RU2683432C1 - Способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка - Google Patents

Способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка Download PDF

Info

Publication number
RU2683432C1
RU2683432C1 RU2018109717A RU2018109717A RU2683432C1 RU 2683432 C1 RU2683432 C1 RU 2683432C1 RU 2018109717 A RU2018109717 A RU 2018109717A RU 2018109717 A RU2018109717 A RU 2018109717A RU 2683432 C1 RU2683432 C1 RU 2683432C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hours
dielectric
temperature
stage
zinc silicate
Prior art date
Application number
RU2018109717A
Other languages
English (en)
Inventor
Ирина Владимировна Иванова
Татьяна Илларионовна Красненко
Рина Фаязовна Самигуллина
Наталья Анатольевна Зайцева
Татьяна Андреевна Онуфриева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2018109717A priority Critical patent/RU2683432C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2683432C1 publication Critical patent/RU2683432C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/16Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/453Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zinc, tin, or bismuth oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. zincates, stannates or bismuthates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64Burning or sintering processes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к получению диэлектрических материалов на основе силиката цинка со структурой виллемита, которые могут быть использованы для изготовления керамики, применяемой в конденсаторах, входящих в электрические схемы с целью накопления электрического заряда, подавления пульсаций, изготовления колебательных контуров. Способ включает получение смеси оксидов цинка, меди и кремния при стехиометрическом соотношении ZnO:CuO:SiO= 1,95:0,05:1, которую подвергают высокотемпературному отжигу в две стадии. I стадию проводят при 900-910°С в течение 10-11 часов; II стадию – при 1010-1020°С в течение 40-42 часов с промежуточным измельчением через каждые 10 часов. Полученный материал обладает диэлектрической проницаемостью ε=8,5, и температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости ТКЕ = -40 ррm/°С в широком интервале температур от +25°С до 500°С. При этом диэлектрический материал пригоден для работы на воздухе при нормальном атмосферном давлении и повышенной температуре. 1 ил., 2 пр.

