Скляне зв’язуюче для нанокомпозитів на базі системи “скло-оксиди металів”

Номер патенту: 103231

Опубліковано: 10.12.2015

Автори: Лепіх Ярослав Ілліч, Лавренова Тетяна Іванівна

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Скляне зв'язуюче для нанокомпозитів на базі системи "скло - оксиди металів", складовими компонентами якого є SiO2, Ві2О3, CdO, яке відрізняється тим, що додатково містить BaO, ZnO, MgO, В2О3, а інгредієнти узяті в наступному співвідношенні (%, мас):

Ві2О3

55,0-68,5

ВаО

2-15

ZnO

5,0-8,0

SiO2

8,0-10,5

В2О3

9,0-10,0

CdO

3,0-8,5

MgO

0,5-2,0.

Текст

Дивитися

Реферат: UA 103231 U UA 103231 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до галузі електронного матеріалознавства, зокрема до складу стекол, що використовуються як скляне зв'язуюче при виготовленні нанокомпозитів на базi систем "скло - оксиди металів", які можуть бути використані при виготовленні товстоплівкових елементів багаторівневих гібридних інтегральних схем і сонячних батарей, мікроелектронних сенсорів, люмінесцентних панелей, нагрівачів різного типу копіювальної техніки та лазерних принтерів. Скляне зв'язуюче, що пропонується, може застосовуватись в електронній, радіоелектронній, приладобудівній і інших галузях промисловості. Досягнутий рівень техніки в області, що розглядається, характеризується наступними прикладами. Відоме скло [Патент США № 3868334, кл. 252-520, опубл. 1975 p.], яке містить інгредієнти в наступних кількостях (%, мас.): PbO 55-75 SiO2 5-20 B2O3 5-20 MnO 2-10 ZnO 2-10 ZrO2 0-5. Недоліком відомого скла є висока температура початку розм'якшення >700 °C. Відомі нанокомпозиційні матеріали, які як скляне зв'язуючоге містять спеціальні стекла з групи (свинцево-боро-алюмо)-силікатних. Функціональну основу нанокомпозитів складають, як правило, оксидні з'єднання рутенію, срібла і паладію та ін. [Гребенкина В.Г., Доброер B.C., Панов Л.И., Тризна Ю.П. Толстопленочная микроэлектроника.- Киев: Наукова думка, 1983. - 248 с.]. Основні недоліки відомих скляних зв'язуючих: 1. Висока температура початку розм'якшення скла - 580-700 °C. 2. Наявність у складі скляного зв'язуючого токсичних сполук свинцю. 3. Низька відтворюваність електрофізичних параметрів (ЕФП) нанокомпозитів на основі "скло - оксиди металів". Відоме "Скло для товстоплівкових резисторів" (найближчий аналог) [Патент України № UA 12849, МПК С03С 14/00, МПК Н01С 17/06, 2006 p., Бюл. № 3], яке містить інгредієнти в наступних кількостях (%, мас): РbО 55-65 SiO2 20-30 Ві2О3 1-3 CdO 4-7 Аl2О3 5-10. Недоліки відомого скла. 1. Висока температура початку розм'якшення скляного зв'язуючого 580-600 °C, що підвищує витрати енергії на виготовлення нанокомпозитів в процесі їх відпалювання (температура відпалу 800-900 °C). 2. Наявність у складі скляного зв'язуючого для нанокомпозитів токсичних сполук свинцю. 3. Високий коефіцієнт лінійного термічного розширення (КЛТР). 4. Не призначено для роботи у високовольтній апаратурі з напругою 10-25 кВ. Задача, на вирішення якої спрямована корисна модель - це створення складу скляного зв'язуючого для нанокомпозитів на базі систем "скло - оксиди металів" з новим технічним ефектом, який полягає в: - зниженні температури початку розм'якшення скла; - зниженні температури відпалювання композиційних матеріалів на 100-200 °C за рахунок зменшення температури початку розм'якшення скляного зв'язуючого, що значно скорочує витрати енергії на їх виготовлення; - вилученні із складу скляного зв'язуючого токсичного матеріалу - свинцю; - зменшенні КЛТР; - підвищенні високовольтної стійкості композитів за рахунок збільшення питомого поверхневого опору скла. - підвищенні відтворюваності питомого поверхневого опору; Поставлена задача вирішується скляним зв'язуючим для нанокомпозитів на базі системи "скло - оксиди металів", складовими компонентами якого є SiO2, Ві2О3, CdO, яке, згідно з корисною моделлю, додатково містить BaO, ZnO, MgO, В2О3, а інгредієнти узяті в наступному співвідношенні (%, мас): 1 UA 103231 U 5 10 15 20 25 30 Ві2О3 55,0-68,5 ВаО 2,0-15,0 ZnO 5,0-8,0 SiO2 8,0-10,5 В2О3 9,0-10,0 CdO 3,0-8,5 MgO 0,5-2,0. Нанокомпозиційні елементи на базі "скло - оксиди металів" формуються шляхом відпалу паст, які є композиційною сумішшю високодисперсних порошків стеклозв'язки і функціонального матеріалу, що диспергують в спеціальних органічних зв'язках. Функціональну основу паст складають, як правило, оксидні з'єднання рутенію (RuO2, Bi2Ru2O7, Pb2Ru2O7-x), срібла і паладію і ін. В процесі відпалювання паст порошки скла оплавляються і спікаються в скляну матрицю, в якій фіксуються частки функціональної фази, утворюючи струмопровідні ланцюги. Тому комплекс електрофізичних властивостей композиційних елементів значною мірою