- мость, 1/°С	Разруша- ющее на- пряжение при стати- ческом изгибе, МПа
Титанат магния		0,0003	+ 70·10^-6	100 – 120
Титанат кальция		0,0004	-1500·10^-6	120 – 150
Титанат стронция		0,0003	-250·10^-6	90 – 110
Станнат кальция		0,0005	+ 110·10^-6	80 – 90
Станнат стронция		0,0005	+ 180·10^-6	90 – 100
Цирконат кальция		0,0003	+ 50·10^-6	80 – 90
Цирконат бария		0,0005	-350·10^-6	80 – 100

Стекла являются аморфными термопластичными материалами неорга-нического или органического происхождения. В РЭА наибольшее применение получили стекла неорганического происхождения. Они предста-вляют собой сплавы специально подобранных оксидов: диоксид кремния

SiO₂, глинозем Al₂O₃, щелочные Na₂O и K₂O и щелочноземельные оксиды CaO и BaO, свинца PbO и цинка ZnO. Сырьевыми материалами для стекол служат кварцевый песок, полевой шпат, борная кислота H₃BO₃, кальци- нированная сода Na₂CO₃, доломит и др.

Сырьевые материалы измельчают и перемешивают, затем полученную шихту плавят в стекловарной печи при 1300 – 1650°С, летучие части СО₂, SO₃ удаляются из нее, оставшиеся оксиды вступают в сложные реакции, об-разуя жидкую однородную стеклообразную массу. Из нее методами горячего прессования, литья и другими способами получают изделия различных форм и размеров.

Самыми высокими электрическими и физико-химическими характе-ристиками обладает кварцевое стекло, оно относится к группе бесщелочных стекол и получается из расплавленного природного кварца (горного хруста-ля). Изделия из кварцевого стекла совершенно прозрачны и имеют высокий уровень электрических характеристик: ρ _V = 10¹⁴÷10¹⁵ Ом·м; ε_r = 3,2÷ 3,5; tgδ = 0,0002; Е_пр =35 ÷ 40 Мв/м. Эти изделия обладают самым малым значе-нием КТР = 5·10^-7 1/°С, что придает им очень высокую термостойкость. Ква-рцевое стекло относится к высокочастотным диэлектрикам, но изготовление из него изделий ограничено из-за очень высокой температуры плавления (выше 1713°С) и трудности получения из него изделий сложного профиля.

Самыми легкоплавкими являются щелочные стекла, которые в своем составе имеют более 10% щелочных оксидов, но в этих стеклах наблюдается очень заметная ионная электропроводность и большие диэлектрические поте-ри. Наиболее широкое применение в качестве электроизоляционных матери- алов имеют малощелочные стекла (не более 5% щелочных оксидов).

Это сравнительно легкоплавкие стекла (1450°С) с вполне удовлетвори- тельными электрическими характеристиками: плотность 2600 – 3500 кг/м³; σ_и=250 МПа; ρ _V ≈ 10¹² Ом·м; ε_r = 4,2 ÷7,0; Е_пр =20 ÷30 Мв/м; tgδ = 0,001÷0,008.

Стекла применяют для изготовления стеклянных конденсаторов, проходных изоляторов, диэлектрических подложек для микросхем.

Ситаллы – это закристаллизованные стекла, имеющие микрокристал-лическую структуру. Если у лучших радиокерамических материалов (стеа-тит, ультрафарфор) размеры кристаллов составляют 10 – 20 мкм, у ситаллов – 0,02 – 1 мкм. Содержание стекла в ситаллах не превосходит 5 – 10 %.

Характерной особенностью ситаллов является то, что микрокристалли- ческая структура по всему объему однородна с равномерным распределением стеклофазы. Это обеспечивает высокие механические и электрические харак- теристики ситаллов и полное отсутствие пористости, газопроницаемости и водопоглощаемости. По механической прочности ситаллы превосходят керамические материалы и даже многие металлы. Ситаллы можно шлифовать по 14-му классу чистоты, т.е. получать идеально гладкую поверхность. Это позволяет широко применять ситаллы в качестве механиче-ски прочных изоляционных оснований (подложек) для тонкопленочных мик- росхем. Ситаллы отличаются весьма низкими значениями КТР, что позволяет применять их также для обтекателей антенн летательных аппаратов и других радиокомпонентов с повышенной прочностью и теплостойкостью.

Дата добавления: 2014-01-20