Description

Изобретение относится к получению диэлектрических материалов, которые могут быть использованы в качестве диэлектрических составов для изготовления установочной керамики, применяемой в конденсаторах, входящих в электрические схемы с целью накопления электрического заряда, подавления пульсаций, изготовления колебательных контуров.
Известен способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка со структурой виллемита Cu2+ : Zn2SiO4 (Babu B.Ch., Kumar K.N., Rudramadevia B.H., Buddhudu S. «Synthesis, Structural and Dielectric Properties of Co2+, Ni2+ and Cu2+ : Zn2SiO4 Nanoceramics by a Sol-gel Method" // Ferroelectrics Letters, Vol. 41, 2014 год, P. 28-43). Для получения известного материала исходные вещества (SiOC2H5)4 (источник SiO2) и Zn(NO3)2⋅6H2O в соотношении 2:1 отдельно растворяют в этаноле и перемешивают в течение 15 минут, CuCl2⋅6Н2О в количестве 0,05 мол. % растворяют в деионизированной воде и перемешивают в течение 10 минут, затем растворы, содержащие ионы цинка и меди смешивают и добавляют к раствору SiO2, полученному каталитическим гидролизом (SiOC2H5)4 после добавления к его раствору 0,2 мл HCl и перемешивания. Итоговый раствор упаривают при постоянном перемешивании в течение 12 часов при температурах 75-80°С, затем сушат 2-3 дня на воздухе и 12 часов при 120°С. Полученный ксерогель отжигают в течение 2 часов при 1000°С.
Недостатками известного способа являются большая величина температурного коэффициента диэлектрической проницаемости ТКЕ = -50 ppm / °С наряду с невысоким значением диэлектрической проницаемости ε, которая равна 5,1 при 25-300°С на частоте 103 Гц. Кроме того, использование в качестве одного из исходных реагентов хлорида меди CuCl2, приводит к выделению в процессе синтеза в газовую фазу соединений хлора, опасных в экологическом плане.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать экологически безопасный способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка, который бы обладал более низким температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости наряду с повышенным значением диэлектрической проницаемости.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения диэлектрического материала на основе силиката цинка, включающем высокотемпературный отжиг, в котором смесь соответствующих оксидов металлов при соотношении ZnO : CuO : SiO2 = 1,95:0,05:1 подвергают высокотемпературному отжигу в две стадии: I стадия - 900-910°С в течение 10-11 часов; II стадия - 1010-1020°С в течение 40-42 часов с промежуточным измельчением через каждые 10 часов.
В настоящее время не известен способ получения диэлектрического материала на основе допированного медью силиката цинка со структурой виллемита, включающий двухстадийный отжиг в определенных температурных и временных интервалах.
Экспериментальным путем установлено, что в интервале температур от +25°С до +500°С для полученного керамического материала диэлектрическая проницаемость ε=8,5 и практически постоянна во всем указанном интервале (см. фиг. 1). Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТКЕ = -40 ppm / °С.
Исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод, что материал на основе допированного медью силиката цинка со структурой виллемита, обладающий повышенной диэлектрической проницаемостью наряду с низким температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости может быть получен только при условии соблюдения параметров отжига. При понижении температуры обжига на первой стадии ниже 900°С, на второй стадии ниже 1000°С и при выходе за заявленные значения временного интервала получают конечный продукт с примесью непрореагировавшего оксида двухвалентной меди. При повышении температуры отжига на первой стадии выше 910°С, на второй стадии выше 1020°С в конечном продукте появляется примесная фаза оксида одновалентной меди, при этом наблюдается уменьшение диэлектрической проницаемости в интервале температур от +25°С до +500°С.
Диэлектрический керамический материал на основе допированного медью силиката цинка со структурой виллемита может быть получен следующим образом. Готовят смесь порошков оксидов CuO, ZnO и SiO2 при их соотношении, равном 0,05:1,95:1, соответственно, которую тщательно перетирают при добавлении 3-4 мл этилового спирта на 3-5 граммов смеси. Затем смесь помещают в платиновый тигель и обжигают в печи в атмосфере воздуха при температуре 900-910°С в течение 10-11 часов с последующим измельчением смеси, а затем при температуре 1000-1020°С в течение 40-42 часов с измельчением после каждых 10 часов обжига. Контроль фазового состава полученного продукта проводят методом рентгенофазового анализа (РФА). Получают материал состава Zn1.95Cu0.05SiO4. Измерения емкости полученного материала проводят с помощью цифрового моста SI-1260 на частоте 103 Гц в диапазоне температур 25-500°С. Нагревание ячейки с образцом в виде цилиндра высотой d и площадью основания S с платиновыми электродами осуществляют в печи в атмосфере воздуха с точностью ±1 градус. Значения диэлектрической проницаемости рассчитывают по формуле ε=C×d/S, где С электрическая емкость образца, d - высота, S - площадь основания. Расчет температурного коэффициента диэлектрической проницаемости проводят по формуле ТКЕ=1/ε×dε/dt, где dε/dt отношение изменения диэлектрической проницаемости к величине температурного интервала.
Способы получения нового диэлектрического материала иллюстрируются следующими примерами.
Пример 1. Берут 2,8497 г порошка ZnO, 0,0714 г порошка CuO и 1.0789 порошка SiO2 (соотношение равно 1,95:0,05:1), тщательно перетирают в агатовой ступке с добавлением 3 мл этилового спирта. Затем смесь помещают в платиновый тигель и обжигают в печи в атмосфере воздуха при температуре 900°С в течение 10 часов. Затем печь охлаждают произвольно до комнатной температуры, вынимают спеченный продукт, помещают в агатовую ступку и тщательно перетирают без добавления спирта. Полученный порошок снова помещают в тот же тигель и обжигают в печи при 1010°С в течение 40 часов с промежуточным измельчением через каждые 10 часов. При этом печь охлаждают до комнатной температуры, продукт помещают в агатовую ступку и тщательно перетирают без добавления спирта. По данным рентгенофазового анализа получают продукт состава Zn1.95Cu0.05SiO4. В области температур от +25°С до +500°С диэлектрическая проницаемость равна ε=8,5, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТКЕ = -40 ppm / °С.
Пример 2. Берут 2,8497 г порошка ZnO, 0,0714 г порошка CuO и 1.0789 порошка SiO2 (соотношение равно 1,95:0,05:1), тщательно перетирают в агатовой ступке с добавлением 3 мл этилового спирта. Затем смесь помещают в платиновый тигель и обжигают в печи в атмосфере воздуха при температуре 910°С в течение 11 часов. Затем печь охлаждают произвольно до комнатной температуры, вынимают спеченный продукт, помещают в агатовую ступку и тщательно перетирают без добавления спирта. Полученный порошок снова помещают в тот же тигель и обжигают в печи при 1010°С в течение 42 часов с промежуточным измельчением через каждые 10 часов. При этом печь охлаждают до комнатной температуры, продукт помещают в агатовую ступку и тщательно перетирают без добавления спирта. По данным рентгенофазового анализа получают продукт, состоящий из Zn1.95Cu0.05SiO4. В области температур от +25°С до 500°С диэлектрическая проницаемость равна ε=8,5, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТКЕ = -40 ppm / °С.
Таким образом, авторами предлагается экологически безопасный способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка со структурой виллемита с диэлектрическая проницаемость равна ε=8,5, и температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости ТКЕ = -40 ppm / °С в широком интервале температур от +25°С до 500°С. При этом диэлектрический материал пригоден для работы на воздухе при нормальном атмосферном давлении и повышенной температуре.

