close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11042

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 03C 10/00
C 04B 35/10
СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
(21) Номер заявки: a 20060167
(22) 2006.02.27
(43) 2007.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт механики
металлополимерных систем имени
В.А.Белого Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Павленко Александр Петрович; Богомолова Валентина Михайловна; Яблонский Эдуард Витальевич; Левин Игорь Анатольевич (BY)
BY 11042 C1 2008.08.30
BY (11) 11042
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени
В.А.Белого Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(56) RU 2128153 C1, 1999.
RU 2142437 C1, 1999.
SU 1571035 A1, 1990.
SU 1599347 A1, 1990.
EA 001529 B1, 2001.
US 5658835 A, 1997.
SU 1375591 A1, 1988.
EP 0584977 A1, 1994.
(57)
Стеклокерамический материал на основе стекла и корундовой керамики для спаивания с металлами и керамикой и для изделий электротехнического назначения, отличающийся тем, что получен из шихты, содержащей 40-75 мас. % стекла в виде стеклопорошка из
боя стеклотары, причем доля окрашенной стеклотары не превышает 5 мас. %, или отходов
производства тарного стекла следующего состава, мас. %:
SiO2
70-73
Al2O3
1,0-2,5
СаО
7-10
MgO
2,5-4,0
Na2O + K2O
13-16
Fe2O3
0,165,
10-20 мас. % стекла с меньшим коэффициентом термического линейного расширения, в частности С52-1, и 5-50 мас. % керамического наполнителя в виде глинозема α-модификации.
Изобретение относится к технологии производства керамических материалов, в частности стеклокерамических композиционных материалов на основе стекла и керамики, и
может быть использовано при изготовлении изделий для электронной техники, электротехнической, строительной и легкой промышленности.
Стеклокерамические композиционные материалы, полученные на основе стекла и керамического наполнителя, являются возможной заменой традиционных электротехнических материалов, в частности электротехнического фарфора в изделиях, применяемых в
низковольтной аппаратуре. Они обладают высокими диэлектрическими свойствами, достаточной механической прочностью, более технологичны и дешевы.
BY 11042 C1 2008.08.30
Известны составы стеклокерамических материалов на основе электровакуумных стекол, содержащие в качестве керамического наполнителя корундовые материалы, форстеритовую керамику, предназначенные для спаев с металлами с низким коэффициентом
термического расширения ТКЛР [1]. Они имеют высокие диэлектрические свойства, достаточно прочны. Такие материалы используются в больших количествах в производстве
металлостеклянных корпусов интегральных схем и полупроводниковых приборов, различного типа гермовводах. Недостатком указанных композиций является их дороговизна
вследствие использования стекол специального изготовления, а также склонность этих
стекол к кристаллизации.
Известен состав стеклокерамических материалов электротехнического назначения для ламп [2]. Он содержит 10-30 % оксида алюминия и 70-90 % стекла следующего состава:
SiO2 - 65-68, Аl2О3 - 0,8-1,2, СаО - 6,1-6,5, MgO - 4,2-5,1, ВаО - 1,3-1,5, Na2O - 16,216,7, К2О - 1,1-1,3, Fе2О3 - 0,8-1,1, Mn2О3 - 1,5-1,6. Стеклокерамика имеет высокую механическую прочность.
Недостатками этого стеклокерамического материала являются: использование в нем
специально сваренного стекла, что приводит к его удорожанию, и слишком низкая температура
спекания стеклокомпозиции, ограничивающая температурную область его использования.
Известен состав стеклокерамических материалов для электронной, машиностроительной промышленности [3]. Он содержит 40-60 % оксида алюминия и 40-60 % стекла следующего состава: SiO2 46,2-55,2; Аl2О3 30,0-41,4; MgO 12,4-14,8.
Полученная стеклокерамика обладает высокой термостойкостью и трещиностойкостью. Основным ее недостатком является высокая стоимость вследствие использования в
ней специально сваренного стекла.
С целью удешевления материалов, разработаны составы стеклокомпозиций на основе
порошков, полученных из отходов и вторичного сырья различных стекол - оконного, тарного, лампового, кинескопного, медицинского. В РБ имеются в достаточном количестве
отходы производства тарного и оконного стекол, хотя большая их часть используется повторно в производстве. Из вторичного сырья в наибольших количествах имеется бой тарного
пищевого стекла. Сбор стеклотары, боя лампового и медицинского стекол, организован
недостаточно.
Известны составы стеклокомпозиций на основе стеклопорошков из боя и отходов тарного
стекла и корунда [4, 5], содержащие 40-75 % стекла и 25-60 % процентов керамического
наполнителя. Они обладают хорошими технологическими и эксплутационными свойствами.
