2014-02-12
1620
Конденсаторные керамические материалы
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.
|
|
|
На их поверхность методом вжигания наносят сплошные серебряные электроды толщиной 15 – 20 мкм, к которым припаивают медные проводники. Для защиты электродов от коррозии всю поверхность конденсатора покрывают слоем влагостойкой змали различных цветов. Цвет эмали указывает на температурную стабильность. Титанатная керамика, как правило, имеет отрицательное значение температурного коэффициента диэлектрической проницаемости.
Характеристики конденсаторных керамических материалов Таблица 6.2
| Материал | Диэлектри- ческая проницае- мость при частоте 106 Гц | Тангенс угла диэлелек- трических потерь при частоте 106 Гц | 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 |
Все конденсаторные керамические материалы обладают большими зна-чениями удельных объемных электрических сопротивлений и электрической прочности: ρ V ≈ 1011÷1013 Ом·м; Епр =20÷30 Мв/м. Характеристики конденса-торных керамических материалов приведены в таблице 6.2.
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; εr = 3,2÷ 3,5; tgδ = 0,0002; Епр =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; σи=250 МПа; ρ V ≈ 1012 Ом·м; εr = 4,2 ÷7,0; Епр =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 применяются в качестве механически прочных изоляционных оснований (подложек) для тонкопленочных микросхем.
