Файл: Пивинский, Ю. Е. Кварцевая керамика.pdf

зулматы представлены на рис. 125. Диэлектрическая проницаемость всех образцов почти линейно возрастает в диапазоне 20—1200° С примерно на 0,1, что состав­ ляет около 3% от ее значения при 20°С. Температурный коэффициент е в интервале 20—1200°С равен 8,3-ІО-5 град-1. Как показывают приведенные на рис. 126 дан­ ные, содержание кристобалита до 5% не оказывает заметного влияния на диэлектрическую проницаемость кварцевой керамики.

Для подтверждения общей зависимости диэлектри­ ческой проницаемости кварцевой керамики от темпера-

Рнс. 126. Температурная зависимость диэлектрической проницае­ мости на частоте 9,4• ІО9 Гц различных мерок оптического кварце­ вого стекла:

/ — КВ; 2 — КИУ и КОП-1; 3 — КУ

туры на рис. 126 представлены результаты измерения е кварцевых стекол КВ, КИ, КОП и КУ [209]. Суммар­ ное содержание примесей в этих стеклах не превышало 0,06%.

Диэлектрическая проницаемость рассмотренных кварцевых стекол увеличивается всего на 4% в интер­ вале температур от 20 до 1450°С. Температурный коэф­ фициент е в интервале 20—1450°С равен 9 -ІО-5 град-1.

Если принять, что по условиям работы изделия из­ менения диэлектрической проницаемости его материала с ростом температуры не должно превышать 5%, то кварцевая керамика пригодна для работы до 1400°С,

229

тогда как окись алюминия до температуры 5О0°С и сигалл до 7О0°С.

По зависимости е кварцевой керамики от частоты пода нет публикаций. Однако судить об этом можно по

Логарифмический характер зависимости обусловли­ вает слабое увеличение диэлектрической проницаемо­ сти кварцевой керамики по мере увеличения содержа­ ния легирующей добавки до 10%, хотя ее диэлектриче­ ская проницаемость в десятки раз больше таковой ос­ новного .материала.

230

Диэлектрические потери

На рис. 128 показана температурная зависимость тангенса угла диэлектрических потерь кварцевой кера­ мики с пористостью 14—17%, полученная разными ме­ тодами в сантиметровом диапазоне длин волн [208]. Даже при расплавлении диэлектрические потери в кварцевой керамике остаются на уровне 0,01.

В работах [176, 177] отмечается линейное повыше­ ние тангенса угла диэлектрических потерь кварцевой

Рлс. 123. Зависимость тангенса угла потерь кварцевой керами­ ки от температуры:

/ — измерения в открытой системе (Х-диалазон), плотность ке­ рамики 1,91 г/см3; 2 — измерения методом закороченной схемы (K-диапазон). плотность керамики .1,94 г/см3; 3 —измерения резонаторным методом (С — диапазон), керамика 7941 с плот­ ностью 1,96 г/см3; 4 — измерения методом закороченной схемы

(/(-диапазон), керамика без особой очистки, плотность 1,91 г/с,іі3

влаги, которую впитывают образцы при комнатных ус­ ловиях, а также удалением органических и других за­ грязнений, попадающих на образец в процессе его из­ готовления и дальнейшего обращения с ним.

231

Результаты американских сравнительных исследова­ ний е и tgß кварцевой керамики, пнрокерама 9606, оки­ си бериллия и окиси алюминия АД-99 на частоте 9375 мГц приведены в табл. 17 [39].

Температурная зависимость тангенса угла диэлектри­ ческих потерь на частоте 9,4-ІО9 Гц различных марок оптического кварцевого стекла, которые можно рассмат­ ривать как очень чистый материал, приведена на рис. 129 [209]. Установлено, что содержание примесей в кварце­ вых стеклах от 0,003-до 0,057% слабо влияет на тангенс угла диэлектрических потерь. Это изменение находилось

впределах ошибки измерения (8—47) • Г0~5.

