Шихта для изготовления вакуумно-плотной керамики

 

Сеоз Советаимк

Соцмвлмстмчесимк

Рас убпми

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДГТЕЛЬСТВУ (61) Лополнительное к авт. свид-ву— (22} Заявлено 301276 (21) 2434898/29-33 с присоединением заявки Я,— (23) Приоритет«i, 652146 (51) М. Кл.

С 04 В 35/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 666.768 (088. 8) Опубликовано 150379.Бюллетень Ж 10

Лата опубликования описания 150379 (72) Авторы изобретения

В.А.Везлепкин и С.Я.Гордеев

\ (71) Заявитель (54) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАКУУМНОПЛОТНОй. кеРАмики

Изобретение относится к области материалов для электронной техники, а именно керамики, используемой при изготовлении деталей СВЧ приборов.

В электронной промышленности применяют вакуумноплотную керамику,содержащую более 90% окиси алюминия, служащую для изготовления керамических подложек, плоских корпусов, микромодулей, конструкционных и иэоляторных элементов.

Известны керамические массы для производства алюмооксидной керамики на основе микропорошков окиси алюми-. ния и различных органических связок, температура спекания которых лежит в пределах 1750-1900 С (1), Для снижения температуры спекания керамики, повышения ее плотности и уменьшения зернистости, а также раэме- вО ров и количества внутри-и междуэерновых пор окись алюминия импрегнируют добавками окиси лития, магния, кальция, стронция, цинка, кадмия, иттрия, лантана, церия, ниобия,.тантала или же их комбинациями (2) и Щ .

Иэ известных керамических масс, используемых при изготовлении высокоплотной алюмооксидной керамики, по составу ингредиентов наиболее близка к предложенному изобретению керамическая шихта на основе глубокопрокаленного низкощелочного глинозема (ЛГМК) (4), содержащая компоненты в следующих крличествах вес. t:

Пресс-порошок JII MK 90

Связка ПВС . 10 (5) °

Керамика на основе глубокопрокаленного ниэкощелочного глинозема, легированного окисью магния, имеет температуру спекания в вакууме при разрежении 10 -10 мм рт.ст. не ниже 1750 С, объемную массу — 3,973,98 г/см . Предел прочности при изгибе — 3000-3340 кгс/сма.

Использование в керамической массе выгорающих органических связок, например, водного раствора поливинилового спирта (ПВС) не позволяет снизить температуру обжига корундовой керамики ниже 1750 С, и это не дает возможности устранить рекристаллиэацию зерен глинозема, снизить шероховатость поверхности керамических изделий, уменьшить внутри- и междузерновую пористость.

Цель настоящего изобретения — снижение температуры спекания при сохранении плотности и повышение класса чистоты обработки поверхности.

65214

Поставленная цель достигается тем, что шихта, включающая глинозем легированный глубокопрокаленный,малощелочной и связку, содержит в качестве последней водный раствор оксисоли алюминия и соли магния при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Глинозем легированный 93-9)

Водный раствор оксисоли алюминия и соли магния 5-7, причем водный .раствор содержит 200

50 г/л оксисоли алюминия (в пересчете10 на окись алюминия) и 0,1-0,3% соли магния (в пересчете на окись магния) по отношению к окиси алюминия.

В качестве солей алюминия он содержит оксисоль.типа AI (ОН)„ ° Н -шН О,, где R — CI или NO>,а и 6 ц m (4 v соль MgQZ б Н>О или Мц50<) б НИО.

Из шихты Формуют методом прессования при удельном давлении 1400

100 кгс/см иэделия, которые сушат,@ и обжигают (сначала на воздухе при

1050 1 50 С, а затем в вакууме при о температуре 1600 25 С и разрежении не ниже 10 мм рт.ст.).

Введение в керамическую массу предложенного состава алюминатной связки позволяет получить высокоплотную алюмобксидную керамику, содержащую 99,7 вес.Ъ А1 О и 0,3 вес.Ъ

MgO.

