Шихта для изготовления вакуумно-плотной керамики

Сефз Сфветсима Сфцмалмстмчесимк Раснубпми(22) Заявлено 30.12.76 (21) 24348 1) М. Кл. 9-3 оединением заявки Щ, -04 В 35/10 Государственный комнте СССР по делан нзобретеннй н открытнй(23) Приорит Опубликовано 150379.Бюллетень Ж 101 ата опубликования описания 150379 666.76 (088. 8 Авторыизобретения.А.Б епкин и С.Я,Гордеев ел 54) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАКУУМНОПЛОТНОЙ КЕРАМИКИ Изобретение относится к областиматериалов для электронной техники,а именно керамики, используемой приизготовлении деталей СВЧ приборов.В электронной промышленности применяют вакуумноплотную керамику,содержащую более 90 окиси алюминия, служащую для изготовления керамическихподложек, плоских корпусов, микромодулей,конструкционных и изолятор Оных элементов.Известны керамичекие массы дляпроизводства алюмооксидной керамикина основе микропорошков окиси алюминия и различных органических связок, 15температура спекания которых лежитв пределах 1750-1900 С 11,Для снижения температуры спеканиякерамики, повышения ее плотности иуменьшения зернистости, а также раэме- вОров и количества внутри-и междуэерновых пор окись алюминия импрегнируютдобавками окиси лития, магния, кальция,стронция, цинка, кадмия, иттрия, латана, церия, ниобиятантала или же фих комбинациями (2 и 13 .Иэ известных керамических масс,используемых при изготовлении высокоплотной алюмооксидной керамики, посоставу ингредиентов наиболее близка к предложенному изобретению керамическая шихта на основе глубокопрокаленного низкощелочного глинозема(ЛГМК) 4, содержащая компонентыв следующих количествах вес.в:Пресс-порошок ЛГМК 90Связка ПВС. 10 5.Керамика на основе глубокопрокаленного ниэкощелочного глинозема,легированного окисью магния, имееттемпературу спекания в вакууме приразрежении 10-10 мм рт.ст. нениже 1750 С, объемную массу - 3,973,98 г/см. Пределпрочности приизгибе - 3000-3340 кгс/сма,Использование в керамической массе выгорающих органических связок,например, водного раствора поливинилового спирта (ПВС) не позволяетснизить температуру обжига корундовой керамики ниже 1750 С, и это недает возможности устранить рекристаллиэацию зерен глинозема, снизить шероховатость поверхности керамическихизделий, уменьшить внутри- и междузерновую пористость.Цель настоящего изобретения - снижение температуры спекания при сохранении плотности и повышение классачистоты обработки поверхности.65214Поставленная 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.%:Глинозем легированный 93-9)Водный раствор оксисолиалюминия и соли магния 5-7,причем водный раствор содержит 200 150 г/л оксисоли алюминия (в пересчете 10на окись алюминия) и 0,1-0,3 солимагния (в пересчете на окись магния)по отношению к окиси алюминия.В качестве солей алюминия он содержит оксисоль типа А 1 (ОН)НвНОгде В - С 1 или НО,а п ( б ц в 4,исоль Мф;1б НрО или Мц (ЙО )б НИО.Из шихты формуют методом прессования при удельном давлении 1400100 кгс/см иэделия, которые сушати обжигают (сначала на воздухе при1050 1 50 С, а затем в вакууме притемпературе 1600125 С и разрежениине ниже 10 мм рт.ст.).Введение в керамическую массупредложенного состава алюминатнойсвязки позволяет получить высокоплотную алюмобксидную керамику,содержащую 99,7 вес.Ъ А 1 Ози 0,3 вес.ЪМуО.Йспользование в керамической массе наполнйтеля и связки,легированныхокисью магния, способствует не толькоснижению температуры спекания, нои ингибирует процесс рекристаллизации зеРен корунда во вРемя обжига,что уменьшает внутри- и междузернавую пористость, приводят к образованию равномерной мелкокристаллической структуры, улучшает полируемость керамики и сужает границы 40разброса абсолютных значений механических, тепло-и электрофизическихпараметров.Пример 1.Для получения высокоплотной алюмооксидной керамики готовят две смесиингредиентов керамической массы, содержащие каждая (в вес.%) микропорошок ЛГМК с удельной поверхностью зерен 8520 см/г - 94 и алюминатнуюсвязку - б,отличающиеся одна от другой химической природой кислотного радикала алюминатной связки. В первойсмеси связкой служит водный раствороксихлорида алюминия А 1 (ОН)5 С 1,модифицированный солыд МдЕ 1 б НзО , 55во второй - оксинитрата алюминияА 1 з(ОН) НОс добавксй Мц(ВОЗ)2,6 НрО,.