обумовлений властивостями і складом скляного зв'язуючого (температура початку розм'якшення, КЛТР, питомий поверхневий опір, хімічна стійкість та ін.). Як основний склоутворюючий компонент скляного зв'язуючого замість оксиду свинцю вибрано оксид вісмуту, який надає можливість отримувати більш легкоплавкі стекла. Оптимальні склади стекол для нанокомпозитів було вибрано на підставі численних досліджень процесів склоутворення в системі SiO2-B2O3-Bi2O3-BaO-ZnO-CdO-MgO, кристалізаційних і фізико-хімічних властивостей стекол (КЛТР, температура початку розм'якшення, питомий поверхневий опір ρ, хімічна стійкість). Граничні значення концентрацій вихідних компонентів визначають область склоутворення в даній системі. Стекла мають низьку температуру розм'якшення порядку (400-450)°С, не схильні до кристалізації, технологічні у виготовленні. Виготовляється скло наступним чином. Зважені вихідні компоненти скла завантажують у фарфоровий тигель. Скло одержують шляхом плавлення шихти в полум'яній газовій печі. Поступово піднімають температуру до 900 °C і варять протягом години. Після варіння тигель виймають з печі і виливають скло у ємність з водою для одержання грануляту скла, який після просушування і попереднього подрібнення завантажується у планетарний млин і подрібнюється протягом 3-6 годин. Гранулометричний склад скла після помелу складає від 1 до 5 мкм. Для поліпшення відтворення електрофізичних параметрів нанокомпозитів скло методом центрифугування розділяється на фракції за однаковими розмірами частинок. Порівняння фізико-хімічних властивостей скляного зв'язуючого, що пропонується, і скла – найближчого аналога наведено в таблиці. Таблиця Технічні характеристики скла Температура варки, °C Температура початку розм'якшення, °C -1 КЛТР (L 20-300 град ) ρ, при 20 °C, Ом·см Гідролітичний клас 35 40 Скло, що пропонується 900 Скло – найближчий аналог 1200-1300 400-450 580-600 -7 60·10 -80·10 14 14 10 -5·10 II -7 -6 66·10 -70·10 13 10 II -6 Дослідження, що проведені в Міжвідомчому науково-навчальному фізико-технічному центрі Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова, підтвердили вирішення поставленої задачі. Перевагами скляного зв'язуючого є: - зниження температури відпалювання нанокомпозитів на 100-200 °C за рахунок зменшення температури початку розм'якшення скляного зв'язуючого, що значно скорочує енергетичні витрати на їх виготовлення; - вилучення із складу скла токсичного матеріалу - свинцю; - зменшення КЛТР; - підвищення відтворюваності ЕФП; 2 UA 103231 U 5 10 - значне збільшення питомого поверхневого опору, що надає можливість його використання при виготовленні нанокомпозиційних елементів для роботи в високовольтній апаратурі. Скло не кристалізується при термообробці в інтервалі температур 300-1000 °C. Отримані стекла мають високу водостійкість (II гідролітичний клас). Технологія виготовлення скла відносно до відомих складів характеризується зменшенням температури варки до 900 °C. Корисна модель вирішує проблему створення високоточних і високотехнологічних нанокомпозиційних елементів мікроелектроніки і комутаційних схем сонячної енергетики з одночасним зменшенням енергозатрат на виготовлення і підвищення екологічності виробництва та зменшення ціни продукції. Економічний і соціальний ефект при впровадженні корисної моделі полягає в поліпшенні електрофізичних параметрів нанокомпозитів, зниженні енергетичних витрат на операцію відпалювання, відсутності токсичних сполук свинцю при практично тій же вартості хімічних інгредієнтів, що й у найближчому аналогу. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Скляне зв'язуюче для нанокомпозитів на базі системи "скло-оксиди металів", складовими компонентами якого є SiO2, Ві2О3, CdO, яке відрізняється тим, що додатково містить BaO, ZnO, MgO, В2О3, а інгредієнти узяті в наступному співвідношенні (%, мас.): Ві2О3 55,0-68,5 ВаО 2-15 ZnO 5,0-8,0 SiO2 8,0-10,5 В2О3 9,0-10,0 CdO 3,0-8,5 MgO 0,5-2,0. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

The glass binder for nanocomposites based on system "glass-metal oxides"

Автори англійською

Lepih Jaroslav Illich, Lavrenova Tetyana Ivanivna

Назва патенту російською

Стеклянное связующее для нанокомпозитов на базе системы "стекло-оксиды металлов"

Автори російською

Лепих Ярослав Ильич, Лавренова Татьяна Ивановна

МПК / Мітки

МПК: B82Y 30/00, C03C 3/00

Мітки: системі, скляне, нанокомпозитів, скло-оксиди, металів, зв'язуюче, базі

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/5-103231-sklyane-zvyazuyuche-dlya-nanokompozitiv-na-bazi-sistemi-sklo-oksidi-metaliv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Скляне зв’язуюче для нанокомпозитів на базі системи “скло-оксиди металів”</a>

Подібні патенти