Йспользование в керамической мас- 30 ce наполнйтеля и связки,легированных окисью магния, способствует не только снижению температуры спекания, но и ингибирует процесс рекристаллизации зеРен корунда во время обжига, что уменьшает внутри- и междузернавую пористость, приводит к образованию равномерной мелкокристаллической структуры, улучшает полируемость керамики и сужает границы 40 разброса абсолютных значений механических, тепло-и электрофизических параметров.

Пример 1.

Для получения высокоплотной алюмооксидной керамики готовят две смеси 45 ингредиентов керамической массы, содержащие каждая (в вес.Ъ) микропорошок ЛГИК с удельной поверхностью зерен 8520 см /г — 94 и алюминатную связку - б,отличающиеся одна от дру- 60 гой химической природой кислотного радикала алюминатной связки. В первой смеси -связкой служит водный раствор оксихлорида алюминия Alp (ОН)з Cl, модифицированный солыд MgCl б Н О во второй — оксинитрата алюминия

Alq(ОН) NO>c добавкой Mg(NOg)j. 6 НрО, В обоих случаЯх концентрация окислов алюминия и магния равнялась соответственно 200 г/л и 0,602 г/л.

470 г микропорошка ЛГМК и 30 г алюминатной связки после перемешивайия в корундовой ступке протирают через капроновую сетку 9 9 два раза и У 19 — три раза. Из полученной шихты формуют образцы, например,в

1 б 4 виде штабиков Размером 100xlOx10 мм и дисков размером d 20х3 мм посредством двухступенчатого прессования на гидравлическом прессе при удельной нагрузке на первой ступени

500 кгс/смз и 1400 кгс/cM — на второй ступени и выдержкой под нагрузкой на этих ступенях по 10 сек °

Отформованные образцы после 24-часовой сушки на воздухе подвергают предварительному обжигу в электропечи с карборундовыми нагревателями при температуре 1050+50C в течение

14 час, а затем в вакуумной электропечи с молибденовым нагревателем при разрежении 10 мм рт.ст., темперагуре 1620 + 25 С и продолжительности выдержки 4 час.

Основные механические, тепло- и электрофизические характеристики полученной алюмооксидной керамики Ри разном соотношении наполнитель: связка приведены в таблице.

Пример 2.

По методике и из ингредиентов, приведенных в примере 1, исследовали керамические массы, отличающиеся одна от другой степенью основности гидрооксикислотных соединений алюминия, являющихся основой связок.

При этом Отношение Al ; R брали в пределах от 0,5 до 1,5. Оказалось, что изменение степени ocHoBHQLTH алюминатной связки в этих пределах сказывается только на механической прочности высушенных образцов (с увеличением основности соли — механическая прочность уменьшается), свойства же образцов после окончательного обжига практически идентичны таковым для образцов, изготовленных на алюминатных связках, указанных в примере 1.

Применение алюминатной связки дает возможность на 150 С снизить темперао туру спекания керамики (1600 С вместо

1750 С для известной массы), уменьшить эффект рекристаллизации зерен корунда,приблизить дифференциацию размеров крупных (16-27 мкм) и мелких (3-9 мкм) зерен глинозема, имеющих гексагональную форму, к оптимальному значению и, учитывая равномерность распределения их, а также незначительное количество (0,5-2,5Ъ) и малый размер пор (1-3 мкм), улучшить полируемость поверхности изделий с класса чистоты 12-13 до класса чистоты 13-14.

Следует отметить стабильную воспроизводимость диэлектрических характеристик керамики, особенно величины диэлектрической проницаемости, разброс значений которой на порядок меньше, чем у известной керамики.

Последнее обстоятельство в сочетании с хорошей полируемостью особенно важно с позиций изготовления керами- ческих подложек для тонкопленочных схем.

