Способ определения поверхностных и подповерхностных дефектов в керамических стеклосодержащих материалах

(51 ТЕ НИЕ И П 1) 4935446/2) 12,05.916) 15.02.93.1) Производ л. М 6 венное единен ское стаия, 1979,ермич ллур тво СС 88, 198 ии%1 625 1 О ЕНИЯ ПОВЕРХЕРХНОСТНЫХ ЕСКИХ СТЕКЛО- АЛАХ фераэрушаюжет быть иства изделий ого процесерамических усов микромичесее, дажвычай ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(73) Производственное объединение иИэо(56) Андрианов НЛ. и др, рение керамики. М,: Ме с,26,Авторское свидетельс М 1099259, кл. 6 01 М 21/Патент Великобритан кл. О 01 М 21/88, 1973, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛ НОСТНЫХ И ПОДПОВ ДЕФЕКТОВ В КЕРАМИЧ СОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИ Изобретение относится к щему контролю изделий и мо пользовано для контроля качес и корректировки технологичес са при производстве металлок коммутационных плат для кор схем и изделий радиоэлектрон Известен способ обнаружения поверхостных и подповерхностных дефектов, ключающий травление поверхности спеенной керамики в ортофосфорной кислоте.Поскольку керамика относится к хики стойким материалам, травлениее в плавиковой кислоте, идет чреэно медленно. С большим трудом(57) Назначение: изобретение относится к нераэрушающему контролю изделий и может быть использовано для контроля качества изделий и корректировки технологического процесса при производстве металлокерамических коммутационных плат для корпусов микросхем и изделий радиоэлектроники. Сущность изобретения; на поверхность неспеченных керамических плат наносят фонообразующее вещество, составленное иэ частиц тугоплавких металлов, слоем толщиной от 0,1 до 300 мкм, после чего проводят спекание с последующим проявлением фонообразующего вещества путем селективного растворения спекшейся пленки до проявления негативного иэображения дефекта или путем окисления на воздухе, Далее проводят анализ структуры дефекта, его маркировку. 2 э,п,обеспечивается необходимый для анализа С)ц, оптический контраст дефектных и бездефектных участков, В структуре направляю-, у щегося напал нителя.(глинозема) контраст удается обеспечить благодаря высокой концентрации этих частиц Г 70-90 обьема иэделия). При исследовании дефектов ппавкого свяэуюгцего или стеклофаэн до- аД стичь того же эффекта чрезвычайно сложно.Однако, именно дефекты плавкого связующего чаще всего снижают защитные механические, химические и электрические свойства радиокерамики. Кроме того известный способ является еще и разрушающим. Восстановить гладкость поверхности после ее травления оказывается достаточносложно вследствии высокой твердости наполнителя.Известен способ обнаружения дефектов изделий, включающий нанесение на поверхность изделия аморфного порошка бора, с размером частиц менее 2 мкм и разогрев его в атмосфере кислорода до 800 С в течение 0,5 ч, При нагреве мелкодисперсные частицы бора частично окисляются, окислы плавятся и затекают в дефекты и микротрещины, увлекая с собой частицы нерастворимого контрастного бора, оттеняющие дефект. С ровной поверхности бор смывается водой.Недостатком известного способа является то, что исследуются только пустотные дефекты, при исследовании керамики борный ангидрид вступает с ней в химическое взаимодействие. Связующее нового состава может само порождать дефекты, Кроме того, при нагреве металлизированной коммутационной платы в среде кислорода происходит окисление не только бора, но и схемы коммутации, выполненной в виде пленок тугоплавких металлов,Наиболее близким техническим решением является способ обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов, включающий нанесение на поверхность проникающего фонообразующего вещества, удаление его избытка, подсушивание поверхности иэделия, нанесения проявителя, флуоресцирующего при взаимодействии с проникающим веществом, скапливающимся на дефектных участкахповерхности изделия,Недостатком известного способа является невозможность выявить непустотные дефекты стеклофазы такие, как локальные зоны кристаллизации стеклофазы керамики, зоны нарушения ее химического состава, зоны нарушения оптической и массовой плотности, возникающие вследствие неоптимального нагрева и охлаждения материала, нестандартного затухающего массообмена между крупными и мелкими частицами,Недостатком известного способа является низкая чувствительность и разрешающая способность, необходимые для выявления тонкой структуры макроскопических дефектов, а также невозможность выявить непустотные дефекты стеклофазы, состав дефектных областей и параметров их кристаллической решетки,Целью изобретения является повышение чувствител.;ости при выявлении дефектных образований в стеклофазе керамических изделий. Указанная цель достигается тем, чтоспособ определения поверхностных и подповерхностных дефектов в керамических стеклосодержащих материалах, включаю щий нанесение на поверхность материалафонообразующего слоя проявление на его фоне изображения дефектов с последующим анализом структуры дефектов и маркировкой их, - в качестве фонообразующего 10 используют слой, состоящий иэ частиц тугоплавких металлов толщиной от 0,1 до 300 мкм, а после нанесения фонообразующего слоя проводят спекание керамики, при этом проявление дефектов проводят путем на грева керамики на воздухе до появленияцветов побежалости или путем селективно-, го растворения спеченной пленки фонообразующего слоя.На поверхность керамики наносят 20 смесь частиц тугоплавких металлов, например, вольфрама и/или молибдена в концентрации каждого от 0 до 100 . Соотношение между концентрациями частиц разного диаметра подбирается экспериментально, исходя из требований чувствительности к исследуемым дефектам. Размеры частиц варьируются в смеси от 0,01 до 50 мкм.