Способ получения заготовок изделий из оксидной керамики

 

СОЮЗ СОВЕ1СКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 04 В 35/00

ГфСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ в» (Г

ДОМСТВО СССР

СПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ,00

ted { о

ЬЗ ч ф.

1 (2 ) 4820984/33 (2 ) 05.03.90 (4 ) 30,08.93. Бюл.№ 32 (7 ) Институт механики металлополимерных систем,АН БССР (7») П.С.Пинчук, С.В.Безруков, IO.È.Воронежцев, Е.А.Мышакова, Н,А.Бобровников и

В..Рябиков (7 ) С.В,Безруков (5 ) .1. Заявка Японии N 58-20775, кл1 С 04 В 35/00. 1983.

2. Заявка Франции N 2488880, кл С 04 В 35/64, 1982., 3, Заявка Японии № 57-56375, кл1 С 04 В 35/00, 1982.

; 4. Патент Японии ¹ 57-24601, кл, Н 01 В 3/12, 1982., 5. Заявка Японии N 60-42268, кл С 04 В 35/00, 1985. (5 ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗД ЛИЙ ИЗ ОКСИДНОЙ КЕРАМИКИ (5 ) Назначение: изобретение относится к технологии получения изделий из оксидной

Изобретение относится к технологии подучения изделий из оксидной керамики.

Оно может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности, при прризводстве деталей радиоэлектронной аппаратуры.. Целью изобретения является улучшениф технологических свойств композиции, поВышение деформационно-прочностных характеристик заготовок.

„, . Ж„, 1838274 А3 керамики и может быть использовано в машиностроении, в частности, при производстве деталей радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: состоит в оптимизации выбора связующего в соответствии с физико-химическими характеристиками оксидного порошка, При выборе связующего используют безразмерный критерий. В него входят мольная доля и электроотрицательность катионов каждого оксида в керамике, мольная доля каждого полимера в связующем и дипольный момент элементарного звена каждого полимера.

Смещение оксидного порошка и раствора полимерного связующего проводят при вязкости раствора 0,5-2,0 Па с, Полуфабрикат в виде ленты или листа, выполненный из композиции по предложенной технологии, обладает повышенной гибкостью и деформационно-прочностными характеристиками, а изделия иэ него- высокой прочностью, 7 ТФю

Цель достигается тем, что в известном способе приготовления композиции для получения полуфабрикатов керамических изделий, заключающемся.в смешении оксидных

- порошков, полимерного связующего, растворителя и пластификатора, компоненты порошков и.связующего выбирают таким образом, чтобы выполнялось условие ехр В 1 - В2 — 0,970 — 1 < 0,250, 1 -!и В>

1838274

i =а )=В где B1 K1 Х ni(xp xi), Вг-Ку. Х mj èl, . 1=1 1 =1 а — количество различных оксидов в керамике, ni — мольная доля каждого оксида в керамике, xp — 9,99 э  — зле ктроотрицательность кислорода, 10

xi — электроотрицательность катиона, входящего в оксид, эВ, К1- 0,317 1/ЭВ,  — количество полимеров в связующем, m1 —. мольная доля каждого полимера в

15 связующем; ,и1 — дипольный момент элементарного звена полимера, D, К2-1/О, а смешение порошков и раствора полимерного связующего проводят при вязкости раствора 0,5-2,0 МПа с.

Сущность изобретения состоит в определении критерия выбора компонентов по степени физико-химического взаимодействия и оптимальной технологии их соединения в композицию.

Приведем примеры осуществления способа.

Изготавливают полуфабрикат корпусов микросхем в виде ленты сечением 68х1,0 мм, В качестве материалов используют по30 рошки -керамики марки BK 04-1 (1а ЯО, 027002 TY), стеклокерамики ПГБ.-16 (ПБАО, 027002 TY) и электровакуумного стекла C

52-1 (ОСТ 11.027.050.80, ТХО. 027.069 TY), составы которых приведены в табл.1. .. В качестве связующих использовали поливинилхлорид еуспензионный марки

C63 M (ГОСТ 14332-78E), каучук СКН-40 (ГОСТ 77838-79) и дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ-30 (ТУ 38-103267-80) 40

Растворителем служил хлористый метилен, . пластификатором — диоктилфталат (ДОФ), ГОСТ 8728-77.

В состав композиции входили (%, мас): полимерный материал — 7, ДОФ вЂ”.8, керами50

55 ческий порошок — 85, а также хлористый метилен в количестве 10-50 мл на 1 r полимерного материала,.достаточном, чтобы полностью растворить навеску полимера.

Композиции готовили следующим обра зом. Полимерный материал растворяли в хлористом метилене при температуре 50 С близкой к температуре кипения. Продолжая смешение, в раствор добавляли пластификатор, затем — керамический порошок. Контрольным технологическим параметрам, определяющим качество композиций, служила вязкость раствора полимера, содержащего пластификатор, с которым смешивали керамический порошок.

