книги из ГПНТБ / Соломоник И.Ш. Производство керамических деталей радиоаппаратуры

П Р Е Д И С Л О В И Е

Настоящая книга составлена по материалам лекций, по­ священных производству керамических радиодеталей, прочи­ танных автором в период с 1962 по 1967 год в Томском инсти­ туте радиоэлектроники и электронной техники для студентов радиотехнического факультета.

В связи с тем, что по новым учебным планам, принятым в 1967 г., потребовалось значительно усилить подготовку моло­ дых специалистов по конструкторско-технологическому про­ филю, с 1967/68 учебного года введен новый технологический курс «Конструкционные материалы и их обработка».

Из-за малого опыта преподавания этой дисциплины на первое время представляется целесообразным создание серии учебных пособий по различным разделам нового курса и толь­ ко после апробации их в учебном процессе подготовить учеб­

техников конструкторско-технологического профиля с общими принципами проектирования производства керамических из­ делий и выявление роли радиокерамики в современной радио­ электронной аппаратуре. Поэтому при подготовке пособия ав­ тор не ставил себе задачу рассмотреть во всем многообразии технические свойства керамических материалов, так как это является задачей специального курса «Радиоматериалы».

При подготовке книги были использованы издания отече­ ственной и зарубежной литературы по керамике, часть из ко­ торых является библиографической редкостью в учебных за­ ведениях г. Томска.

Книга снабжена справочными материалами, которые могут оказаться полезными как при выполнении курсовых и диплом­ ных работ, так и в практической деятельности конструкторов и технологов радиотехнической промышленности.

В В Е Д Е Н ИЕ

Из всех материалов, применяемых в радиотехническом производстве, керамика наилучшим образом обеспечивает раз­ нообразие физических параметров изделия и их устойчивость в самых сложных условиях эксплуатации. В зависимости от состава и режима обработки керамика может иметь свойства диэлектрика, полупроводника или проводника, магнитного или немагнитного материала. Как диэлектрик она может обладать малой, средней, большой и очень большой диэлектрической проницаемостью. Возможно получение керамических деталей с широким диапазоном магнитной проницаемости. По жела­ нию проектировщиков радиоаппаратуры можно изготовить де­ тали с требуемыми значениями температурных коэффициен­ тов линейного расширения, диэлектрической или магнитной проницаемости, а это позволяет решать задачи по сокращению (компенсации) температурной нестабильности других элемен­ тов изделия. В противоположность пластмассам керамика не обнаруживает остаточных деформаций, стойко переносит воз­ действие многих химически активных веществ, не набухает во влажной среде и не разрушается плесенью и грызунами, что весьма существенно при эксплуатации аппаратуры в тропи­ ках. Керамика поддается металлизации, что во многом решает проблему герметизации массовых узлов радиоаппаратуры: стабильных конденсаторов, индуктивностей, печатных и пле­ ночных схем. В последнее время начинается вытеснение доро­ гих пьезокварцевых элементов дешевыми керамическими де­ талями с искусственно созданным пьезоэффектом. Большие возможности открываются при использовании полупроводни­ ковых и нелинейных свойств некоторых видов керамики. Вот почему технический уровень современной радиоаппаратуры в значительной мере определяется степенью использования ке­ рамических материалов и в последнее десятилетие появилась потребность в создании новой отрасли промышленности—про­ мышленности радиокерамики, развитие которой базируется на достижениях специальных разделов физики и химии.

Большой вклад в развитие науки и производства радиоке­ рамики и радиоустройств на основе керамических масс внес­ ли советские ученые и конструкторы: Вул Б. М., Сканави Г. И., Богородицкий Н. П., Ржанов А. В., Фридберг И. Д., Будников П. П., Грибовский ГШ., Вербицкая Т. Н., Усов П. Г., Казарновский Д . М. и другие.

Г л а в а 1

СОСТАВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЕРАМИКИ

К е р а м и к а — к о н с т р у к ц и о н н ы й м а т е р и а л , по­ лучаемый спеканием однородной смеси неорганических ве­ ществ до образования монолитной структуры химически свя­ занных соединений или их твердого раствора.