Например, при исследовании дефектовстеклофазы используют смесь вольфрамо вых частиц диаметром 0,7 мкм в количестве50 ф/ с частицами диаметром 1,2 мкм в количестве 50 . Толщина металлического порошкового слоя составляет от 0,1 до 300 мкм. Слой наносят в виде смеси металли ческих частиц с органическим связующимна основе ацетона и этилцеллюлозы, После нанесения слоя металлических частиц органическое связующее выжигают, а керамическое изделие спекают в восстанови тельной атмосфере в две стадии; сначалапри температуре 1200 С в течение 1-2 ч удаляют органическое связующее, затем при температуре 1530 С керамика и покрытие спекают в течение от 0,5 до 5 ч. После 45 спекания поверхность слоя металла обрабатывают селективным растворителем, например, 20 водным раствором смеси желеэосинеродистого калия и гидрата окиси натрия в концентрации 5.1.50 После фиксирования дефекта и его маркировки возможно полное растворение металлических частиц. Копия деФекта сохраняется в объеме фонообразующего слоя и повторяет дефект по составу и струк туре, Соответствие устанавливают путемсравнения состава, структуры и геометрии дефектов на образцах с заранее .заданными отклонениями в составе и режиме изготовления, а также для образцов фиксированного состава, но с различ1796057 смесь органического связующего с частицами вольфрама диаметром от 0,01 до 20 мкм с объемной концентрацией вольфрама в пасте 20-40 . Пасту наносят путем налива на 5 сетку и последующего продавливания еедвижущимся скребком-ракелем, либо методом седиментации иэ вэвесей (Я 1 мкм) и коллоидных растворов, Сетчатый трафарет размещают на расстоянии порядка 0,5 мм от 10 керамической подложки, После нанесенияпасты и подсушивания при 70"С в течение 20 мин керамическую плату спекают поднимая температуру от 20 С до 1530 С в течение 12 ч по линейной траектории, затем 15 также за 12 ч плату охлаждают до 20 С,Нагрев осуществляют в смеси газов азота и водорода в концентрации 10;1 с добавлением паров воды до влажности 15-30 С по точке росы. После охлаждения 20 плату травят в водном растворе желеэосинеродистого калия смешанного с едким натрием или калием в концентрации по весу 10-30железосинеродистого калия и 1 5едкого калия или натрия. Травление идет в 25 течение 1-20 ч при толщине металлизационного слоя порядка 20 мкм сначала до проявления на фоне вольфрама дефектов, а затем до удаления вольфрама. Далее, после промывки в дистиллированной воде, подложку 30 сушат и копирующий слой вещества послеполного удаления вольфрама промывают контрастным веществом, например, чернилами "Радуга", либо с помощью фломастера, либо соскабливают для анализа 35 гранулометрии, состава, структуры и плотности.Вместо травления может быт проведе. но окисление нагретой до 300-1000 С металлиэации на воздухе. Контроль 40 осуществляют экспериментально: при ох- лакдении нЬ поверхности проявляется рисунокдефекта, повторяемый структурой пор в зоне слабой пропитки металлизации связующим, Он совпадает по форме с формой 45 дефекта. Контрастность и цвет пленок побекалости (пленок окислов разной толщины) определяют длительностью нагрева на воздухе и подбирают экспериментально,50 Формула изобретения 55 1, Способ определения поверхностных и подповерхностных дефектов в керамических стеклосодержащих материалах, включающий нанесение на поверхность материала фонообразующего слоя, проявной (кратной) толщиной фонообразующего слоя, Сопоставление производят методами рентгеноспектрального и рентгеноструктурного анализа, Соответствие выполнялось в пределах точности "Дрон ЗМ" и ЧЯА-ЗО,При необходимости можно увеличить контрастность негативной копии. Необходимость такой процедуры возникает, например, при исследовании черной керамики для корпусов оптоэлектронных микросхем. На темном фоне серая вольфрамовая или вольфрамо-молибденовая копия не обеспечивает в видимом спектре необходимого контраста. Наблюдение в рентгеновских лучах обладает высоким контрастом, но трудоемко, Увеличение контраста достигается путем повторной пропитки фонообразующего слоя, точнее, сформированной в его объеме позитивной копии дефекта оставшейся на поверхности керамической детали после удаления слоя металла. Повторная пропитка производится контрастной (по отношению к подложке) жидкостью с малой вязкостью: алюмогели и др.Исследования содержания окиси алюминия и их увязке с внешними проявлениями дефектов (области повышенной гидроскопичности) и внутренними структурными отклонениями позволили осуществить корректировку качества как путем регулирования режимов техпроцесса (температуры и времени спекания) так и путем выбора сырья и корректировки состава керамических масс.Контрастирование позитивной копии дефекта, как показали испытания, позволяют визуализировать кристаллические дефекты в стеклофаэе окрашенной керамики ВК 94-1, окрашивание белым красителем производилось на черной керамике окрашенной окислами хрома и вольфрама.Заявляемый способ реализуется следующим образом. На лопату из сырой керамики через сетчатый трафарет, представляющий собой сетку из нержавеющей стали с диаметром ячеек поряг)ка 40 мкм и натянутую на рамку, наносят слой вольфрамовой пасты, Паста представляет собой ление на его фоне изображения дефектов с последующим анализом структуры дефектов и маркировкой их, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в качестве фонообраэующего используют слой, состоящий иэ частиц тугопллвкихЗаказ 446 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035,Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ФПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 металлов толщиной 0,1-300 мкм, а после нанесения фонообразующего слоя проводятспекание керамики. 2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я 5тем, что проявление дефектов проводят путем нагрева керамики на воздухе до появления цветов побежалости.3. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что проявление дефектов проводят путем селективного растворения спеченной пленки фонообразующего слоя.