Динамическую вязкость определяли по ГОСТ 25276-82 с помощью прибора

"Реостет-2" и регулировали, изменяя количество растворителя. Для получения композиций использовали продукты вязкости, представленной в табл,2.

Затем смесь сушили при 70 С в термошкафу до удаления растворителя. Полученную массу дробили с помощью лопастного измельчителя. Окончательно пооошок высушивали в вакуумной печи (10 Па, 70ОC).

После этого его загружали в экструдер и перерабатывали в ленту, Режимы экстру- зии, оптимизированные по критериям стабильности размеров поперечного сечения и шероховатости поверхности ленты, приведены в табл.3..

По способу-прототипу образцы готовили следующим образом. Стирол (ТУ 6 — 09—

11-2034-87) и 15%-ный водный раствор полиэтиленгликоля марки "карбовакс" (плотность р = 1160 кг/м показатель преломления np = 1,462, относительная молекулярная масса Мг = 12 — 20 тыс.), взятые в соотношении 1:1, перемешивали до образования однородной эмульсии. В нее вносили перекись водорода (х.ч.ГОСТ 10920-76) и бромид железа ll (ч.ТУ 6-09 — 02-218-77) в количестве, соответственно, 0,5% и 0,02% от массы стирола и перемешивали 4 ч при комнатной температуре. 15% мас. полученного продукта смешивали с 85% мас. керамического порошка и перерабатывали в ленту с помощью шнекового агрегата.

Заготовки деталей корпуса, вырубленные из ленты, в засыпке из оксида магния загружали в печь. Выжигание связующих проводили при скорости нагревания 4 град/мин в режиме ступенчатого нагрева с остановками подъема температуры при

180 С выдержка (30 мин, 330 — 350 С) 40 — 60 мин и 500ОС (20 мин). Затем при той же скорости нагревания .достигали температуры спекания: для ПГБ — 16-800 — 850 С, BK-94-1500 С, С52-1-750 — 800 С с выдержкой при этих температурах в течение 1 ч.

Охлаждение заготовок происходило со скоростью 20-50 град/мин.

Ленту испытывали на растяжение по

ГОСТ 14236-81 с помощью разрывной машины модели 2038Р-005-1Р-20, определяя разрушающее напряжение о и относительное удлинение при разрыве е . Гибкость ленты определяли по ГОСТ 6806-73, изгибая ее вокруг круглых стержней и регистрируя минимальный диаметр d стержня, при изгибании вокруг которого на ленте не проявляются трещины, При хранении в комнатных условиях (15 сут) регистрировали

1838274 из иенение массы Ь m ленты по ГОСТ

14Р26-81. Детали корпуса после спекания испыты али на изгиб сосредоточенной нагруз- . ко по ГОСТ 473 — 8,81 при расстоянии 5 между опорами 6 мм и скорости нагружения

2 мм/мин. Исходные данные для расчета параметра А приведены в табл.4 и 5.

) Расчет параметра В1 для керамических 10 ма риалов. используемых в качестве поли epos, выполняли следующим образом:

)=a, l ПГБ-16: В> 0,317 Х й)(9,99 — х))

0 317(0.597(9.99- 7,69) + 0,372 х (9,99- 2,96)+

+ ),03019,99 — 4.69)) 1,316. (ВК 94 — 1+ Bi 0,317(0.040(9,99 — 7,69)+

+04904(9.99 — 5.70) + 0,00tx(9,99 — 2 80) +

+01)6(9 99 3 32) + 0 047(9 99 4 16) 1 366 20

В примерах использовали полимерные ма ериалы. не являющиеся смесями, поэтому

1=В для С63 М Вг = К2 Z )т)) pj, 1,0.411j =1

0,411 для СКН-40 Bz = 1,0206= 0,206 для ДСТ-30 В2 = 1,0022 0,22

; Для срособа-прототипа соотношение по истирола и полиэтиленгликоля в связую- 30 ще: t:0,15 по массе, что соответствует мо, ьным долям 0,74 и 0,26. Тогда, Bg = 0,74,0.022 + 0,26.0.42 = 0,125

Ниже приведен расчет параметра А для технологических вариантов, взятых в качестве примеров, в том числе, для прототипа.

ПГБ-16 + С63М,А

1 — In Bi ех t;316 — 0,411 — 0,970 — 1

1 — Ь 1.316

В табл.бданы значения параметра А для все примеров и соответствующие им характеристики полуфабрикатов в виде ленты.

Видно, что лучшим комплексом технолог ческиххарактеристикобладаютленты в 5 пр мерах 1, 2, 5, 11 и 12. Неудовлетворител ные параметры прочности. деформа-:

"ти ности и коллоидной стабильности зар гистрированы в остальных примерах.