652146

О

% о

+1

Ю

Ch

»

РЪ Ф ь ъ

Ю

+1

Ch

»

ЦЪ

0Ъ

»

Ф 1

Ю Ч

Ю о (Ч

+I о ь о

< Ъ

CO л

1Ч

I» сГЪ

1 иЪ 4

Ю

% о

+1 л

Ch

»

Г 3 ° (Ъ

Ю

l1 о

-Н

Ch

»

ОЪ

CO

М л е

1 " 1

ELI Ul с ь

СЧ

+1 ь о ь

<"Ъ о

+1 л

»

Г Ъ

С Ъ ь

»

Ю

+I

Ch

»

Ch

» ю1

» ь о н ь

Ю (Ъ

° 5 Ul

М

CO

I (Ч

CV

» о

+I

ОЪ

»

ОЪ

Ф" 4 о

» о

+1 EO

Ch

»

Р Ъ

СЪЪ

° «4

Р.Ф о о ь

°

Ul

Ю

° Ф

РЪ о с о

11 л

Ch

РЪ (3 о

» ь н

ОЪ

Ъ

Ю

Ul

Ю о

-Н о

D (Ч

РЪ

1 » л

I (Ъ л

Ю

Ul

У I о Ф

Ch .

Р4

1 м.

Ю

» о

-Н

Ch

»

РЪ 3

Ю с

Ю

+I

ОЪ

»

Ch е о

» Ul о о о о

41 о о 4

РЪ с

Э х х

Ф о

Ц

4 с

ltf о о ф

Е п5 о

Ц о х о

И х а

И Ф

lO х х н о в ох х

0 И оо а х хо

Фсе

4VX

Эхо цн

ФФО ан4

Q Х

I о» аи ха

Ю х (ч

Ф х л оЭ и аоЭ ог

Х

Ф Эв

4 63о и 1 ч х х I с хм

1 н

М

Э Ч4

1»»

А чаи

Эа ю но

4 On

4И!

:ь &

Х

ox х х о

Э 04

4 Ф хна Ф

ltd L o tie

Еа а е 1.) В о

1 CV IC о э

BIO

ФЕ» И н — u нй

Фох. хо х

Ц еои р да в ое оаэи

1 1 о.о

Э 4

$6 ак

Ф и их а в

5 Ф.ха e еои д) 40 о о

34х < I

Е о

М э о х

ЭЭт

О 4oъ х Р3

Ф н ю ао—

О 4е ои

Ф v

0 go м н-

Х

ЭФМ

652

Формула изобретения

Составитель Н.Соболева

ТехредЭ,Чужик КоРРектоР О.Билак

Редактор В.ТРУхин

Эаказ 972/23 Тираж 701 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4

1. Шихта для изготовления вакуум ноплотной керамики íà основе окиси алюминия, включающая глинозем легированный глубокопрокаленный малощелочной и, связку, отличающаяся тем, что, с целью снижения температуры спекания при сохранении высокой плотности, повышения класса чистоты обработки поверхности, она содержит в качестве связки водный раствор 50 оксисоли алюминия и соли магния при следующем соотношении компонентов, вес.В:

Глинозем легированный 93-95

Водный раствор окси- 55 соли алюминия и соли магния 5-7

2. Шихта по п.l, о т л и ч а ющ а я с я тем, что водный раствор содержит 200+50 г/л оксисоли алюминия (в пересчете на окись алюминия) и 0,10,3% соли магния (в пересчете на окись магния) по отношению к окиси алюминия.

3. Шихта по пп.1 и 2 о т л и ч а ющ а я с я тем, что водный раствор

146 8 содержит оксисоль типа Al (ОН)я ° Rq-ë. пЯ О,где 8 — - Cl или ИО, à и 6 и m < 4, соль MgClg 6 НзО или

Mg (NOg )g 6 HpO °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Химическая технология керамики и огнеупоров. Учебник под общ.ред.

П.П.Будникова и Д.Н.Полубояринова, М., Иэд-во лит-ры по стр-ву, 1972, с.310-315

2. Балкевич В.Л. Техническая керамика, М, Изд-во лит-ры по стр-ву, 1968, с.94-102.

3. Усов П.Г., Шильцина А.Д., Верещагин В.И, Спекание и структура алюмо оксидной керамики с различными микродобавками. Электронная техника, сер. Материалы, 1974, вып.5..

4. ТУ-48-5-88-74

5. Фирсов B.M. и.др. Применение глубокопрокаленного ниэкощелочного глинозема для изготовления плотной корундовой керамики. . Электронная техника, сер. Материалы, 1974, вып.ll, с.70-75.