Состав шихты для изготовления керамического материала

СОСТАВ ШИХТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, включающий нитрид алюминия и оксид иттрия, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности использования материала в качестве поглотителя электромагнитной энергии за счет повышения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, он дополнительно содержит железо или хром при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитрид алюминия 48 - 68,5
Оксид иттрия 1 - 2
Железо или хром 30 - 50

Изобретение относится к составу шихты для изготовления композиционного керамического материала для изготовления поглотителей электромагнитной энергии и может быть применено преимущественно в электронных приборах, специальных измерительных устройствах высокого уровня мощности.
Известны керамические материалы, используемые в качестве поглотителей энергии высокой частоты, содержащие оксид алюминия и вольфрам, или оксид алюминия и титанат алюминия, или оксиды алюминия и титана.
Поглотители на основе оксида алюминия, титаната алюминия и оксида титана из-за низкой теплопроводности (5 - 7 Вт/(м K) не могут быть использованы в электронных приборах и измерительных устройствах высокого уровня мощности, так как увеличение удельных тепловых нагрузок на поглощающие элементы в подобных приборах приводит к их перегреву. В результате перегрева поглощающих элементов в составе электронных приборов происходит дополнительное газовыделение из них, которое ведет к ухудшению вакуума в приборах. Перегрев поглощающих элементов в составе измерительных устройств, работающих в воздушной среде, приводит к снижению поглощающих свойств поглотителей вследствие окисления поглощающей фазы Ti₃O₅ до TiO₂. Поглотитель на основе оксида алюминия и вольфрама обладает довольно высокой теплопроводностью, сравнимой с теплопроводностью стали. Однако значительная разница в удельных весах металла и окисла существенно затрудняет получение однородного по составу материала, а формирование сложных изделий методом горячего литья под давлением практически невозможно. Из перечисленных поглотителей наиболее широкое применение в отечественных приборах находят поглотители на основе оксидов алюминия и титана, изготовление которых освоено в мелкосерийном производстве.
Известен керамический материал для поглотителей электромагнитной энергии, содержащих оксид бериллия и оксид титана и имеющих теплопроводность до 75 Вт (м К).
Однако дефицитность исходного сырья для получения оксида бериллия является серьезным препятствием для организации серийного производства поглотителей на его основе, а высокая токсичность оксида бериллия требует дополнительных материальных затрат на организацию безопасных условий труда.
Кроме того, поскольку процесс восстановления оксида титана до нестехиометрического окисла Ti₃O₅, который придает материалу поглощающие свойства, осуществляется в узком интервале температур (1540 - 1560^оС), а также существенно зависит от влажности среды и времени выдержки при данной температуре, воспроизводимость поглощающих свойств поглотителей от паpтии к партии затруднена. Состав и технология изготовления поглотителей не предусматривает возможность регулирования степени поглощения.
Известен состав шихты для изготовления керамического материала, включающий нитрид алюминия и оксид иттрия, являющийся наиболее близким техническим решением к данному.
Материал с содержанием добавки Y₂O₃ в пределах 1 -2% обладает теплопроводностью при 20^оС 80 - 120 Вт/(м К), диэлектрической проницаемостью при частоте 10⁶ Гц 8-8,5 и величиной тангенса угла диэлектрических потерь 0,0001 - 0,0005.
Низкие значения диэлектрической проницаемости и потерь не позволяют использовать этот материал по указанному назначению.
Целью изобретения является обеспечение возможности использования материала в качестве поглотителя электромагнитной энергии за счет повышения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.
Цель достигается за счет того, что шихта для изготовления керамического материала, включающая нитрид алюминия и оксид иттрия, дополнительно содержит железо или хром при следующем соотношении компонентов, мас.%: Нитрид алюминия 48 - 68,5 Оксид иттрия 1 - 2 Железо или хром 30 - 50
Для получения поглотителей были приготовлены смеси порошков ингредиентов (см. табл. 1).
Из каждой смеси методом прессования и последующего спекания в азотной среде при температуре 1650 - 1750^оС с выдержкой при данной температуре в течение 30 - 90 мин были изготовлены образцы для измерения основных свойств поглотителей, которые приведены в табл.2.
Проведена сравнительная оценка поглощающих свойств поглотителя на основе оксидов бериллия и титана и заявленного поглотителя после нагрева в окислительной среде. Результаты измерений приведены в табл.3.
Из табл.3 видно, что данный материал сохраняет близкий к прототипу высокий уровень теплопроводности, но, в отличие от него, имеет более высокие значения диэлектрической проницаемости и тангенс угла диэлектрических потерь, которые однозначно определяют возможность применения заявленного материала в новом качестве, как поглотителя электромагнитной энергии.
Этот вывод подтверждается результатами петрографического анализа, в результате которого установлено наличие в материале дополнительной металлической фазы, обуславливающей повышение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь материала. В табл. 4 приведены сведения по фазовому составу конечного продукта, полученного на основе заявленного состава шихты.