RU2427554C1 - Method to make vacuum-tight products from ceramic material for electronic equipment - Google Patents
Method to make vacuum-tight products from ceramic material for electronic equipment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427554C1 RU2427554C1 RU2010112335/03A RU2010112335A RU2427554C1 RU 2427554 C1 RU2427554 C1 RU 2427554C1 RU 2010112335/03 A RU2010112335/03 A RU 2010112335/03A RU 2010112335 A RU2010112335 A RU 2010112335A RU 2427554 C1 RU2427554 C1 RU 2427554C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- products
- binder
- ceramic material
- vacuum
- Prior art date
Links
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000012778 molding material Substances 0.000 claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 5
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 abstract 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCEXQRKSUSSDFT-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Mo] Chemical compound [Mn].[Mo] PCEXQRKSUSSDFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003110 molding sand Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, а именно к изготовлению вакуум-плотных изделий из керамических материалов, в частности окон ввода или вывода энергии СВЧ электронных приборов, в том числе мощных.The invention relates to electronic equipment, namely to the manufacture of vacuum-dense products from ceramic materials, in particular, windows for inputting or outputting energy from microwave electronic devices, including powerful ones.
Электронные сверхвысокочастотные (СВЧ) приборы и особенно мощные предъявляют жесткие требования к изделиям из керамического материала, заключающиеся в обеспечении высоких вакуум-плотных и, электрических, и механических характеристик (далее характеристик), в том числе:Electronic microwave devices and especially powerful ones impose stringent requirements on products made of ceramic material, which are to provide high vacuum-tight and electrical and mechanical characteristics (hereinafter referred to as characteristics), including:
- низких диэлектрических потерь в диапазоне СВЧ (10-11)6 Гц,- low dielectric loss in the microwave range (10-11) 6 Hz,
- низких значений тангенса угла диэлектрических потерь,- low values of the dielectric loss tangent,
- высокой термо-, и механической, и электрической прочности.- high thermo-, and mechanical, and electric strength.
Данные характеристики во многом определяются как составом керамического материала, методом его изготовления, так и методом формирования самих изделий из него.These characteristics are largely determined by the composition of the ceramic material, the method of its manufacture, and the method of forming the products themselves from it.
Известен способ холодного формования заготовок для вакуум-плотных изделий из керамических порошковых материалов и устройство для его осуществления, включающий двустороннее приложение осевых усилий. При этом к порошку сначала прикладывают одностороннее осевое усилие, затем к заготовке прикладывают многосторонние боковые сжимающие и сдвигающие усилия в направлениях, нормальных к осевому, после чего прикладывают противонаправленное начальному осевое усилие [1].A known method of cold forming blanks for vacuum-dense products of ceramic powder materials and a device for its implementation, including two-sided application of axial forces. At the same time, a one-sided axial force is first applied to the powder, then multilateral lateral compressive and shear forces are applied to the workpiece in directions normal to the axial one, after which an initial axial force is applied in the opposite direction [1].
Такое многократное изменение направлений усилий приводит к оптимизации упаковки исходного фракционного состава керамического порошкового материала и оптимальному изменению его фракционного состава в силу дробления хрупких частиц и истирания пластичных частиц, и, как следствие этого, к повышению плотности порошковых заготовок, и увеличению равномерности распределения плотности как по высоте, так по сечению заготовок, и, как следствие, к повышению характеристик.Such a multiple change in the direction of efforts leads to optimization of the packing of the initial fractional composition of the ceramic powder material and an optimal change in its fractional composition due to crushing of brittle particles and abrasion of plastic particles, and, as a result, to an increase in the density of powder billets and an increase in the uniformity of density distribution as height, so over the cross section of the workpieces, and, as a result, to increase the characteristics.
Что особенно актуально для хрупких керамических порошковых материалов, которые широко применяются в электронной технике СВЧ, таких как ферритовые материалы, материалы на основе оксидов (Al2O3, ZrO2 и др.), карбидов (SiC, TiC и др.), нитридов (Si3N4 и др.).This is especially true for brittle ceramic powder materials, which are widely used in microwave electronic equipment, such as ferrite materials, materials based on oxides (Al 2 O 3 , ZrO 2 , etc.), carbides (SiC, TiC, etc.), nitrides (Si 3 N 4 and others).
