Сучасні матеріали на основі неорганічних твердих діелектриків

Стекла

Електровакуумне скло застосовується для виготовлення балонів та інших деталей електровакуумних приладів. За хімічним складом електровакуумні стекла відносяться до групи боросилікатних (B₂O₃ + SiO₂) або алюмосилікатних (A l ₂O₃ + SiO₂) з добавками лужних оксидів. Для них важливе значення має температурний коефіцієнт лінійного розширення, який повинен бути близький до α _l відповідного металу.

Електровакуумні стекла поділяються на:

• платинові — α _l =(8, 5÷ 9, 2)·10^-6 К^-1;

• молібденові — α _l =(4, 6÷ 5, 2)·10^-6 К^-1;

• вольфрамові — α _l =(3, 5÷ 4, 2)·10^-6 К^-1.

Ізоляторне скло використовується для герметизації вводів у металевих корпусах різних приладів (конденсаторів, діодів, транзисторів та ін.). Наприклад, для прохідних ізоляторів в напівпровідникових приладах застосовують лужне силікатне скло.

Кольорове скло - це звичайне силікатне скло з добавками, що додають склу відповідне забарвлення: CaO — синє, Cr₂O₃ — зелене, MnO₂ —фіолетове і коричневе, UO₃ — жовте, що використовується при виготовленні світлофільтрів, емалей і глазурей.

Лазерні стекла застосовуються в якості робочого тіла в твердих лазерах. Центрами випромінювання у цьому випадку є активні іони, рівномірно розподілені в діелектричній прозорій матриці. Найбільш часто застосовують баритовий крон (BaO-K₂O-SiO₂), активований іонами неодиму Nd₃⁺. Переваги лазерного скла перед монокристалами — оптична однорідність, ізотропність властивостей, висока технологічність, низька теплопровідність, що важливо для генерації імпульсів високої потужності.

Скловолокно отримують з розплавленої скломаси витяжкою через фільєру з швидким намотуванням на обертовий барабан (d=4÷ 7 мкм). Зі скловолокна методом текстильної технології тчуть тканини, стрічки, роблять шланги. Переваги скловолокнистої ізоляції полягають у високій нагрівостійкості, значній міцності, малої гігроскопічності і гарних електроізоляційних властивостях [2].

Світловоди використовуються в оптоелектроніці для передачі різної інформації від джерела до приймача за допомогою найтонших волокон. Окремі волокна з'єднуються в світлові кабелі (джгути) з внутрішнім міжволоконним світлоізолюючим покриттям. Щоб запобігти проходженню світла з одного волокна в інше їх покривають світлоізолюючою оболонкою зі скла з меншим показником заломлення, ніж у серцевини. Спеціальні технологічні прийоми (осадження плівок на підкладку, іонне легування, іонний обмін) дозволяють виготовляти плоскі світловоди, які є основою оптичних інтегральних схем.

Ситали

Ситали — це склокристалічні матеріали, які одержують шляхом стимульованої кристалізації скла. В якості каталізаторів кристалізації в скломасу вводяться з'єднання з обмеженою розчинністю або з'єднання, що легко кристалізуються з розплаву. До них відносяться TiO₂, FeS, B₂O₃, Cr₂O₃, V₂O₅, фториди і фосфати лужних і лужноземельних металів.

Технологія отримання ситалів включає:

1. Отримання виробу з скломаси тими ж способами, що зі звичайного скла.

2. Відпал при 500÷ 700 °С для утворення зародків кристалічної фази.

3. Відпал при 900÷ 1000 °С для зростання кристалічної фази.

За способом формування центрів кристалізації розрізняють термоситали і фотоситали. У термоситалах формування кристалічної фази відбувається в результаті подвійного відпалу. У фотоситалах для утворення центрів кристалізації використовують добавки Au, Ag, Pt або Cu. Кристалізація ініціюється під дією ультрафіолетового опромінення.

Структура ситалів являє собою суміш малих, безладно орієнтованих кристалів в оточенні залишків скла [1].

За будовою ситали займають проміжне положення між склом і керамікою. Ситали відрізняються від скла тим, що мають в основному кристалічну будову, а від кераміки-значно меншим розміром кристалів.

За зовнішнім виглядом ситали можуть бути від білого і світло-бежевого до коричневого кольору. Вони відрізняються підвищеною механічною міцністю, яка мало змінюється при нагріванні до 700÷ 900 °С. Діелектричні втрати в ситалах багато в чому визначаються властивостями залишкової фази.

Ситали мають температуру текучості Т_т=1300 °С, температурний коефіцієнт лінійного розширення α _l =(1, 2÷ 12)·10^-6 К^-1.

Багато ситалів володіють високою хімічною стійкістю в сильних кислотах (крім HF) і лугах. Доступність сировини і проста технологія забезпечують невисоку вартість виробів з цього матеріалу. Ситали застосовуються для підкладок гібридних інтегральних схем, тонкоплівкових резисторів, деталей електровакуумних приладів, що працюють в умовах глибокого вакууму, деталей НВЧ-приладів, конденсаторів [3].