Ле та д на связующем по способу-прототип, имеет удовлетворительные характеристики при наполнении порошком

С5 -1 (пример 12) и. очень низкие — при наполнении ПГБ-16 и В К 94-1 (примеры 4 и 8);.

Для лучших примеров (1, 2, 5, 11, 12) значения А < 250, для остальных — А > 0,250.

Плохие характеристики ленты в примерах 4 и 8 свидетельствуют об ограниченной области применения способа-прототипа, в описании которого нет ограничений, касающихся свойств керамического порошка. Удовлетворительные характеристики ленты в примере 12 подтверждают наличие в настоящем .изобретении универсальной закономерности, которая позволяет определить области оптимального применения как прототипа, так и других технологий изготовления полимер-керамических композиций для полуфабрикатов.

Оценивали влияние вязкости полимерного состава с которым смешивали керамический порошок, на прочность иэделий.

Иэделия в примерах 1,5-11 формировали при значениях вязкости полимерного раствора, которые соответствовали пяти составам, приведенным в табл.2. В табл.7, даны значения разрушающего напряжения при изгибе и изделий иэ этих составов в сравнении с изделиями, полученными по лучшему варианту способа-прототиг)а (пример 12).

Анализ показывает, что наибольшей прочностью обладает образцы составов 2-4, которые получены смешением керамического порошка и полимерного раствора вязкостью 0,5-2,0 Па с, Это обусловлено оптимальным распределением частиц порошка в обьеме образца при использовании растворов указанной вязкости, Уменьшение вязкости ниже укаэанного предела приводит к расслоению смеси, увеличение — ухудшает смешение и приводит к расслоению смеси, увеличение — ухудшает смещение и приводит к неравномерному распределению частиц керамики. Образцы иэ стекла

С52-1, соответствующие примеру 11, превосходят по прочности образцы, иэ того же материала, полученные способом-прототипом (пример 12).

Заявителю и авторам не известны методы приготовления композиций на основе полимерных материалов и керамических порошков для получения полуфабрикатов в виде гибких лент и листов, согласно которым связующие для керамических порошков выбирали по степени физико-химического вэа. имодействия компонентов, а их смешение.

Формула изобретения

Способ получения заготовок иэделий иэ оксидной керамики методом экструзии, включающий приготовление связующего в виде раствора карбоцепного термопластичного полимера, смешение его с порошком оксидной керамики. экструзию полученной композиции и последующу о сушку загото1838274 8 где АТаблица 1

Таблица 2

Таблица 3

20 вок, отличающийся тем. что, с целью улучшения технологических свойств композиций, повышения деформационнопрочностных характеристик заготовок, компоненты порошков и связующего выбирают исходя из неравенства А < 0,250, 1-1п В1

l =e где В1 К Z lit(xo -x(), 1=1

i=e

Вт- К Х mj p

J =1 а — количество различных оксидов в керамике; п — молярная доля каждого оксида в керамике; хо - 9,99 э — электроотрицательность кислорода;

5 х — электроотрицательность катиона, входящего в оксид, эВ;

K> - 0,317 1/эВ;

 — количество полимеров в связующем;

m - ìîëÿðíàÿ доля каждого полимера в

10 связующем; р - дипольный момент элементарного звена полимера, О, Кг -1/D, а смешение порошков и раствора полимер ного связующего в растворителе и пласти15 фикаторе проводят при вязкости раствора

0,5-2,0 Па с.

1838274

cr, МПа

d 1 М

hh примеров

0.003

0,207

0,528

350-390

280-320

250-280 I

3

4

0,30-0,32

0,25-0,28

0,12-0,14

O,341

0,023

0,336

0,656

1-2

1-2

2-3

4-6

160- 190

350-380

«0-160

260-320

16

12

0,14-0,15

0,31-0,33

0,16-0,19

0,11-0,13

6

0,450

0.460

0,376

0,012

1-2

3-5

2-3

0-1

15-1

15

160-200

280-310

150- 70

420-480

0,12-0, 15

0,16-0,19

0,15-0,17

0,20-0,33

11

0.096

Технологические варианты

БГБ-16+C63M

ПГБ-16+СКН-40

П ГБ-16+ДСТ-30

П ГБ-16+связующее по прототипу

ВК94-1-С63М

В К94-1+С КН-40

8 К94-1+ДСТ-30

В К94-1+связующее по прототипу

С52-1+С63М

С52-1+ С К Н-40

С52-1+Д СТ-30

С52-1+связующее по прототипу

0,29-0,31 280-320

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

1838274

Таблица 7

Составитель Н. Соболева

Техред М.Моргентал Корректор Л. Ливринц

Редактор А. Ходакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 2898, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб„4/5