Однако данные способ и устройство для его осуществления достаточно сложны и, особенно, с точки зрения промышленного применения.However, these method and device for its implementation are quite complex and, especially, from the point of view of industrial applications.
Известен способ изготовления вакуум-плотных изделий из керамического материала на основе оксида алюминия, включающий помол прокаленного оксида алюминия с диоксидом кремния - минерализатором, дегидратацию полученного спека оксидов посредством низкотемпературного обжига, перемешивание со связующим в гидроакустическом роторном аппарате, формирование сырца, предварительный - низкотемпературный - обжиг, спекание и охлаждение [2], в котором помол оксидов керамического материала осуществляют до получения удельной поверхности не менее 10500 см2/г, обработку со связующим в гидроакустическом аппарате проводят при скорости вращения ротора не менее 3000 об/мин, предварительный - низкотемпературный - обжиг ведут в печи сопротивления по режиму - скорость подъема температуры до 220°С 20±5°/ч, до 360°С 40±5°/ч, до 1100°С 90±10°/ч, выдержка при 1100±20°C в течение 50-60 мин, охлаждение 8-16 ч, обжигают в вакуумной печи при давлении 10-2 Па по режиму - нагрев до 1200°С за 25-30 мин, до 1600°С со скоростью 80±5°/ч, выдержка при максимальной температуре 60±10 мин, охлаждение в печи со скоростью 300-400°С/ч.A known method of manufacturing vacuum-dense products from a ceramic material based on aluminum oxide, including grinding calcined alumina with silicon dioxide - mineralizer, dehydration of the obtained oxide cake by low-temperature firing, mixing with a binder in a sonar rotary apparatus, forming raw material, preliminary - low-temperature - firing , sintering and cooling [2], in which the grinding of ceramic material oxides is carried out to obtain a specific surface area of at least 10500 s m 2 / g, processing with a binder in a sonar apparatus is carried out at a rotor speed of at least 3000 rpm, preliminary - low-temperature - firing is carried out in a resistance furnace according to the regime - temperature rise speed to 220 ° C 20 ± 5 ° / h, up to 360 ° C 40 ± 5 ° / h, up to 1100 ° C 90 ± 10 ° / h, holding at 1100 ± 20 ° C for 50-60 min, cooling 8-16 h, burn in a vacuum oven at a pressure of 10 -2 Pa according to the regime - heating to 1200 ° C in 25-30 min, to 1600 ° C at a speed of 80 ± 5 ° / h, holding at a maximum temperature of 60 ± 10 min, cooling in an oven at a speed of 300-400 ° C / h.
Данный способ в силу того, что он обеспечивает очень тонкий помол, требует сложного технологического оборудования для его осуществления.This method, due to the fact that it provides a very fine grinding, requires sophisticated technological equipment for its implementation.
Не сказано, но можно предположить, что формирование изделий осуществляют методом горячего литья под давлением.It is not said, but it can be assumed that the formation of products is carried out by hot injection molding.
Метод горячего литья под давлением, безусловно, обладает рядом преимуществ, таких как обеспечение изделиям:The method of hot injection molding, of course, has several advantages, such as providing products:
- высокой плотности и однородности,- high density and uniformity,
- изотропности свойств,- isotropic properties
- литья в широком ассортименте с точки зрения их формы.- castings in a wide range in terms of their shape.
Кроме того, не предъявляет особых требований к материалу литьевой формы.In addition, it does not impose special requirements on the mold material.
Однако указанные выше преимущества имеют место быть на заготовках изделий, имеющих толщину не более 6-8 мм.However, the above advantages take place on blanks of products having a thickness of not more than 6-8 mm.
При последующей же термообработке заготовок изделий с толщиной более 6-8 мм качество последних резко ухудшается из-за появления большого количества трещин и, как следствие, ухудшаются характеристики изделий.During subsequent heat treatment of product blanks with a thickness of more than 6-8 mm, the quality of the latter deteriorates sharply due to the appearance of a large number of cracks and, as a result, the product characteristics deteriorate.