§1. Фазовый состав керамики

Вкерамике принято различать кристаллическую, стекло­

видную и газовую составляющие материала.

К р и с т а л л и ч е с к а я с о с т а в л я ю щ а я керамики, как правило, представляет собой совокупность кристаллов разного физико-химического состава. Она является сложной системой, характеризующейся большим разнообразием термодинамиче­ ских свойств. Следовательно, ряд физических параметров ке­ рамических деталей: диэлектрическая проницаемость и ее температурный коэффициент, объемное сопротивление, темпе­ ратурный коэффициент линейного расширения и т. д.— пре­ допределяются соответствующими свойствами кристалличе­ ской фазы керамического материала. Наибольшее значение в производстве деталей радиоаппаратуры получили системы кислородных соединений кремния, алюминия, титана, цирко­ ния, бария, железа. В таблице 1 — 1 приводятся некоторые из отмеченных соединений и указываются целесообразные обла­ сти их применения.

С т е к л о в и д н а я ф а з а керамики связывает прослойка­ ми стекла частицы кристаллической фазы. Количество стекло­

вания твердых растворов. Стеклообразующие компоненты ке­ рамики ухудшают электрические показатели изделия, но об­ легчают технологические процессы их изготовления. В неко­ торых случаях стекловидная фаза керамики улучшает меха­ ническую прочность изделий. Большинство новых видов радио­ керамики для конденсаторов, пьезоэлементов, магнитопроводов содержит очень мало стеклообразующих материалов. Они

окислы железа и щелочи, так как они создают ионную элект­ ропроводность диэлектрика и повышают потери. Примеси уг­ лекислых и сернокислых солей могут повысить пористость и, следовательно, хрупкость деталей. Глины, каолины и бенто­ ниты, входящие в радиокерамику, имеют химический состав, соответствующий данным таблицы 1—2.

Н е п л а с т и ч н ы е м а т е р и а л ы (тальк, глинозем, дву­ окиси титана и циркония, окислы бария, магния, стронция, олова, свинца), как правило, являются основными кристаллообразующими компонентами. Т а л ь к (3 MgO-4SiOa'Ha O или 4MgO -5Si02-H2 0) является наиболее распространенным ви­ дом природного сырья, применяющимся в производстве высо­ кочастотной стеатитовой радиокерамики. Он обладает низкой электропроводностью и малой абразивностью. При выборе месторождений талька необходимо учитывать количество при­ месей окислов железа, алюминия и кальция. Окись железа ухудшает электроизоляционные свойства керамики. Большое количество окислов алюминия увеличивает потери, а много окислов кальция ухудшает технологичность изделий, так как при этом уменьшается вязкость заготовок и сужается интер­ вал спекания стеатитовой массы.

В Советском Союзе для радиокерамики лучше всего ис­ пользовать тальки Онотского и Киргетийского месторождений. В некоторых случаях для изготовления особо качественной радиокерамики вместо природных материалов, содержащих вредные примеси, используют чистые продукты — окись маг­ ния или углекислый магний.

Г л и н о з е м о м называют кристаллическую порошкообраз­ ную окись алюминия — продукт химической переработки не­ пластичного сырья. Высокочастотная керамика из глинозема обладает высокой механической прочностью, термостойко­ стью и хорошими электроизоляционными свойствами. Глинозем выпускается алюминиевой промышленностью с содержанием А12 0з не менее 99%. Различают три модификации глинозема:

шением объема на 14,3%. Поэтому использование глинозема, содержащего не меньше 85% корунда, позволяет получить за­

готовлении рутиловых керамических масс. Углекислый барий (ВаС0 3 ) и углекислый стронций (SrC03 ) применяются в мас­ сах, идущих на изготовление как конденсаторов с малой и большой диэлектрической проницаемостью, так и для устано­ вочной керамики. В природе в чистом виде бариевые и. строну