Файл: Соломоник И.Ш. Производство керамических деталей радиоаппаратуры.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 69
Скачиваний: 0
ТОМСКИЙ ИНСТИТУТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
иЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
и.ш. соломоник
ПРОИЗВОДСТВО КЕРАМИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ РАДИОАППАРАТУРЫ
ИЗДАТЕЛЬСТВО ТОМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Томск — 1973
Редактор — В. И. К у л и к о в
Индекс 3-4
П Р Е Д И С Л О В И Е
Настоящая книга составлена по материалам лекций, по священных производству керамических радиодеталей, прочи танных автором в период с 1962 по 1967 год в Томском инсти туте радиоэлектроники и электронной техники для студентов радиотехнического факультета.
В связи с тем, что по новым учебным планам, принятым в 1967 г., потребовалось значительно усилить подготовку моло дых специалистов по конструкторско-технологическому про филю, с 1967/68 учебного года введен новый технологический курс «Конструкционные материалы и их обработка».
Из-за малого опыта преподавания этой дисциплины на первое время представляется целесообразным создание серии учебных пособий по различным разделам нового курса и толь ко после апробации их в учебном процессе подготовить учеб
ник по всему курсу. |
|
Основная задача книги |
ознакомление студентов радио |
техников конструкторско-технологического профиля с общими принципами проектирования производства керамических из делий и выявление роли радиокерамики в современной радио электронной аппаратуре. Поэтому при подготовке пособия ав тор не ставил себе задачу рассмотреть во всем многообразии технические свойства керамических материалов, так как это является задачей специального курса «Радиоматериалы».
При подготовке книги были использованы издания отече ственной и зарубежной литературы по керамике, часть из ко торых является библиографической редкостью в учебных за ведениях г. Томска.
Книга снабжена справочными материалами, которые могут оказаться полезными как при выполнении курсовых и диплом ных работ, так и в практической деятельности конструкторов и технологов радиотехнической промышленности.
В В Е Д Е Н ИЕ
Из всех материалов, применяемых в радиотехническом производстве, керамика наилучшим образом обеспечивает раз нообразие физических параметров изделия и их устойчивость в самых сложных условиях эксплуатации. В зависимости от состава и режима обработки керамика может иметь свойства диэлектрика, полупроводника или проводника, магнитного или немагнитного материала. Как диэлектрик она может обладать малой, средней, большой и очень большой диэлектрической проницаемостью. Возможно получение керамических деталей с широким диапазоном магнитной проницаемости. По жела нию проектировщиков радиоаппаратуры можно изготовить де тали с требуемыми значениями температурных коэффициен тов линейного расширения, диэлектрической или магнитной проницаемости, а это позволяет решать задачи по сокращению (компенсации) температурной нестабильности других элемен тов изделия. В противоположность пластмассам керамика не обнаруживает остаточных деформаций, стойко переносит воз действие многих химически активных веществ, не набухает во влажной среде и не разрушается плесенью и грызунами, что весьма существенно при эксплуатации аппаратуры в тропи ках. Керамика поддается металлизации, что во многом решает проблему герметизации массовых узлов радиоаппаратуры: стабильных конденсаторов, индуктивностей, печатных и пле ночных схем. В последнее время начинается вытеснение доро гих пьезокварцевых элементов дешевыми керамическими де талями с искусственно созданным пьезоэффектом. Большие возможности открываются при использовании полупроводни ковых и нелинейных свойств некоторых видов керамики. Вот почему технический уровень современной радиоаппаратуры в значительной мере определяется степенью использования ке рамических материалов и в последнее десятилетие появилась потребность в создании новой отрасли промышленности—про мышленности радиокерамики, развитие которой базируется на достижениях специальных разделов физики и химии.
Большой вклад в развитие науки и производства радиоке рамики и радиоустройств на основе керамических масс внес ли советские ученые и конструкторы: Вул Б. М., Сканави Г. И., Богородицкий Н. П., Ржанов А. В., Фридберг И. Д., Будников П. П., Грибовский ГШ., Вербицкая Т. Н., Усов П. Г., Казарновский Д . М. и другие.