Более того, в силу использования в данном способе в качестве минерализатора диоксида кремния, который отличается невысокой диэлектрической проницаемостью, соответственно керамический материал и изделия из него отличаются также невысокой диэлектрической проницаемостью.Moreover, due to the use of silicon dioxide as a mineralizer in this method, which is characterized by a low dielectric constant, the ceramic material and articles thereof are also characterized by a low dielectric constant.
Известен способ изготовления керамических изделий, заключающийся в том, что для приготовления формовочной массы в порошок оксида магния вводят связующее, ингредиенты перемешивают при комнатной температуре до однородного состояния и выдерживают 5-10 ч, затем из полученной формовочной массы проводят формование изделий и обжиг, в котором в качестве связующего используют безводный дигидроортофосфат магния Mg(H2PO4)2, приготовление формовочной массы осуществляют смешением 5-15 мас.% связующего и 85-95 мас.% оксида магния, перед выдерживанием к смеси также при перемешивании добавляют 2-7 мас.% воды по отношению к массе связующего, а обжиг отформованных изделий проводят при температуре 150-300°С [3 - прототип].A known method for the manufacture of ceramic products, which consists in the fact that to prepare the molding material, a binder is introduced into the magnesium oxide powder, the ingredients are mixed at room temperature until smooth and held for 5-10 hours, then the molding is fired and fired from the obtained molding material, in which used as the binder anhydrous magnesium dihydrogen Mg (H 2 PO 4) 2, preparation of the molding material is performed by mixing 5-15 wt.% binder, and 85-95 wt.% of magnesium oxide, before exposure to cm B also was added with stirring 7.2% by weight of water relative to the weight of the binder, and firing the molded articles is carried out at a temperature of 150-300 ° C. [3 - prototype]..
При этом формование изделий осуществляют посредством холодного прессования с усилием 700-1200 кГ/см2.While molding products is carried out by cold pressing with a force of 700-1200 kg / cm 2 .
Данный способ, в силу состава керамического материала, имеет ограниченные функциональные возможности, прежде всего, с точки зрения получения керамического материала с более широким спектром заданных характеристик, а именно вакуум-плотных, и электрических, и механических.This method, due to the composition of the ceramic material, has limited functionality, primarily from the point of view of obtaining a ceramic material with a wider range of desired characteristics, namely vacuum-tight, electrical and mechanical.
Более того, наличие в изделиях остаточных компонентов связующего - безводного дигидроортофосфата магния - является не желательной примесью, ухудшающей характеристики изделий.Moreover, the presence in the products of the residual components of the binder - anhydrous magnesium dihydroorthophosphate - is an undesirable impurity that impairs the characteristics of the products.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей с точки зрения обеспечения широкого спектра заданных характеристик изделий из керамического материала, а именно вакуум-плотных, и электрических, и механических характеристик, обеспечение высокой воспроизводимости и выхода годных.The technical result of the invention is the expansion of functionality from the point of view of providing a wide range of desired characteristics of products made of ceramic material, namely vacuum-tight, and electrical, and mechanical characteristics, ensuring high reproducibility and yield.