Claims (1)

  1. Способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка со структурой виллемита, включающий высокотемпературный отжиг, отличающийся тем, что смесь оксидов соответствующих металлов при соотношении ZnO:CuO:SiO2 = 1,95:0,05:1 подвергают высокотемпературному отжигу в две стадии: I стадия – 900-910°С в течение 10-11 часов; II стадия – 1010-1020°С в течение 40-42 часов с промежуточным измельчением через каждые 10 часов.
RU2018109717A 2018-03-20 2018-03-20 Способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка RU2683432C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109717A RU2683432C1 (ru) 2018-03-20 2018-03-20 Способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109717A RU2683432C1 (ru) 2018-03-20 2018-03-20 Способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2683432C1 true RU2683432C1 (ru) 2019-03-28

Family

ID=66089601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018109717A RU2683432C1 (ru) 2018-03-20 2018-03-20 Способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2683432C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4925703A (en) * 1988-12-22 1990-05-15 Gte Products Corporation Firing and milling method for producing a manganese activated zinc silicate phosphor
RU2084488C1 (ru) * 1994-02-11 1997-07-20 Российский химико-технологический университет им.Д.И.Менделеева Способ получения люминофора на основе ортосиликата цинка
US20020091058A1 (en) * 2000-11-17 2002-07-11 Yoshio Umayahara Glass ceramics dielectric material and sintered glass ceramics
CN104211383B (zh) * 2014-08-26 2016-01-20 河南科技大学 一种低温烧结Zn2SiO4微波介质陶瓷的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4925703A (en) * 1988-12-22 1990-05-15 Gte Products Corporation Firing and milling method for producing a manganese activated zinc silicate phosphor
RU2084488C1 (ru) * 1994-02-11 1997-07-20 Российский химико-технологический университет им.Д.И.Менделеева Способ получения люминофора на основе ортосиликата цинка
US20020091058A1 (en) * 2000-11-17 2002-07-11 Yoshio Umayahara Glass ceramics dielectric material and sintered glass ceramics
CN104211383B (zh) * 2014-08-26 2016-01-20 河南科技大学 一种低温烧结Zn2SiO4微波介质陶瓷的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BABU B.Ch. et al. "Synthesis, Structural and Dielectric Properties of Co 2+ , Ni 2+ and Cu 2+ :Zn 2 SiO 4 Nanoceramics by sol-gel Method", Ferroelectric Letters Section, 2014, vol.41, p.28-43. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singh et al. Synthesis, characterisation, luminescence and defect centres in solution combustion synthesised CaZrO3: Tb3+ phosphor
CN102320825B (zh) 一种低温烧结微波介质陶瓷及其烧结方法
CN104211391B (zh) 温度稳定型中介电常数微波介电陶瓷Bi3La5Ti7O26
CN104003722B (zh) 可低温烧结的超低介电常数微波介电陶瓷Li3AlV2O8及其制备方法
CN102795852A (zh) 一种新型ltcc低频介质陶瓷电容器材料
CN101774803B (zh) 一种(Ba,Sr)TiO3基陶瓷介质及其制备方法
Singh et al. Luminescence properties of Sm3+ doped LaP3O9 phosphors
Zuo et al. High dielectric, piezoelectric, upconversion photoluminescence and low-temperature sensing properties in Ba 0.7 Sr 0.3 TiO 3-BaZr 0.2 Ti 0.8 O 3: Ho/Yb ceramics
Sayyadi-Shahraki et al. Microwave dielectric properties and chemical compatibility with silver electrode of Li2TiO3 ceramic with Li2O–ZnO–B2O3 glass additive
RU2683432C1 (ru) Способ получения диэлектрического материала на основе силиката цинка
Gao et al. Microstructure and dielectric properties of low temperature sintered ZnNb2O6 microwave ceramics
CN103708838A (zh) 一种低温烧结制备具有单斜结构ZnZrNb2O8微波介质陶瓷新方法
RU2471713C2 (ru) Способ получения сложного ванадата цинка и кадмия
Roof et al. Crystal growth of a new series of complex niobates, LnKNaNbO5 (Ln= La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, and Tb): structural properties and photoluminescence
Zhu et al. Synthesis and characterization of Er3+-doped SrNb2O6 phosphor for FIR based thermometer
Zhao et al. Photoluminescence properties of Tb-doped and (Zn, Tb) co-doped barium strontium titanate crystalline powders
Singh et al. Perovskite SrZrO 3: Ho 3+ phosphors: synthesis, structure, Judd–Ofelt analysis and photoluminescence properties
CN104003721B (zh) 可低温烧结的微波介电陶瓷Li2W2Zn3O10及其制备方法
JP4604247B2 (ja) テルビウム・ビスマス・タングステン酸化物固溶体からなる電気伝導材料及びその製造方法
Mandoki et al. Hydrothermal synthesis of doped PZT powders: sintering and ceramic properties
Orlova et al. The fluorite-like Ln 5 Mo 3 O 16+ δ family extension: LiLn 4 Mo 3 O 15 F (Ln= Eu, Gd, or Dy) ceramics
KR101866717B1 (ko) BiFeO3-BaTiO3-BiGaO3 무연 세라믹스 조성물 및 그의 제조방법
Han et al. Novel Raman spectroscopy of a strong high-k diffuse phase transition (Ba1− xSmx)(Ti0. 95− x/4Ce0. 05) O3 ceramics
RU2446105C1 (ru) Способ получения титанатов щелочноземельных металлов или свинца
CN104119075A (zh) 一种利用H3BO3掺杂降低刚玉型Mg4Ta2O9微波介质陶瓷烧结温度新方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210321