Наиболее близким по технической сущности является стеклокерамический материал [5],
содержащий 50-75 мас. % корунда и 25-50 мас. % стекла, представляющего собой стеклопорошок, изготовленный измельчением боя пищевых тарных стекол или стеклоотходов.
Однако этот состав не может быть использован для получения спаев стеклокерамики с металлами и керамикой, что ограничивает область ее применения, а также имеет недостаточно
высокую механическую прочность и трещиностойкость. Опробование стеклокерамики
данного состава в изделиях электротехнического назначения показало низкий выход годных изделий, вследствие растрескивания материала при термообработке.
Задачей заявляемого изобретения является разработка стеклокерамики, которая может
быть использована для спаивания с металлами и керамикой, а также для изделий электротехнического назначения, имеющей ТКЛР порядка 75-85⋅10-7К-1, обладающей достаточно
высокой механической прочностью, хорошими диэлектрическими свойствами. Кроме того, заявляемая стеклокерамика предполагает низкую стоимость.
Поставленная задача решается за счет:
1. Использования в качестве стекловидной матрицы отходов стекла;
2. Увеличения содержания стекла в стеклокерамике до 95 мас. %;
3. Введения в состав композиции стекла с более низким ТКЛР, что способствует снижению ТКЛР и внутренних напряжений в стеклокерамике.
2
BY 11042 C1 2008.08.30
С целью реализации возможности использования стеклокерамики для спаивания с металлами и керамикой и в электротехнических изделиях, повышения механической прочности изделий предлагается состав стеклокерамики на основе стекла и корундовой
керамики, содержащей 40-75 мас. % стекла в виде стеклопорошка из боя стеклотары, причем доля окрашенной стеклотары не превышает 5 мас. %, или отходов производства тарного стекла следующего состава, мас. %:
SiO2
70-73
Аl2О3
1,0-2,5
СаО
7-10
MgO
2,5-4,0
Na2O + K2O
13-16
Fe2O3
0,165,
10-20 мас. % стекла с меньшим коэффициентом термического линейного расширения, в частности, С52-1, и 5-50 мас. % керамического наполнителя в виде глинозема α-модификации.
Использование смеси стекол позволяет достигнуть повышения прочности и трещиностойкости стеклокерамики, ее спаев с металлами и керамикой и, в итоге, надежности изделий из нее.
Использование боя тарного стекла или ему подобных по химическому составу отходов
в качестве стеклофазы, позволяет решать проблему использования вторичных ресурсов,
делает доступным исходное сырье, снижает себестоимость стеклокерамических изделий.
Заявляемый стеклокерамический материал и изделия из него получают следующим
образом.
Исходное стекло (в виде боя стеклотары или отходов производства тары) измельчают
в фарфоровых барабанах уралитовыми шарами до удельной поверхности Sуд. = 500-600
м2/кг. На окончательной стадии помола к порошку стекла добавляют порошок наполнителя, порошок стекла с меньшим ТКЛР, и все перемешивают в течение одного часа. Из порошков композиции в шликерной мешалке приготавливают термопластичные шликеры со
связкой, состоящей из 90 мас. % парафина и 10 мас. % воска. Расчетное содержание связки в шликерах 13-14 мас. %. Формование изделий из шликеров производят на машине литья керамики. Режим литья подбирается для каждого изделия индивидуально.
Выжигание связки проводится в электрической печи в никелевых лодочках в засыпке
техническим глиноземом. Скорость подъема температуры до 650 °С - 5 °С/мин. Спекание
проводится в электрических печах в окислительной атмосфере в засыпке техническим
глиноземом при температуре 950-1000 °С в зависимости от состава материала. По указанной технологической схеме получаются стеклокерамические материалы с плотной, гетерогенной структурой плотностью ρ = 2,55-2,65 г/см3 , термическим коэффициентом
температурного расширения (75-85)⋅10-7К-1 и пределом прочности на изгиб 90-120 МПа.
Заявляемое техническое решение иллюстрируется примерами.
Пример 1.
Бой стеклотары или отходов производства тары измельчают в фарфоровых барабанах
уралитовыми шарами до удельной поверхности Sуд. = 500-600 м2/кг. На окончательной
стадии помола к порошку стекла добавляют порошок наполнителя и порошок стекла С52-1,
предварительно измельченного до Sуд. = 300-400 м2/кг, при следующем соотношении ингредиентов: порошок стеклобоя 70 мас. %, порошок наполнителя -10 мас. %, порошок
стекла С52-1 - 20 мас. %, и все перемешивают в течение одного часа. Из порошков композиции в шликерной мешалке приготавливают термопластичные шликеры со связкой, состоящей
из 90 мас. % парафина и 10 мас. % воска. Расчетное содержание связки в шликерах 14 мас. %.