Указанный технический результат достигается способом изготовления вакуум-плотных изделий из керамического материала для электронной техники, включающим приготовление формовочной массы из, по меньшей мере, одного оксида химического элемента и связующего в заданном их соотношении посредством их смешивания, перемешивания до однородного состояния и активации, формования из формовочной массы заданных изделий посредством холодного прессования с усилием не менее 700 кГ/см2 с последующим обжигом, в котором при приготовлении формовочной массы используют заданный порошок спека на основе оксида алюминия с удельной поверхностью (4,5-6,0)×103 см2/г, а в качестве связующего используют временное связующее - парафин или поливиниловый спирт в количестве (16-18) мас.% от общей массы упомянутого спека, а активацию осуществляют посредством протирания через мелкоячеистое сито 0,25-0,28 мм, а обжиг изделий проводят в восстановительной среде по режиму - подъем температуры до 1630-1650°С в течение 7-8 ч, выдержка при этой температуре в течение 4-5 ч и охлаждение в течение 7-8 ч до нормальной температуры, изделия шлифуют до чистоты не менее 9 класса, проводят прокалку при температуре 1300-1350°С, наносят заданное металлизационное покрытие на заданные поверхности изделий, при этом некоторые технологические особенности задаются временным связующим.The specified technical result is achieved by a method of manufacturing vacuum-dense articles of ceramic material for electronic equipment, including the preparation of the molding mass from at least one oxide of a chemical element and a binder in a predetermined ratio by mixing them, mixing to a uniform state and activating, molding from molding composition specified articles by cold pressing with a force of not less than 700 kgf / cm 2, followed by calcination, wherein in preparing the molding weight s using predetermined sinter powder based on aluminum oxide with a specific surface area (4,5-6,0) × March 10 cm 2 / g and used as the binder temporary binder - paraffin or polyvinyl alcohol in an amount of (16-18) wt. % of the total mass of the aforementioned cake, and activation is carried out by wiping 0.25-0.28 mm through a fine-mesh sieve, and the products are fired in a reducing medium according to the regime - raising the temperature to 1630-1650 ° C for 7-8 hours, holding at this temperature for 4-5 hours and cooling for 7-8 hours to normal temperature, product is ground to a purity of at least grade 9, calcination is carried out at a temperature of 1300-1350 ° C, is applied a predetermined metallized coating on predetermined surfaces of articles, and some technological features set temporary binder.
Заданный порошок спека на основе оксида алюминия содержит оксиды из группы - оксид кремния, оксид магния, оксид марганца, оксид хрома.The specified alumina-based sinter powder contains oxides from the group — silicon oxide, magnesium oxide, manganese oxide, chromium oxide.
В случае использования связующего - парафина - перед смешиванием порошок спека и парафин нагревают до температуры (40-60) и (60-80)°С соответственно, вливают расплав парафина в порошок спека при тщательном их перемешивании до однородного состояния, а перед обжигом изделий проводят выжиг связующего - парафина - в окислительной среде при температуре 980-1000°С в течение 35-36 ч.In the case of using a binder - paraffin - before mixing, the sinter powder and paraffin are heated to a temperature of (40-60) and (60-80) ° С, respectively, paraffin melt is poured into the sinter powder with thorough mixing until homogeneous, and before firing the products burning a binder - paraffin - in an oxidizing medium at a temperature of 980-1000 ° C for 35-36 hours
В случае использования связующего - поливинилового спирта, перед смешиванием с порошком спека поливиниловый спирт равномерно рассыпают по поверхности воды до полного его набухания с последующей варкой при температуре 95-100°С в течение 10-15 минут до состояния вязкости, равной 8-10 Па·с·103, обеспечивающей оптимальную смачиваемость порошка спека.In the case of using a binder - polyvinyl alcohol, before mixing the cake with sinter powder, polyvinyl alcohol is uniformly sprinkled on the surface of the water until it completely swells, followed by boiling at a temperature of 95-100 ° C for 10-15 minutes to a viscosity state of 8-10 Pa · with · 10 3 , providing optimal wettability of the powder cake.
Заданные конфигурация и геометрические размеры изделий определяются пресс-формой.The specified configuration and geometric dimensions of the products are determined by the mold.
Материал металлизационного покрытия задается вакуум-плотным изделием.The metallization coating material is defined by a vacuum-tight product.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Предложенная совокупность признаков способа изготовления вакуум-плотных изделий из керамического материала обеспечивает следующее.The proposed set of features of a method for manufacturing vacuum-dense articles of ceramic material provides the following.
