Properties and Structural Characteristics of Glasses in the SrO–BaO–Al2O3–B2O3–SiO2 System for Dielectric Composite Materials
Loading...
Date
2024
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Ukrainian State University of Chemical Technology, Dnipro
Abstract
ENG: Ceramic materials synthesized within alkali-free aluminosilicate systems are widely used as dielectrics in microelectronics, radio engineering, aviation, and rocket technologies. The addition of glass binders to these ceramic compositions significantly reduces the sintering temperature by promoting liquid phase formation at lower temperatures. This study investigates the effect of substituting SrO with BaO on the properties and structural characteristics of glasses in the SrO–BaO–Al2O3–B2O3–SiO2 system. It is found that replacing up to 20 mol.% of SrO with BaO enhances the glass-forming ability and promotes the formation of monoclinic strontium anorthite during crystallization. Additionally, strontium anorthite forms a solid substitutional solution with celsian due to the close ionic radii of Sr2+ and Ba2+ ions. This similarity in ionic size and charge ensures that the basic structural units of the glass network remain unchanged. Moreover, increasing the BaO content to 20 mol.% reduces the coefficient of thermal expansion of the glass from 78⋅10–7 оС-1 to 71⋅10–7 оС-1, while slightly increasing the density from 3.20 g/cm3 to 3.34 g/cm3. The volumetric electrical resistance at 300 оС ranges between 1010.7 and 1011.6 ohm⋅cm, demonstrating the excellent insulating properties of these experimental glasses. The properties of the investigated glasses allow considering them as components of dielectric composite materials that can significantly intensify sintering processes.
UKR: Як діелектрики для мікроелектроніки, радіотехніки, а також авіаційних та ракетних технологій широко використовують керамічні матеріали, синтезовані в безлужних алюмосилікатних системах. Введення до складу керамічних матеріалів склозв’язок сприятиме утворенню рідкої фази в системі при нижчих температурах і, як наслідок, зниженню температури спікання. Дане дослідження вивчає вплив заміни SrO на BaO на властивості та структурні особливості стекол в системі SrO-BaO-Al2O3-B2O3-SiO2. Встановлено, що заміна SrO на BaO в кількості до 20 мол.% підвищує склоутворення і сприяє формуванню моноклінного стронцієвого анортиту в процесі їх кристалізації. Крім того, стронцієвий анортит утворює твердий розчин заміщення з цельзіаном завдяки близьким іонним радіусам іонів Sr2+ і Ba2+. Ця схожість в іонному розмірі та заряді забеспечує збереження основних структурних одиниць сітки скла. Більше того, збільшення вмісту BaO до 20 мол.% знижує температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) скла з 78⋅10-7 оС-1 до 71⋅10-7 оС-1, одночасно трохи підвищуючи густину з 3,20 г/см3 до 3,34 г/см3. Значення об'ємного електричного опору при 300 оС коливається в межах 1010,7-1011,6 Ом⋅см, демонструючи відмінні ізоляційні властивості дослідних стекол. Властивості досліджених стекол дозволяють розглядати їх як компоненти композиційних матеріалів діелектричного призначення, які можуть значно інтенсифікувати процеси спікання.
UKR: Як діелектрики для мікроелектроніки, радіотехніки, а також авіаційних та ракетних технологій широко використовують керамічні матеріали, синтезовані в безлужних алюмосилікатних системах. Введення до складу керамічних матеріалів склозв’язок сприятиме утворенню рідкої фази в системі при нижчих температурах і, як наслідок, зниженню температури спікання. Дане дослідження вивчає вплив заміни SrO на BaO на властивості та структурні особливості стекол в системі SrO-BaO-Al2O3-B2O3-SiO2. Встановлено, що заміна SrO на BaO в кількості до 20 мол.% підвищує склоутворення і сприяє формуванню моноклінного стронцієвого анортиту в процесі їх кристалізації. Крім того, стронцієвий анортит утворює твердий розчин заміщення з цельзіаном завдяки близьким іонним радіусам іонів Sr2+ і Ba2+. Ця схожість в іонному розмірі та заряді забеспечує збереження основних структурних одиниць сітки скла. Більше того, збільшення вмісту BaO до 20 мол.% знижує температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) скла з 78⋅10-7 оС-1 до 71⋅10-7 оС-1, одночасно трохи підвищуючи густину з 3,20 г/см3 до 3,34 г/см3. Значення об'ємного електричного опору при 300 оС коливається в межах 1010,7-1011,6 Ом⋅см, демонструючи відмінні ізоляційні властивості дослідних стекол. Властивості досліджених стекол дозволяють розглядати їх як компоненти композиційних матеріалів діелектричного призначення, які можуть значно інтенсифікувати процеси спікання.
Description
O. Zaichuk: ORCID 0000-0001-5209-7498
Keywords
eutectic glass, strontium anorthite, thermal properties, dielectric, phase composition, structural features, евтектичне скло, стронцієвий анортит, термічні властивості, діелектрик, фазовий склад, структурні особливості
Citation
Amelina O. A., Zaichuk O. V., Hordeieiv Y. S., Filonenko D. V., Kalishenko Y. R. Properties and Structural Characteristics of Glasses in the SrO–BaO–Al2O3–B2O3–SiO2 System for Dielectric Composite Materials. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii. 2024. No. 6. P. 47–54. DOI: http://dx.doi.org/10.32434/0321-4095-2024-157-6-47-54.