Электроизоляционный керамический материал и способ его изготовления

ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЯЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 753831ата опубликованн писания 10,08 8 2) Авторы изобретени(7) Заявитель 54) ЭЛЕКТРОИЗОПЯЦИОННЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ получению электро-физиприменяемых баритных ввоеской аппара 5 ую прочность порядка 28- предел прочности при стат бе от 1500 кг/см дог2 электрическ35 кв/ммческом изг2700 кгс/Однако тноситс Изобретение изоляторов с по ческими характе для высоковопьт дов и электронн туре. ышенными ристиками, ных малог й и термич лей раднот хселательн более выс пр очности,техническим реш емому является керамичессодерхсаший окись алюмив стехиометрическом соотсло ели и добав 3,ванием окисобавками, форготовят смешов шихты .секаниемпредназначен л спользоских изолятокая прочность алей радиотехдостаточна. стве электри о его электричес становочных дет для ряда нической ышленности не Известны керамические материалы на основе алюмомагнезиальной шпинепи, ис-,пользуемые в качестве диэлектриков ЯИзвестные диэлектрики на основетоалюмомагнеэиапьной шпинели имеют недостаточно высокие электрическую и ме- ханическую прочности 20-30 кв/мм и1200-1500 кгс/смв соответственно).Известна шихта, включающая глиноэе.т,т 5окись магния и добавку окиси кремния 2,Добавку окиси кремния вводят в количестве от 2,8% до 28,2% с целью повышениямеханических и электрофизических свойств,При этом наилучшими электромеханическими свойствами обладает шпинеловая керамика состава Мт 0- 25,4 масс,% М 20 - 71,8%. масс и 5102 " 2,8% масс.%,Керамика этого состава имела для ряда установочных детахнической промышленности иметь иэделия, обладающиеким значением электрической Наиболеекием к заявтткий материалния и магнияношении шпинция, кремнияМатериалных компонентмованием и сМатериалвания в каче3 753831 фЦелью изобретения является увеличе- выдержкой при конечной температуре в ние электрической прочности керамики течение 1-3 часов. Электрическая прочс сохранением высоких механических и ность иэделий 40-50 кВ/мм. Предел диэлектрических свойств эа счет полу- прочности при статическом изгибе 24002 чения мелкозернистой структуры и стекло к 3000. кгс/см . Диэлектрическая прони- фазы с повышенной плотностью. цаемость 7,6-7,8, тангенс угла диэлектПоставленная цель достигается за рических потерь при Х " 1 мгц ио, 4. о счет того, что электроизоляционный кера С -210, при 1125 С- мический материал, содержащий окислы - 2,10-4алюминия, магния, кремния и кальция 10 Сбъемное электросопротивление 5 дополнительно содержит окись бора при при 125 С - 2,4,10 . следующем соотношении компонентов Плотность полученных образцов состав- масс.%:ляет 350003 г/см .Окись алюминия 656-68,1Свойства обеспечиваются чрезвычайно5 4-26 215Окись магния 4 26 мелкокристаллической беспористой струкДвуокись кремниятурой, стеклофазой с повышенной плот-Окись кальция 20 36 ностью отсутствием примесей как вОкись бора 1,5-2,7кристаллах, так и в стеклофазе.При этом материал готовят смешиваго РП инятое содержание в шихте окислов кием компонентов шихты, формованием С 0 10 и В 0 обеспечивает поа, 2 ии спеканием, причем окислы алюминия илучение низкотемпературного эвтектичесмагния вводят в шихту в виде предварикого состава, чем достигается уменьшетельно синтезированной шпинели а окислы ние растворимости в ней основной крис- кремния кальция и бора - в виде опекаг 5 таллической фазы МО. АЮ 0 при обе г з эвтектического состава:жиге и процессе ее перекристаллиэации,Двуокись кремния ,2связанной с ростом кристаллов. СледоваОкись кальция 38 3тельно данный состав шихты обеспечиваетОкись бора 31 5получение материала мелкокристаллическов количестве 5-9 масс,%.30 го строения с высокой механической прочТекнологии изготовлениЯ диэлектРика ностью. Элек еск прочн ть н одитсостоит в следующем: из окислов магния я в и ямой зависимости от механичессЯ Ри алюминия в количествах 30-28 масс.кой прочности что вытекает из формулы: и 70-72 масс.% соответственно приготавливают шпинель обжигом при температуре 2 й пФм 1 1400-1500 С. Иэ окислов бора, кальция35 Е=Ркри кремния приготавливают спек при темопературе 900-950 С, который затем Раэ- где Е - электрическая прочность, Е малывается в вибромельнице до размера модуль упругости, м - коэффициент Пуасчастиц 3-5 мкм, сона, Рк - предел прочности при растя 40РИзмельченный спек добавляют к синте- жении, Е - диэлектрическая проницаемоэированной алюмомагнезиальной шпинелисть.в количестве 5,0-9,0 масс.%, после чего В известом решении материал, имеюпроизводят их совместный помол до Раз- щий нулевую открытую пористость,полумера частиц 1-3 мкм. чен лишь при температуре 1800 С. Из 45Сформление изделий можно произво- вестно, что при такой высокой темперадить любым из применяемых в керамичес- туре обжига не может быть получен матекой технологии методов. риал мелкокристаллического строенияПри горячем литье под давлением (средние размеры кристаллов в этом слутермопластичный шликер содержит от чае составляют 15-30 мкм по сравнению 11 до 15% парафина, 1% воска и 1%50с 2-3 мкм в нашем случае) и, следоваолеиновой кислоты. Отливка изделий про- тельно, обладать высокими механическойоизводится при температуре 70-80 С и и электрической прочностью. давлении 3-5 атм. Органическую связку Вид и соотношение указанных выше удаляют в процессе предварительного окислов принято с учетом получения55обжига изделий при температуре 1300 С стекловидной фазы с повышенной плотв засыпке глинозема. Окончательный об- постыл. В частности, именно введение жиг производят в окислительной атмос- окиси бора позволяет повысить плотностьфере при температуре 1600-1560 С с стеклофаэы, в чем можно убедиться по,СоО 3,6;510 3,7 готовят из 91% шпинели и 9% спека. Метод оформления массыгорячее литье под давлением. Температуо10 ра окончательного обжига 1650 С.Среда - окислительная.Электрическая прочность 50,2 кв/ммПредел прочности приизгибе 2500 кгс/см15 Диэлектрическаяпроницаемость 7,8 40 значению усредненных молярных числовых. характеристик парциальных свойствэтих окислов в силикатных стеклах, правомерность применения которых была доказана для стекловидных малощелочных фазкерамических материалов,Известно, что при температуре спекания в определенном времени выдержкиразмер кристаллов достигает какой гоопределенной величины, и в дальнейшемвнутри кристаллов происходит очистка,сопровождающаяся выделением примесейв направлении граничных слоев зерен, ипри этом возрастает концентрация примесей в межкристаллитной прослойке. С ростом концентрации примесей электрическая прочность межкристаллитной прослойки понижается, и, следовательно, снижается и электрическая прочность мате 20риала в целом. Введение, же в составстеклофазы ВО способствует очищениюсматериала в целом от имеющихся в немщелочных примесей, поскольку В ОЗ споследними образует летучие соединения,Примеры изготовления изделий,П р и м е р 1, Массу состава, масс.%:ф 20. 68,1; МтО 26,2; ВО. 1,8;СаО 2,3 и 510 1,6 готовят из предварительно синтезированной шпинели и 5%зоопека эвтектического состава. Методоформления массы - горячее литье поддавлением. Температура окончательногоообжига 1600 С, среда окислительнаяМатериал обладает следующими свойствами35Электрическая прочность 52,0 кв/ммПредел прочности приизгибе 2300 кгс/смДиэлектрическая проницаемость 7,5ФДд10 при Б = 1 Мгц; при 202;при 125 С - (2 .при 125 С - ))2,4 г/смП р и м е р 2. Массу состава, масс.%:АКд 0 67; МрО 26; ВО 2,1;Са 02,8; 510 2,1 готовят из предварительно синтезированной шпинели и 7%спека эвтектического состава, Методоформления массы - горячее литье под50давлением. Температура окончательногоообжига - 1600 С, среда - окислительная,Материал обладает следующими свойствами:Электрическая прочность36 кв/мм55Предел прочности приизгибе 2900 кгс/смДиэлектрическаяпроницаемость 7,4 Плотность образцов 3,52 г/см .1 цд 10 прп К = 1 МГц, при 20 С - (2,при 125 С - 2 Я,при 125 С - ),410Заявленный материал возможно и целесообразно использовать для изготовления малогабаритных вводов для электронной и термической аппаратуры, к которой предъявляются повышенные требования к электрической и механической прочности, а также керамических деталейпри создании вакуумплотных керамическихконструкций,Формула изобретения 1. Электроизоляционный керамический материал, содержащий окислы алюминия, магния, кремния и кальция, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения электрической прочности он дополнительно содержит окись бора при следунт щем соотношении компонентов в масс.%Окись алюминия 65,5-68,1 .Окись магния 25,4-26,2 Двуокись кремния 1,5 2,7 Окись кальция 2,0-3,6 Окись бора 1,5-2,7 2, Способ изготовления электроизоляционного керамического материала по и. 1, включающий смешивание компонентов шихты, формование и обжиг, о т л ич а ю щ и й с я тем, что окислы алюминия и магния вводят в шихту в виде предварительно синтезированной шпинели, а окислы кремния, кальция и бора в виде спека эвтектического состава:Двуокись кремния 30,2Окись кальция 38,3Окись бора 31,5753831 7 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Иыдрик Г. А. и др. Физико-хими ческйе основы производства. и экс плуатации электрокерамики М., 197 1. 82. Будников П П, Злочевская К. М.фПрикладная химия, ХХХЧИ;Ж 8, 1964,с. 1649-1657.3. Патент США И 3. 615763,3 кл. 106-46, 1971.4.Г.Ковос "Сегавигра ЪтЕ" 1971,Ъ,Ж 2, р. 57-60 (прототип).Составитель Г. Фомина Редактор С. Титова Техред М. Петко Корректор С. Шекмар Заказ 4837/19 Тираж 671ПодписноеБНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская набд, 4/5филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4