■Для сравнения диэлектрических характеристик квар­ цевой керамики в целом по сравнению с другими ди-

232

электрическими материалами интересно привести дан­ ные работы [175]. В ней были исследованы предельные возможности материалов по сочетанию диэлектриче­ ских свойств применительно к антенным обтекателям с полуволновой толщиной стенки. Для кварцевой керамики полуволновая стенка составляла 8,4 мм, окиси алюми-

ния 5 мм и для пирокерама 9606 6,3 мм. Оценка преде­ лов произведена с учетом изменения в процессе аэро­ динамического нагрева в и tgö; а градиент угловых

ошибок не должен был превышать 0,01 градуса на гра­ дус.

На рис. 130 по оси ординат даны предельно возмож­ ные для данного материала скорости из условий выпол­ нения радиотехнических требований, а но оси ординат время, за которое эта скорость может быть достигнута при постоянном ускорении. Видно, что по совокупности электрических свойств кварцевая керамика с пористо­ стью 11 % значительно превосходит такие радиопрозрачные материалы, как окись алюминия и ситалл.

Влияние длительного воздействия высокой темпера­ туры на диэлектрические свойства чистой и легирован­ ной кварцевой керамики исследовано с участием авто­ ра1на образцах с пористостью от 8 до 13%.

Измерения проводились при комнатной температуре после разного времени выдержки образцов в муфельной печи при 1000°С. Результаты исследований приведены в табл. 18.

Образцы 1 и 2 были изготовлены из чистой кварце­ вой керамики и имели пористость 9,5 и 12,7%; образцы 3 и 4 — из .керамики, содержащей 1,5% Сг20з, и имели пористость 8,0 и 12,3% соответственно.

Из данных табл. 18 следует, что диэлектрическая.про­ ницаемость как чистой, так и легированной керамики не изменилась за 30 ч нагрева при 1000°С.

Своеобразно поведение tgö. У всех образцов потери уменьшаются с увеличением времени нагрева и через 30 ч равны (1,3—1,4) -10~4. Это объясняется выгоранием и разложением посторонних примесей, попавших в мате­ риал в процессе изготовления образцов.

1 Совместно с А. В. Литовченко.

234

Образцы 2 и 4 до и после 30 ч нагрева прошли рент­ генофазовый анализ. На поверхности образца 2 было обнаружено появление а-кристобалита (до 6%)- Такое содержание кристобалита не оказало заметного влия­ ния на диэлектрические свойства. В образце 4 кристобалит не обнаружен.

Таким образом, длительное воздействие температур до 1000°>С не оказывает ощутимого влияния на диэлект­ рические свойства кварцевой керамики. Данных по влия­ нию более высоких температур пока не имеется.

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В общепринятом понимании кварцевая керамика не является прозрачным материалом, как например квар­ цевое стекло, из которого она состоит. Это обусловлено многократным преломлением попадающего внутрь ма­ териала луча на границах зерен и в порах, в результате чего кварцевая керамика непрозрачна для визуального наблюдения, но имеет значительное рассеянное пропус­ кание.

В пределах отдельных зерен показатель преломле­ ния керамики соответствует значениям для кварцевого стекла, если отсутствует кристаллическая фаза. Показа­ тель преломления кварцевого стекла постепенно умень­ шается с 1,46239 до 1, 40601 по мере увеличения длины волны от 0,5 до 3,5 мкм [202].

Зависимость интегрального рассеянного светопропускания в видимой части спектра от температуры спека­ ния кварцевой керамики со средним и тонким зерновым составом для пластин толщиной 2 мм, по [51], показана на рис. 131. Измерения проводились на спектрофотомет­ ре СФ-ІО. Существенное светопропускание наблюдается

Т а б л и ц а 19. Зависимость интегрального светопропускания кварцевой керамики от толщины образца_________________________________________