Использование при приготовлении формовочной массы заданного порошка спека на основе оксида алюминия и оксидов из группы - оксид кремния, оксид магния, оксид марганца, оксид хрома обеспечивает расширение функциональных возможностей, а именно получение керамического материала и соответственно изделий из него с широким спектром заданных характеристик, в том числе с высокой вакуум-плотностью и низкой диэлектрической проницаемостью.Use in the preparation of the molding material of a given sinter powder based on aluminum oxide and oxides from the group of silicon oxide, magnesium oxide, manganese oxide, chromium oxide provides enhanced functionality, namely the production of ceramic material and, accordingly, products from it with a wide range of desired characteristics, in including high vacuum density and low dielectric constant.
Использование порошка спека с удельной поверхностью (4,5-6,0)×103 см2/г обеспечивает повышение пластичности формовочной массы и тем самым качественное холодное прессование и, как следствие, высокие вакуум-плотные, и электрические, и механические характеристики.The use of sinter powder with a specific surface area (4.5-6.0) × 10 3 cm 2 / g provides an increase in the plasticity of the molding material and thereby high-quality cold pressing and, as a result, high vacuum-tight and electrical and mechanical characteristics.
Использование в качестве связующего временного связующего - парафина или поливинилового спирта в количестве (16-18) мас.% от количества порошка спека, в силу гидрофобных свойств и парафина, и поливинилового спирта, которые еще более усиливаются в результате указанной соответствующей их обработки (некоторые технологические особенности), обеспечивает формовочной массе, каждый, с одной стороны, высокую сыпучесть, а с другой стороны, высокую гидрофобность - не способность смачиваться водой, в результате максимального насыщения порошка спека гидрофобным связующим.The use of a temporary binder as a binder - paraffin or polyvinyl alcohol in an amount of (16-18) wt.% Of the amount of sinter powder, due to the hydrophobic properties of both paraffin and polyvinyl alcohol, which are further enhanced as a result of their respective processing (some technological features), provides the molding material, each, on the one hand, high flowability, and on the other hand, high hydrophobicity - not the ability to be wetted by water, as a result of maximum saturation of the powder sinter Drophobic binder.
И как следствие этого, оптимизация упаковки исходного фракционного состава порошка спека на основе оксида алюминия и оптимизация изменения его фракционного состава и тем самым повышение плотности и однородности формовочной массы и, как следствие, обеспечение заданных высоких вакуум-плотных, и электрических, и механических характеристик, повышение воспроизводимости и выхода годных.And as a result of this, optimization of the packaging of the initial fractional composition of sinter powder based on aluminum oxide and optimization of changes in its fractional composition and thereby increase the density and uniformity of the molding material and, as a result, ensure the specified high vacuum-tight, and electrical, and mechanical characteristics, increase reproducibility and yield.
Следует отметить, что высокая гидрофобность формовочной массы обеспечивает сохранение ее высокой сыпучести в течение требуемого времени до операции холодного прессования в естественных условиях ее хранения и, как следствие, повышение воспроизводимости и выхода годных.It should be noted that the high hydrophobicity of the molding material ensures the preservation of its high flowability for the required time before the cold pressing operation in the natural conditions of its storage and, as a result, the increase in reproducibility and yield.
Более того, в силу свойств этих связующих, которые позволяют так или иначе в процессе последующих технологических операций полностью удалить их из керамического материала как уже нежелательную примесь и, как следствие, высокие характеристики изделий.Moreover, due to the properties of these binders, which allow one way or another in the process of subsequent technological operations to completely remove them from the ceramic material as an undesirable impurity and, as a consequence, high product characteristics.
Кроме того, в силу того, что указанные связующие обладают смазывающим свойством, они значительно увеличивают срок действия технологической оснастки.In addition, due to the fact that these binders have a lubricating property, they significantly increase the life of the tooling.
Проведение активации формовочной массы посредством протирания через мелкоячеистое сито размером, равным 0,25-0,28 мм, обеспечивает оптимальную дисперсность порошка формовочной массы и тем самым однородность его структуры и, как следствие, высокие вакуум-плотные характеристики, воспроизводимость и выход годных.The activation of the molding material by wiping through a fine-mesh sieve with a size of 0.25-0.28 mm ensures the optimum dispersion of the powder of the molding material and thereby the uniformity of its structure and, as a result, high vacuum-tight characteristics, reproducibility and yield.