Г л а в а 1
СОСТАВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЕРАМИКИ
К е р а м и к а — к о н с т р у к ц и о н н ы й м а т е р и а л , по лучаемый спеканием однородной смеси неорганических ве ществ до образования монолитной структуры химически свя занных соединений или их твердого раствора.
§1. Фазовый состав керамики
Вкерамике принято различать кристаллическую, стекло
видную и газовую составляющие материала.
К р и с т а л л и ч е с к а я с о с т а в л я ю щ а я керамики, как правило, представляет собой совокупность кристаллов разного физико-химического состава. Она является сложной системой, характеризующейся большим разнообразием термодинамиче ских свойств. Следовательно, ряд физических параметров ке рамических деталей: диэлектрическая проницаемость и ее температурный коэффициент, объемное сопротивление, темпе ратурный коэффициент линейного расширения и т. д.— пре допределяются соответствующими свойствами кристалличе ской фазы керамического материала. Наибольшее значение в производстве деталей радиоаппаратуры получили системы кислородных соединений кремния, алюминия, титана, цирко ния, бария, железа. В таблице 1 — 1 приводятся некоторые из отмеченных соединений и указываются целесообразные обла сти их применения.
С т е к л о в и д н а я ф а з а керамики связывает прослойка ми стекла частицы кристаллической фазы. Количество стекло
видного вещества в керамике зависит от содержания |
глины |
и п л а в н е й — соединений, способствующих процессу |
образо |
вания твердых растворов. Стеклообразующие компоненты ке рамики ухудшают электрические показатели изделия, но об легчают технологические процессы их изготовления. В неко торых случаях стекловидная фаза керамики улучшает меха ническую прочность изделий. Большинство новых видов радио керамики для конденсаторов, пьезоэлементов, магнитопроводов содержит очень мало стеклообразующих материалов. Они
Системы
В а О - А 1 2 0 3 — S i O o Z r 0 2 - A l 2 0 3 — S i O a
Z r 0 2 — T i O a Mg2 TiC\—СаТіОз
CaZrOs—СаТЮз—CaSn03
ВаТіОз—SrTi03 —СаТіОз SrTiO a — Bi 2 0 3 - 3Ti0 3
Fe 2 0 3 - Ni O
Fe 3 0 3 - MgO
РЬТіОз—PbZr03 PbNb2 Oe —BaNb2 06
Т а б л и ц а 1—1
Области использования
Для изготовления установочных деталей Диэлектрическая проницаемость невысокая
Для изготовления высокочастотных конденсаторов
'Повышенная диэлектрическая проница емость
Высокая диэлектрическая проницаемость Для получения сегнетокерамики
Для изготовления ферритов (высокочастот ных магнитных цепей)
Для изготовления пьезоэлементов
вводятся только для улучшения механических и технологиче ских характеристик керамических заготовок и деталей.
Г а з о в а я ф а з а к е р а м и к и состоит из газообразных ве ществ, заполняющих закрытые поры керамических деталей. Пористость и газовые включения зависят от способа изготов ления заготовок. Они несколько снижают диэлектрическую проницаемость деталей, что благоприятно сказывается на уменьшении монтажных емкостей радиоустройств. Но при ра боте с высокими напряжениями возможна ионизация газов, рост диэлектрических потерь и, следовательно, уменьшение электрической прочности изделий. Газовая фаза керамики ухудшает механические характеристики деталей.
§ 2. Исходное керамическое сырье
Для приготовления керамических масс используются сырь евые компоненты, условно разделяемые на три группы: плас тичные, непластичные и плавни.
П л а с т и ч н ы е в и д ы с ы р ь я (глина, каолин, бентонит) вводятся для образования стекловидной фазы или в качестве пластифицирующих добавок, способствующих повышению тех нологичности оформляемых изделий. Эти материалы содер жат в основном мелкие частицы (около 1 мк). Крупные фрак ции пластичных материалов — это механическая примесь зе рен полевых шпатов, кварца и минералов, содержащих окис лы железа, углекислые и сернокислые соли, щелочи. Наибо лее вредными для изоляционной радиокерамики являются
окислы железа и щелочи, так как они создают ионную элект ропроводность диэлектрика и повышают потери. Примеси уг лекислых и сернокислых солей могут повысить пористость и, следовательно, хрупкость деталей. Глины, каолины и бенто ниты, входящие в радиокерамику, имеют химический состав, соответствующий данным таблицы 1—2.
