Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
300 280
240
200
160
120
80
40
'1111 ¦
-----! -Л
Ж 2 1 1
-
-
? 4,0
3,8
3,6
ЗА
з,г
40
30
Влагосодер/каниехЮ, %
126
Рис. 122. Влияние влагосодержания на диэлектрическую проницаемость (/) и тангенс угла потерь (//) кварцевой керамики:
/, 4 — чистая керамика с пористостью 13,0 и 8%; 2, 3 — легированная керамика с пористостью 12.7 и 9,6
223
с теорией поглощения электромагнитной энергии в смесях для случая малого содержания сильно поглощающего вещества (воды) в объеме матрицы керамики) [232]. В данном случае содержание влаги не превышало 0,01% от общего объема и поэтому потери, обусловленные каждым материалом, должны суммироваться, а общие потери линейно возрастать с увеличением влагосодержания.
Было исследовано также изменение влагосодержания от температуры и времени сушки. Зависимость влагосодержания керамики от времени выдержки в сушильном шкафу при температурах 200 и 280° С дана на рис. 123. Исследование было проведено на тех же образцах, но предварительно выдержанных в течение 10 суток в дистиллированной воде.
Практически образец толщиной 9 мм в основном восстанавливает свои диэлектрические характеристики в первые минуты сушки при температуре 280° С и за 10 минут — при 200°С. Однако для получения исходных значений диэлектрических свойств образцов с пористостью выше 13%) требуется сушка в течение нескольких часов.
В тех случаях, когда необходимо исключить или уменьшить влияние влаги на диэлектрические свойства кварцевой керамики, может быть использована более плотная керамика или керамика с закрытой пористостью, что достигается за счет высокой степени спекания материала.
Если же это невозможно, то влагозащита кварцевой керамики обеспечивается путем. оплавления ее поверхности или нанесением влагозащитных покрытий (тефлон, влагозащитные эмали т. д.).
Температурная зависимость диэлектрической проницаемости кварцевой керамики изучена многими исследователями [39, 54, 56, 207]. В работе [66] установлено, что на частоте 9547 мгц максимальное увеличение е с ростом температуры от 20 до 900° С составило 0,1.
По данным [39], отмечается увеличение е кварцевой керамики с 3,37 при 20°С до 3,39 при 750°С. Более полные сравнительные данные по температурной зависимости е кварцевой керамики с пористостью 14—17% приведены в работе [208]. Измерения проведены на образцах в форме дисков диаметром 40 см и толщиной 1,9 см на установке с открытой мостовой схемой СВЧ-системы
226
1000
Рис 128. Изменение влагосодерисания керамики при температуре сушки 200°С (/) и 280°С (//): /, 2, Зя^-номера образцов
=о 3,8
4 'i * i
__j» —/
Ц 400 800 1200 1600 2000 2400
t,°c
Рис. 124. Сра1внителыные результаты измерения диэлектрической проницаемости кварцевой керамики:
/ — измерения в открытой системе (X — диапазон), плотность керамики 1,91 г/см*; 2 —измерения методом закороченной схемы (/С — виапазов), плотность керамики 1,94 г/см3; 3 — измерения реэонаторным методом (С — диапазон), керамика 7941 с плотностью 1,962 г/см9; 4 — измерения методом закороченной схемы {к— диапазон), керамика без особой очистки, плотность 1,911 г/см»
227
с фокусировкой мощности. Результаты по температурной зависимости и абсолютным значениям є, полученным по разным методикам измерения, представлены на рис. 124. Видно, что диэлектрическая проницаемость кварцевой керамики монотонно возрастает до 1500°С. В диапазоне 1500—1700° С є резко увеличивается на 18%, что обусловлено плавлением пористой керамики и превращением её в кварцевое стекло со 100%-ной
28
20
% 16 12 в 4
7 2 3 г—Д
•-- г—1 Г~~~ =г*—
— ~ --- -1 -к
(її
/з
3,6
ЗА
3,2
200 400 600 800 1000 1200
Рис. 126. Температурная зависимость диэлектрической Проницаемости (/) и тангенса угла потерь (//) кварцевой керамики: / — чистая керамика; 2"— легированная СггО,; 3— содержащая 5% кристоба-лита
плотностью. Осмотр образцов показал, что по толщине образца вещество в период плавления находится в трех состояниях: со стороны пламени — стекло, переходный слой и кварцевая керамика.
После расплавления стекло остается диэлектрическим, причем диэлектрическая постоянная почти линейно возрастает до 4,3 с ростом температуры до 2500е С. Это уникальное свойство кварцевой керамики значительно расширяет ее возможности как радиопрозрачного материала.
Как отмечается в этой же работе, сравнительные измерения є по разным методикам показывают хорошее соответствие как абсолютных значений, так и их температурной зависимости.
Нами была изучена зависимость диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от температуры на тех же образцах, на которых исследовалось влияние на эти характеристики влагопоглоще-ния. Измерения проведены на установке «Кварц», Ре«
зультаты представлены на рис. 125. Диэлектрическая проницаемость всех образцов почти линейно возрастает в диапазоне 20—1200° С примерно на 0,1, что составляет около 3% от ее значения при 20°С. Температурный коэффициент е в интервале 20—1200"С равен 8,3->10-5 град-1. Как показывают приведенные на рис. 126 данные, содержание кристобалита до 5% не оказывает заметного влияния на диэлектрическую проницаемость кварцевой керамики.