Проведение обжига отформованных изделий в восстановительной среде по указанному режиму - подъем температуры до 1630-1650°С в течение 8 ч, выдержка при этой температуре в течение 4 ч и охлаждение до нормальной температуры в течение 8 ч обеспечивает керамическому материалу изделия:Carrying out firing of molded products in a reducing medium according to the specified mode — raising the temperature to 1630-1650 ° C for 8 hours, holding at this temperature for 4 hours and cooling to normal temperature for 8 hours provides the ceramic material of the product:
во-первых, высокую плотность и, как следствие, высокую вакуум-плотность,firstly, high density and, as a result, high vacuum density,
во-вторых, оптимальное соотношение кристаллофазы - стеклофазы - газовой фазы (пор) и, как следствие, высокие вакуум-плотность и механическую прочность.secondly, the optimal ratio of crystallophase - glass phase - gas phase (pore) and, as a result, high vacuum density and mechanical strength.
Шлифовка изделий до чистоты поверхности не менее 7 класса обеспечивает заданные геометрические размеры и, как следствие, высокие воспроизводимость и выход годных.Grinding products to a surface finish of at least class 7 provides specified geometric dimensions and, as a result, high reproducibility and yield.
Проведение прокалки изделия при температуре 1300-1350°С обеспечивает:Calcination of the product at a temperature of 1300-1350 ° C provides:
во-первых, качественную очистку поверхности изделий, firstly, high-quality cleaning of the surface of products,
во-вторых, качественное заданное металлизационное покрытие на заданных поверхностях изделий,secondly, high-quality specified metallization coating on given surfaces of products,
в-третьих, сохранение геометрических размеров.thirdly, the preservation of geometric dimensions.
Использование порошка спека с удельной поверхностью как менее 4,5×103, так и более 6,0×103 см2/г не желательно, так как приводит к снижению пластичности формовочной массы и тем самым к снижению качества прессования и, как следствие, снижению вакуум-плотных, и электрических, и механических характеристик.The use of cake powder with a specific surface of less than 4.5 × 10 3 , and more than 6.0 × 10 3 cm 2 / g is not desirable, as it leads to a decrease in the plasticity of the molding material and thereby to a decrease in the quality of pressing and, as a result , decrease in vacuum-tight, and electrical, and mechanical characteristics.
Соотношение связующего менее 16 мас.% и более 18% от общей массы порошка спека не желательно, так как приводит в первом случае к снижению пластичности формовочной массы и тем самым снижению качества прессования и, как следствие, к снижению вакуум-плотных, и электрических, и механических характеристик, а во втором - к увеличению усадки изделий и тем самым нарушению геометрических размеров и, как следствие, к снижению воспроизводимости и выхода годных.The ratio of the binder of less than 16 wt.% And more than 18% of the total mass of sinter powder is not desirable, since in the first case it leads to a decrease in the plasticity of the molding material and thereby a decrease in the quality of pressing and, as a result, to a decrease in vacuum-tight and electrical and mechanical characteristics, and in the second - to increase the shrinkage of products and thereby violate the geometric dimensions and, as a result, to reduce reproducibility and yield.
Осуществление активации формовочной массы посредством мелкоячеистого сита менее 0,25 и более 0,28 мкм не обеспечивает оптимальную дисперсность порошка формовочной массы и тем самым однородность его структуры и приводит, как указано выше, к снижению вакуум-плотности, воспроизводимости и выхода годных.The implementation of the activation of the molding material by means of a fine mesh sieve of less than 0.25 and more than 0.28 μm does not provide the optimum dispersion of the powder of the molding material and thereby the uniformity of its structure and, as indicated above, leads to a decrease in vacuum density, reproducibility and yield.
Проведение обжига отформованных изделий при режимах, выходящих за указанные пределы, не желательно, так как приводит (слева) к снижению вакуум-плотности, а (справа) к снижению механической прочности.The firing of molded products under conditions beyond these limits is not desirable, since it leads (on the left) to a decrease in vacuum density, and (on the right) to a decrease in mechanical strength.