Н е п л а с т и ч н ы е м а т е р и а л ы (тальк, глинозем, дву окиси титана и циркония, окислы бария, магния, стронция, олова, свинца), как правило, являются основными кристаллообразующими компонентами. Т а л ь к (3 MgO-4SiOa'Ha O или 4MgO -5Si02-H2 0) является наиболее распространенным ви дом природного сырья, применяющимся в производстве высо кочастотной стеатитовой радиокерамики. Он обладает низкой электропроводностью и малой абразивностью. При выборе месторождений талька необходимо учитывать количество при месей окислов железа, алюминия и кальция. Окись железа ухудшает электроизоляционные свойства керамики. Большое количество окислов алюминия увеличивает потери, а много окислов кальция ухудшает технологичность изделий, так как при этом уменьшается вязкость заготовок и сужается интер вал спекания стеатитовой массы.
В Советском Союзе для радиокерамики лучше всего ис пользовать тальки Онотского и Киргетийского месторождений. В некоторых случаях для изготовления особо качественной радиокерамики вместо природных материалов, содержащих вредные примеси, используют чистые продукты — окись маг ния или углекислый магний.
Г л и н о з е м о м называют кристаллическую порошкообраз ную окись алюминия — продукт химической переработки не пластичного сырья. Высокочастотная керамика из глинозема обладает высокой механической прочностью, термостойко стью и хорошими электроизоляционными свойствами. Глинозем выпускается алюминиевой промышленностью с содержанием А12 0з не менее 99%. Различают три модификации глинозема:
а-, Р", у-модификации. |
д л |
я |
производства |
радиотехнических |
|||
изделий |
лучше |
всего |
пользоваться |
а-модификацией — ко- |
|||
р у н д о м , обладающим |
самыми высокими электрическими ха |
||||||
рактеристиками. |
Перевод |
у _ |
м ° Д и Ф и к а Ц и и |
П Р И высокотемпе |
|||
ратурном |
обжиге |
(1500° С) |
в |
корунд |
сопровождается умень |
шением объема на 14,3%. Поэтому использование глинозема, содержащего не меньше 85% корунда, позволяет получить за
готовки деталей с малыми и достаточно стабильными |
коэффи |
циентами усадки. Д в у о к и с ь т и т а н а используется |
при из |
готовлении рутиловых керамических масс. Углекислый барий (ВаС0 3 ) и углекислый стронций (SrC03 ) применяются в мас сах, идущих на изготовление как конденсаторов с малой и большой диэлектрической проницаемостью, так и для устано вочной керамики. В природе в чистом виде бариевые и. строну
Наименование
сырья
Часовъярская |
48+52 |
Латненская |
46+52 |
Дружковская |
50+53 |
Соболевская |
48+55 |
Глуховецкий |
45+49 |
Просяновский |
45+47 |
Кыштымский |
44+49 |
Огланлинскнй |
65+67 |
Химический
А1,Оч
32+35
33+39
30+36
28+35
36+Є9
37+39
33+39
14+16
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1—2 |
|
состав, % |
|
|
|
|
|
|
MgO |
|
СаО |
|
|
не более |
|
|
|
Fe,0, |
|Na,0 + K 2 0 |
ТЮ., |
||
|
|
|
|
|||
0,4+0,8 |
0,5+0,8 |
1 |
3 |
1,5 |
||
0,1+0,8 |
0,4+ |
1 |
1 |
0,5 |
1,8 |
|
0,5+0,7 |
0,7+ |
1 |
1,5 |
3 |
1,6 |
|
0,3+ |
1 |
0,2+1,2 |
2 |
2 |
0,8 |
|
0,1+0,2 |
0,3+0,8 |
0,5 |
0,5 |
0,8 |
||
0,1+0,4 |
0,3+0,8 |
0,4 |
0,5 |
0,4 |
||
0,1+0,5 |
1 + |
1,7 |
0,6 |
0,8 |
1 |
|
2 + |
З |
1,5+ |
2 |
1,5 |
|
0,3 |