Файл: Бушминский, И. П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства учеб. пособие.pdf

Колебание плотности тока (0,2—0,5 а/дм2) при галь­ ваническом серебрении из цианистых электролитов и их температуры (18—-35° С) незначительно влияет на удель­ ное сопротивление получаемых осадков.

При серебрении длинных волноводных трактов, для того чтобы обеспечить равномерность толщины покры­ тия на внутренней поверхности, используется принуди­ тельная циркуляция электролита сквозь волновод. При этом целесообразно периодически изменять направление

движения электролита. Однако при серебрении с прину­ дительной прокачкой электролита толщина покрытия по длине волновода неравномерна и качество его неодина­ ково. Так, для волноводов сечением 7,2 X 3,4, длиной 500 мм с одним изгибом при толщине покрытия у тор­ цов 16—18 мкм в середине эта толщина составила 5—6 мкм при рыхлой и пористой структуре. В результа­ те при такой технологии покрытия приходится увеличи­ вать его толщину на краях волновода, чтобы в середине получить покрытие желаемой толщины. Это значительно удлиняет технологический процесс изготовления волново­ дов и повышает их стоимость.

Хорошие результаты дает применение внутренних анодов (рис. 2.20), в качестве которых используются серебряная проволока диаметром не менее 0,8 мм. До­ полнительный анод протягивается через волновод. На один из фланцев надевается заглушка со штуцером, позволяющим присоединить резиновый шланг насоса,

146

прокачивающего электролит. Другой фланец погружает­ ся в электролит. Корпус волновода соединяется с катод­ ной штангой, а дополнительный анод — с анодной. Этим способом можно покрыть волноводы сечением не менее 7,2 X 3,4. При меньших размерах поперечного сечения серебряные покрытия получают химическим осаждением.

Для этого используют автокаталитическое осаждение серебра из цианистого раствора при иоино-адсорбцион- иой подготовке поверхности. Катализатором процесса служит латунь стенок волноводного корпуса.

Технологический процесс состоит в следующем. Пред­ варительно корпус обезжиривают в бензине и обрабаты­ вают при температуре 18—20° С в течение 5—10 сек в растворе следующего состава (г/л):

Затем корпус декапируют в 5—7%-ном растворе циани­ стого калия при 18—20° С в течение 5—7 мин и серебрят при температуре 18—20° С в течение 2 ч в растворе сле­ дующего состава (в пересчете на металл), г/л:

При этом получается осадок серебра толщиной 5—7 мкм на всей поверхности волноводного корпуса. Процесс ве­ дется при циркуляции электролита через канал волново­ да. Серебреный узел пассивируется в 1%-ном растворе бихромата калия.

Измерения, проведенные для серебреных латунных волноводов, показали, что величина затухания для них на К = 3 см на 34% выше расчетной. Различие между теоретической и расчетной величинами затухания объяс­ няется прежде всего пористостью и шероховатостью по­ крытия. Его можно уменьшить при использовании несим­ метрично выпрямленного тока или реверсирования тока, дающего более плотные и блестящие покрытия (рис. 2.21). Интенсифицировать процесс серебрения мож­ но применением ультразвука. В связи с этим исключает­ ся предварительная операция амальгамирования, рабо­ чие плотности тока могут быть повышены до

147

10—12 а/дм2, скорость осаждения увеличивается в 5—6 раз, осадки имеют высокую плотность.

При серебрении латунных волноводных корпусов, паянных мягкими припоями (ПОС-61, ПСр2, ПСрЗ, ПОС-40), принимают специальные меры для качествен­ ного покрытия швов. При рассмотренной технологии се­ ребрения паяные швы не покрываются серебром, так как припои содержат большое количество олова и свинца — материалов, имеющих высокий электроотрицательный

Рис. 2.21. Зависимость толщины (а) и высоты микронеровностей (б) серебряных осадков от времени осаждения:

I — с реверсированием тока; 2 - без реверсирования тока

нормальный потенциал: —0,14 и —0,13 в соответственно. Это способствует контактному выделению серебра в мес­ тах паяных соединений. Поэтому покрытия имеют малую адгезию к базовому металлу и легко снимаются. Для ка­ чественного покрытия на покрываемый узел наносят подслой металла, ионы которого в момент электрокри­ сталлизации имеют нормальный потенциал, близкий к потенциалу олова и свинца. Таким металлом является, например, медь. Меднение необходимо вести из электро­ литов на основе пирофосфата и этилдиамина.

В результате проходящего в них комплексообразования нормальный потенциал меди становится отрицатель-

148

пым (для пирофосфатного электролита — 23 в). Исполь­ зование сернокислых электролитов не дает положитель­ ных результатов — медь в них имеет электроположитель­ ный потенциал. Дальнейшее серебрение обычно произ­ водят в железосинеродистых электролитах. Для увели­ чения коррозионной стойкости покрытий и удаления остатков электролита из микропор в местах паяных соединений серебреные волноводные корпуса промывают в дистиллированной воде с наложением ультразвуковых колебаний.