Чистота поверхности изделия менее 7 класса не обеспечивает в полной мере заданные геометрические размеры.The surface cleanliness of the product less than 7 classes does not fully provide the specified geometric dimensions.
Прокалка при температуре менее 1300°С не эффективна, а более не желательна из-за возможной деформации изделий - уход геометрических размеров.Calcination at a temperature of less than 1300 ° C is not effective, and is no longer desirable because of the possible deformation of the products - leaving geometric dimensions.
И то и другое приводит к снижению воспроизводимости и выхода годных.Both that and another leads to a decrease in reproducibility and yield.
Примеры реализации заявленного способа рассмотрены при изготовлении тест-образцов окна вывода энергии СВЧ, предназначенных для мощных электронных вакуумных приборов.Examples of the implementation of the claimed method are considered in the manufacture of test samples of the microwave energy output window intended for high-power electronic vacuum devices.
Пример 1. Частный случай, когда в качестве временного связующего берут парафин.Example 1. A special case when paraffin is taken as a temporary binder.
Приготавливают порошок формовочной массы.Prepare powder molding sand.
Для этого берут порошок спека вакуум-плотной керамики ВК94-1, состоящий из оксида алюминия, оксида кремния, оксида марганца и оксида хрома с удельной поверхностью (4,5-6,0)×103 см2/г в количестве 83 мас.% и парафин марки П-2 ГОСТ 23683-89 в количестве 17 мас.%.To do this, take the sinter powder of vacuum-tight ceramics VK94-1, consisting of aluminum oxide, silicon oxide, manganese oxide and chromium oxide with a specific surface area (4.5-6.0) × 10 3 cm 2 / g in an amount of 83 wt. % and paraffin brand P-2 GOST 23683-89 in an amount of 17 wt.%.
Перед смешиванием указанные компоненты формовочной массы нагревают до температуры 50 и 70°С соответственно, вливают расплав парафина в порошок спека при тщательном их перемешивании до однородного состояния посредством камерного вибро-вакуум-смесителя и осуществляют активацию посредством протирания через мелкоячеистое сито размером 25 мкм.Before mixing, these components of the molding material are heated to a temperature of 50 and 70 ° C, respectively, the paraffin melt is poured into the sinter powder with thorough mixing until it is homogeneous by means of a chamber vibro-vacuum mixer and activated by wiping through a fine-mesh sieve of 25 μm in size.
Далее формируют из приготовленной формовочной массы изделие посредством холодного прессования с усилием 800 кГ/см2 в заданной пресс-форме, проводят выжиг из отформованного изделия связующего - парафина в окислительной среде при температуре 990°С в течение 35,5 ч, далее осуществляют обжиг изделий в восстановительной среде по режиму - подъем температуры до 1640°С в течение 7,5 ч, выдержка при этой температуре в течение 4,5 ч и охлаждение в течение 7,5 ч до нормальной температуры, далее изделия шлифуют до чистоты поверхности не менее 7 класса, проводят прокалку при температуре 1330°С, наносят металлизационное покрытие молибден-марганец, например методом ротационной печати заданных поверхностей изделий с последующим ее вжиганием при температуре 1360°С.Next, the product is formed from the prepared molding material by cold pressing with a force of 800 kg / cm 2 in a given mold, the binder - paraffin is burned from the molded product in an oxidizing medium at a temperature of 990 ° C for 35.5 hours, then the products are fired in the reducing medium according to the regime - raising the temperature to 1640 ° C for 7.5 hours, holding at this temperature for 4.5 hours and cooling for 7.5 hours to normal temperature, then the products are ground to a surface cleanliness of at least 7 class spend n rokalka at a temperature of 1330 ° C, a molybdenum-manganese metallization coating is applied, for example, by the method of rotational printing of predetermined product surfaces, followed by its annealing at a temperature of 1360 ° C.
Примеры 2-3. Аналогично примеру 1 изготовлены тест-образцы окна вывода энергии СВЧ, но при других технологических режимах, указанных в формуле изобретения.Examples 2-3. Analogously to example 1, test samples of the microwave energy output window were manufactured, but under other technological conditions specified in the claims.