В обоих случаЯх концентрация окисловалюминия и магния равнялась соответственно 200 г/л и 0,602 г/л.470 г микропорошка ЛГМК и 30 галюминатной связки после перемешивайия в корундовой ступке протираютчерез капроновую сетку 9 9 два разаи У 19 - три раза. Из полученнойшихты формуют образцы,например,в бб1 б 4виде штабиков размером 100 х 10 х 10 мм и дисков размером й 20 х 3 мм посредством двухступенчатого прессования на гидравлическом прессе при удельной нагрузке на первой ступени 500 кгс/смз и 1400 кгс/смз - на второй ступени и выдержкой под нагрузкой на этих ступенях по 10 секОтформованные образцы после 24-часовой сушки на воздухе подвергают предварительному обжигу в электропечи с карборундовыми нагревателями при температуре 105015 С в течение 14 час , а затем в вакуумной электропечи с молибденовым нагревателем при разрежении 10 ф мм рт.ст., темпера- гуре 1620 + 25 С и продолжительности вццержки 4 час.Основные механические, тепло- и электрофизические характеристики полученной алюмооксидной керамикири разном соотношении наполнитель: связка приведены в таблице.Пример 2.По методике и из ингредиентов,приведенных в примере 1, исследовали керамические массы, отличающиесяодна от другой степенью основностигидрооксикислотных соединений алюминия, являющихся основой связок.При этом Отношение А 1 ; й брали впределах от 0,5 до 1,5. Оказалось,что изменение степени основностиалюминатной связки в этих пределахсказывается только на механическойпрочности высушенных образцов (с увеличением основности соли - механичес-кая прочность уменьшается), свойстваже образцов после окончательного обжига практически идентичны таковымдля образцов, изготовленных на алюминатных связках, указанных в примере 1,Применение алюминатной связки даетвозможность на 150 С снизить темпераотуру спекания керамики (1600 С вместо1750 С для известной массы), уменьшить эффект рекристаллизации зеренкорунда,приблизить дифференциациюразмеров крупных (16-27 мкм) и мелких(3-9 мкм) зерен глинозема, имеющихгексагональную форму, к оптимальномузначению и, учитывая равномерностьраспределения их, а также незначительное количество (0,5-2,5) и малый размер пор (1-3 мкм), улучшить полируемость поверхности изделий с классачистоты 12-13 до класса чистоты 13-14.Следует отметить стабильнуювоспроизводимость диэлектрических характеристик керамики, особенно величины диэлектрической проницаемости,разброс значений которой на порядокменьше, чем у известной керамики.Последнее обстоятельство в сочетании с хорошей полируемостью особенно важно с позиций изготовления керами-ческих подложек для тонкопленочныхсхем.аи э о Мэ ч 4 51 хх ОВ ОХ х х э О э н х х х;1 о ЭОГэ х 1 Ф Мхова О Цн В 1 эю О ан 652146 аоЭН О.3 х 3О ээээ1; ао0 й гх хх хм ао эо ю но Ц Оч л И 1) а г Ойо ОО Эо О)о д нХ ээх652 формула изобретения Составитель Н.СоболеваТехредэ,Чужик КоРРектоР О.Билак Редактор В,Трухинии,.-.,Зм Эаказ 972/23 Тираж 701 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская иаб., д,4/5Филиал ППП ффПатентф, г.ужгород, ул. Проектная, 4 1. Шихта для изготовления вакуумноплотной кЕрамики на основе окиси "алюминия, включающая глиноземлегированный глубокопрокаленный малощелочной и, связку, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения температуры спекания при сохранении высокой плотности, повышения класса чистоты обработки поверхности, она содержит в качестве связки водный раствор 10 оксисоли алюминия и соли магния при следующем соотношении компонентов, вес.Вг Глинозем легированный 93-95Водный раствор окси- )5соли алюминия и солимагния 5"72. Шихта по п.1, 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 0,1- 0,3 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 8содержит оксисоль типа А 1(ОН)я йф-н.пЯвО,где В - С 1 или БО, а и6и щ 4, соль МцС 1 р ф б НзО илиМд (008 )2 ф 6 Н 20Источники информации, принятыево внимание при экспертизе 1Химическая 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.310-3152. Балкевич В.Л. Техническая керамика, М, Изд-во лит-ры по стр-ву, 1968, с.94-102.3. Усов П.Г., Иильцина А.Д., Верещагин В.И, Спекание и структура алюмо оксидной керамики с различными микро- добавками. Электронная техника, сер. Материалы, 1974, вып.5.4, ТУ-5-88-745. Фирсов В.М. и.др. Применение глубокопрокаленного ниэкощелочного глинозема для изготовления плотной корундовой керамики. Электронная техникаф, сер. Материалы, 1974, вып.11, с.70-75.