Серебрение волноводных корпусов из алюминия и его сплавов имеет свою специфику. Наиболее серьезная трудность этого процесса заключается в том, что на поверхности алюминия и его сплавов образуется окисная пленка, которая после ее удаления стремится к регенера­ ции. Kpoi^e того, усложняют процесс серебрения высокий электроотрицательный потенциал и тенденция к контакт­ ному выделению металла на поверхности узла в момент погружения в электролит. Все это препятствует прочно­ му сцеплению между покрытием и основным металлом.

Высокое качество серебряных покрытий достигается при предварительном нанесении на обезжиренную и про­ травленную поверхность алюминия слоя химически вос­ становленного никеля толщиной 10 мкм. С помощью это­ го можно получить равномерный по толщине и однород­ ный по плотности осадок на всей поверхности волновод­ ного корпуса.

Химическое никелирование ведется из кислых раство­ ров при 91—96° С и pH = 4,3 — 4,1 следующего соста­ ва (г/л):

Оптимальная загрузка составляет 3—4 дм2/л, продол­ жительность процесса при этом 45—60 мин, толщина осадка 10—12 мк. При химическом никелировании свар­ ных волноводных корпусов необходима предварительная обработка в растворе цинката, так как иначе места сварки могут оказаться непокрытыми. Никелируемые трубы должны быть расположены в ванне вертикально, при этом улучшается перемешивание электролита пу­ зырьками выделяющегося водорода и покрываемые по­ верхности не загрязняются шламом.

149

После никелирования осуществляют термообработку изделий при 220° С в течение 60 мин. При этом происхо­ дит диффузия никеля в алюминий на глубину 3—5 мкм.

Для закрытия пор никелевого покрытия на поверх­ ность никеля наносится гальваническая медь. Ее исполь­ зование обусловлено высокой плотностью гальваниче­ ских медных осадков и относительно низкой их стоимо­ стью. Поры могут быть закрыты и слоем серебра, но при этом его толщина должна быть значительной. Оно вызовет рост себестоимости корпуса. Гальваническое меднение ведется в ванне цианистого меднения, обла­ дающей высокой рассеивающей способностью. Повы­ шают плотность осадков применением ударно-импульс­ ного постоянного тока при меднении. Режимы осаж­ дения:

2,0 мкм. Затем проводят серебрение из цианистых элек­ тролитов по ранее рассмотренной технологии. Волновод­ ные корпуса из алюминия и его сплавов выдерживают климатические воздействия и имеют затухание 0,18— 0,2 дб/м.

В процессе работы потери в серебреных волноводах заметно возрастают и могут достигнуть 200% от теоре­ тической величины. Это объясняется тем, что продукты окисления серебра являются - проводниками и вносят дополнительное затухание. Особенно окисляется серебро в присутствии сернистых соединений, образуя на поверх­ ности сульфидную пленку.

Стойкость к воздействию сернистых соединений мож­ но повысить обработкой серебряных покрытий в циани­ стых растворах каптакса. Серебряные волноводные кор­ пуса выдерживают в течение 4—6 мин в растворе, содер­ жащем 8—12 г/л меркаптобензотиазола (каптакса) и 80 г/л цианистого калия. Такая обработка, замедляя коррозию, не влияет на электрические потери при пере­ даче СВЧ энергии.

Внутренние поверхности волноводных корпусов, полу­ ченные осаждением чистого серебра, имеют малую изно­ соустойчивость, что затрудняет использование серебра

150

в устройствах СВЧ с механической перестройкой. Упроч­ нения токонесущего покрытия можно достигнуть приме­ нением электролитических сплавов на основе серебра, например сплава серебро — палладий (1—1,5%), имею­ щего износоустойчивость в пять раз выше, чем у чистого серебра, и удельное сопротивление, близкое к сопротив­ лению серебра. Сплав устойчив к воздействию окружаю­ щей среды.

Иногда необходимо сохранить постоянство электри­ ческих параметров волноводных корпусов во времени, если величина активных потерь не имеет большого зна­ чения. Тогда используются покрытия, устойчивые к воз­ действию окружающей среды, обладающие относительно высоким удельным сопротивлением — никель, хром, пал­ ладий, кадмий, родий.

Т а б л и ц а 2.20

В табл. 2.20 приведены значения скорости осаждения различных металлов в зависимости от режимов осаж­ дения.

Если от волноводных корпусов требуется повышенная температурная стабильность, то их токонесущая поверх­ ность покрывается сплавами с нулевым температурным коэффициентом сопротивления, например манганином.

Из диэлектрических защитных покрытий широко рас­ пространены л а к о в ы е пл е н к и , предохраняющие токонесущую поверхность от воздействия окружающей среды. При использовании защитных лаковых пленок вносятся дополнительные потери энергии. Правильно вы­ брать покрытие можно только при учете его влияния на

151