Формование изделий из шликеров производят на машине литья керамики. Режим литья
подбирается для каждого изделия индивидуально.
Выжигание связки проводится в электрической печи в никелевых лодочках в засыпке
техническим глиноземом. Скорость подъема температуры до 650 °С - 5 °С/мин. Спекание
3
BY 11042 C1 2008.08.30
проводится в электрических печах в окислительной атмосфере в засыпке техническим
глиноземом при температуре 970 °С в течение 1 часа. Получаются стеклокерамические
материалы с плотной, гетерогенной структурой плотностью ρ = 2,55 г/см3, термическим
коэффициентом линейного расширения 77⋅10-7К-1 и пределом прочности на изгиб 98 МПа.
Состав предназначен для спаивания с металлами и керамикой.
Пример 2.
Бой стеклотары или отходов производства тары измельчают в фарфоровых барабанах
уралитовыми шарами до удельной поверхности Sуд. = 500-600 м2/кг. На окончательной
стадии помола к порошку стекла добавляют порошок наполнителя и порошок стекла С52-1,
предварительно измельченного до Sуд. = 300-400 м2/кг, при следующем соотношении ингредиентов: порошок стеклобоя 60 мас. %, порошок наполнителя - 30 мас. %, порошок
стекла С52-1 - 10 мас. %, и все перемешивают в течение одного часа. Из порошков композиции в шликерной мешалке приготавливают термопластичные шликеры со связкой, состоящей
из 90 мас. % парафина и 10 мас. % воска. Расчетное содержание связки в шликерах 13 мас. %.
Формование изделий из шликеров производят на машине литья керамики. Режим литья
подбирается для каждого изделия индивидуально.
Выжигание связки проводится в электрической печи в никелевых лодочках в засыпке
техническим глиноземом. Скорость подъема температуры до 650 °С - 5 °С/мин. Спекание
проводится в электрических печах в окислительной атмосфере в засыпке техническим
глиноземом при температуре 970 °С в течение 1 часа. Получаются стеклокерамические
материалы с плотной, гетерогенной структурой плотностью ρ = 2,65 г/см3, термическим
коэффициентом температурного расширения 76⋅10-7К-1 и пределом прочности на изгиб
100 МПа. Состав предназначен для изделий электротехнического назначения.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Составы и некоторые свойства стеклокерамики, полученной
по оптимальным режимам спекания
ТермичеСодержание компонентов, мас. %
Предел
ский коэфпрочТемпефициент
ВодоПлот- ности
ратура
линейного
поглоность
на
спекаСтекло Стекло Глинорасширещение
ния
ρ, г/см изгиб
тарное С52-1 зем ГК
В, %
ния α 107,
Тсп, °С
σизг,
К-1 20МПа
300 °С
прототип
100
700
0,01
2,48
59
96
прототип
95
5750
0,1
2,60
65
96
90
10- прототип 800
0,1
2,63
80
93
прототип
80
20
900
0,2
2,65
80
90
прототип
70
30
900
0,2
2,70
85
85
прототип
60
40
950
0,3
2,70
85
83
прототип
50
50
1000
0,4
2,69
80
79
80
10
10
780
0,1
2,61
88
82
70
10
30
880
0,5
2,72
100
76
40
10
50950
0,2
2,69
86
70
70
20
10
780
0,1
2,60
98
77
50
20
30
850
0,1
2,72
118
72
30
20
50
950
0,3
2,66
90
69
4
Теплопроводность
λ, Вт/м
К при
200 °С
1,79
1,72
2,05
2,32
1,65
1,82
2,38
2,20
1,86
1,88
2,28
1,84
BY 11042 C1 2008.08.30
Источники информации:
1. Павленко А.П., Рябиков В.Т., Русак В.И. Исследование механической прочности
стеклокерамики на основе стекла С52-1. В республиканском межведомственном сборнике
"Приборостроение". - Вып. 9. - Мн., 1987. - С. 76-80.
2. А.с СССР 1599347, МПК С 04В 35/10, 1990.
3. А.с СССР 1571035, МПК С 04В 35/10, 1990.
4. Патент России 2142437, МПК С 03С 010/06, С 04И 035/10.
5. Патент России 2128153, МПК С 04И 035/18, С 03С 010/00, 1999.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
101 Кб
Теги
by11042, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа