Способ изготовления слоистых феррит-керамических изделий

) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОИСТЫХ ФЕРРИТ - КЕРАМИЧЕС ИЗДЕЛИИтер Изобретение относится к области электродной техники и .предназначено для испольэова.1ния при производстве твердотельных монолитныхферрит-керамических СВЧ-приборов,В современном электронном приборостроении5для изготовления специальных устройств, работающих в СВЧ-диапазоне на высоком уровнемощности, применяются волноводные ферритовые приборы с керамическим заполнением.Известны способы изготовления многослойных изделий из порошков различного состава.10состоящие в последовательной засыпке порошков, формовании заготовки 13,Недоситком этих способов является недо.статочно высокая прочность соединения слоев15из-за напряжений, возникающих при термообработке и вызванных различием деформационных усадок в слоях,Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, согласно которому за 20сыпают первый порошок в эластичную оболоч.ку и подвергают его холодному иэостатическому прессованию, да вокруг сформованнойзаготовки в эластичную оболочку засыпают гой порошок и осуществляют его изостап ческое опрессовывание, по завершении которого полученную двухслойную порошковую заготовку подвергают термической обработке (спеканию или горячему изостатическому прес. сованию) для получения составного монолитного изделия с заданными свойствами 2,Однако данный способ изготовления много. слойных деталей не позволяет получить составные изделия из различных керамических матери алов с прочным диффузионным соединением без искажения сопрягающихся поверхностей во время термической обработки.Это обусловлено тем, что плотность порош ковых керамических материалов после холодно го прессования обычно составляет 60-75% от теоретической плотности, в результате чего в процессе последующей термической обработки керамической заготовки происходит ее термическая деформация - уплотнение. Так как коэффициент термического уплотнения у различных материалов разный, то при совместноймической обработке нескольких материалов в контактных областях происходи возникно3 6928вение критических деформационных напряжений и искажение геометрии составных элемен,тов, следствием которых может быть разрушение готового изделия в контактных зонах.Изменение заданной геометрии составныхэлементов многослойного изделия, а тем более разрушение материалов в зоне контактанедопустимо. Наличие неконтролируемого искажения геометрии составных элементов исключаетвоспроизводимость электронных твердотельных 10устройств, а при наличии разрушения материалов (трещин) в монолитном изделии при егоработе-в СВЧ-диапазоне на высоком уровнемощности происходит электропробой.Таким образом, известный способ не обеспечивает изготовления качественных многослойныхизделий из различных керамических материалов,Целью изобретения является снижение дефор./мации при термообработке,и увеличение прочности диффузионного соединения слоев, 20Поставленная цель достигается тем, что вспособе изготовления слоистых феррит-керамических изделий, включающем засыпку в формупорошка феррита формование его методом изостатического холодного прессования засыпкупорошка керамики с последующим изостатическим холодным и горячим прессованием,после холодного прессования порошка ферритаподвергают горячему прессованию до плотности91 - 98% от теоретической.и шлифуют до клас.са Ч 7, после чего засыпают керамический порошок,Предварительная термическая обработка фер.ритовой заготовки обеспечивает достижениеплотности Материалов 91% от теоретическойплотности, когда открытая пористостьполностью1ликвидируется. Это, в свою очередь, позволяетпроизводить необходимую механическую обработку, в частности шлифовку, для достижениянеобходимого диффузионного сцепления.Предварительная термическая обработкапервой порошковой заготовки позволяет помимо этого исключить возникновение критических деформашюнных напряжений при последующей совместной термообработке многослойного иэделия. Отличительной особенностью пред.варительной термической обработки порошковой заготовки является то, что процесс уплотнения материала продолжается в течение 5 -10 мин, что составляет 1/8 - 1/4 длительностиполного периода уплотнения при заданной тем.пературе и давлении. Кратковременная предварительная термообработка не влияет на окончательную микроструктуру готового материала55(в частности на размер зерна), что являетсяважным фактором для работы материала.После кратковременной термообработкизаготовку подвергают шлифовке с достижени 14 4ем чистоты поверхности7 и средней высотыповерхности профиля Вг = 5 - 7 мкм,Шероховатость поверхности, соответствующаяэтому классу чистоты, обеспечивает получениекачественного диффузионного соединения разнородных поликристаллических материалов попрочности, сравнимой с прочностью материалов составных элементов, и средней ширинойдиффузионной зоны 25 - 43 мкм.Повышение чистоты (уменьшение шероховатости) контактирующих поверхностей положительных результатов не дает, снижает прочностьдиффузионного соединения материалов, таккак средняя ширина диффузионной зоны составляет 8 - 12 мкм,Снижение класса чистоты указанных поверхностей (увеличение шероховатостей) приводитк увеличению ширины переходной диффузионной зоны между двумя соединяемыми материалами, так как результирующая средняя ширинадиффузионной зоны достигает 160 - 280 мкм.Ввиду того, что материал переходной областиимеет электрические характеристики, отличающиеся от "чистых" сопрягаемых материалов,то наличие "широкой" диффузионной зонывносит неоправданные искажения в работуэлектронного устройства,Предлагаемый способ изготовления многослойных керамических изделий осуществляетсяв следующей последовательности,1, Холодное изостатическое прессование ферритового порошка, например, состава 1 з "е 4 зЮо 70,2 под давлением 4000 кГс/см,02, Горячее прессование при 1380 С, давлении 150 кГс/см в течение 10 мин. Средняя скорость нагрева ферритовой заготовки 350 С/ч, средняя скорость охлаждения 300 С/ч. В результате кратковременной термообработки плотность ферритового материала соответствует 92% от теоретической плотности.3, Механическая обработка (шлифовка) срерритовой заготовки с достижением класса чис. тоты поверхности 7 7 и высотой неровностей В = 5 - 7 мкм. А. В случае осесимметричного варианта производят круглую шлифовку рерритовой заготовки по режиму:число оборотов шлифовального круга и = 1300 об/мин;подача продольная Я = 3 м/мин;глубина резания т = 0,05 мм,(Шлифовальный круг марки АПП зерно 63 - 50, ФЗООх 40)В. В случае плоскостного варианта. производят плоскую шлифовку ферритовой заготовки по режиму:(Шлифовальный круг марки АПП зерно 63 - 50,Ф 250 х 16).54. Засыпка керамического порошка и егохолодное изостатическое прессование (опрессовка второго слоя вокруг ферритовой заготовки)под давлением 4000 кГс/см,5, Совместное горячее прессование состав оленой феррит-керамической заготовки при1380 С, давлением 150 кГс/см, в течение40 мин. Средняя скорость нагрева 350 С/ч,средняя скорость охлаждения многослойнойферрит-керамической заготовки - 300 С/ч. 15Однако в практике изготовления многослойных керамических изделий, согласно предлагаемому способу, возможны следующие комбинации термической обработки составных материалов: 201) термическая обработка первого и всехпоследующих слоев производится при однойи той же температуре и давлении;2) термическая обработка первого и всехпоследующих слоев производится при одной 25и той же температуре, но давление, прикладываемое для уплотнения каждого последующего слоя может уменьшаться (увеличиваться);3) термическая обработка первого и всехпоследующих слоев производится при одном 30и том же давлении, но температура термооб 14 6работки каждого последующего слоя может быть меньше4) термическая обработка второго слоя мо. жет производиться при температуре и давлении ниже, чем температура и давление термообработки первого слоя, в свою очередь температу. ра и давление термообработки третьего слоя ниже, чем второго и т.д.Перечисленные вариантьг термообработки расширяют возможности предлагаемого способа изготовления многослойных изделий из различных составных материалов,Известный способ изготовления исключает перечисленные воэможности, так как позволяет производить только одновременную термическую обработку всех слоев изделия в целом.Предлагаемый способ изготовления много- слойных изделий позволяет исключить недостатки известного способа - уменьшить термическую деформацию и получить изделия с прочным диффузионным соединением различных керамических материалов,отличающихся как по составу, так и по режиму обработки. В таблице 1 приведены свойства изделий, полученных известным и предлагаемым способом.Применение многослойных феррит-керамических изделий с СВЧ-приборах высокого уровня мощности позволит увеличить пропускаемые мощности и повысит надежность прибора.9Формула изобретения Составитель Г. Фомина Тех ред О,Андрейко,Редактор С. Лыжова Корректор М. Пожо Тираж 702 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 6047/6 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная; 4 692814 10ния слоев, после холодного прессования порошка феррита его подвергают горячему прессоваСпособ изготовления слоистых феррит-кера. нию до плотности 91-98% от теоретической имических изделий, включающий засыпку в фор. шлифуют до класса 7, после чего засыпаютму порошка феррита, его формование методом 5 керамический порошок.изостатического холодного прессования, эасып- Источники информации,ку порошка керамики с последующим изостати. принятые во внимание при экспертизеческим холодным и горячим прессованием, 1. Авторскоесвидетельство СССР У 407647,о т л и,ч а ю щ и й с я тем, что, с целью кл. В 22 Р 3/14, 1971,снижения деформации при термообработке и 10 2. Патент Франции М 2210469,кл В 22 Р 3/04,увеличения прочности диффузионного соедине- опублик, 1974.