Пример 4-6. Аналогично примерам 1-3 изготовлены тест образцы окна вывода энергии СВЧ - частный случай, когда в качестве временного связующего берут поливиниловый спирт марки ПВС 7/1 ГОСТ 10779-79.Example 4-6. Similarly to examples 1-3, test samples of the microwave energy output window were made — a special case when polyvinyl alcohol of the PVS 7/1 grade GOST 10779-79 is taken as a temporary binder.
При этом перед смешиванием с порошком спека поливиниловый спирт равномерно рассыпают по поверхности воды до полного его набухания с последующей его варкой при температуре 97,5°C в течение 12,5 минут до состояния вязкости, равной 9 Па·с·103.In this case, before mixing with the sinter powder, polyvinyl alcohol is uniformly sprinkled on the surface of the water until it completely swells and then boils it at a temperature of 97.5 ° C for 12.5 minutes to a viscosity state of 9 Pa · s · 10 3 .
Примеры 7-8 и 9-10. Аналогично примерам 1 и 4 соответственно изготовлены тест-образцы окна вывода энергии СВЧ, но при технологических режимах, выходящих за пределы, указанные в формуле изобретения.Examples 7-8 and 9-10. Similarly to examples 1 and 4, respectively, test samples of the microwave energy output window were manufactured, but under technological conditions that went beyond the limits indicated in the claims.
На изготовленных тест-образцах окна вывода энергии СВЧ были измерены:On the manufactured test samples, the microwave energy output windows were measured:
- диэлектрическая проницаемость при частоте 106 Гц и температуре не более 20°С стандартным резонансным методом, ГОСТ 8.544-86;- dielectric constant at a frequency of 10 6 Hz and a temperature of not more than 20 ° C by the standard resonant method, GOST 8.544-86;
- значения тангенса угла диэлектрических потерь при частоте 106 Гц и температуре не более 20°С согласно КРПГ.25 806.00003 ТИ.- values of the dielectric loss tangent at a frequency of 10 6 Hz and a temperature of not more than 20 ° C according to KRPG.25 806.00003 TI.
А также упомянутые тест-образцы были испытаны:And also the mentioned test samples were tested:
- на механическую прочность на изгиб согласно КРПГ.25803.00005 ТИ,- mechanical bending strength according to KRPG.25803.00005 TI,
- на герметичность на гелиевом течеискателе типа ПТИ-10.- for tightness on a helium leak detector type PTI-10.
Герметичность должна быть по скорости натекания не хуже 1,3×10-11 м3Па/с.The tightness should be no worse than 1.3 × 10 -11 m 3 Pa / s in leakage rate.
Данные представлены в таблице.The data are presented in the table.
Как видно из таблицы, тест-образцы вывода энергии СВЧ, изготовленные согласно заявленному способу, имеют низкие значения:As can be seen from the table, microwave energy output test samples made according to the claimed method have low values:
- диэлектрической проницаемости не более 9,35,- dielectric constant of not more than 9.35,
- тангенса угла диэлектрических потерь не более 7,3×10-4.- the dielectric loss tangent is not more than 7.3 × 10 -4 .
И успешно прошли указанные выше испытания:And successfully passed the above tests:
- без механических разрушений, механическая прочность не менее 350 МПа,- without mechanical damage, mechanical strength of at least 350 MPa,
- с герметичностью по скорости натекания не хуже 1,3×10-11 м3Па/с (примеры 1-6).- with tightness in leakage rate of not worse than 1.3 × 10 -11 m 3 Pa / s (examples 1-6).
В отличие от тест-образцов вывода энергии СВЧ, изготовленных с технологическими параметрами, выходящими за пределы, указанные в формуле изобретения, которые имеют значительно более высокие значения:Unlike test samples of microwave energy output, manufactured with technological parameters that go beyond the limits specified in the claims, which have significantly higher values:
- диэлектрической проницаемости порядка 10-11,- dielectric constant of the order of 10-11,
- тангенса угла диэлектрических потерь 14-15×10-4.- dielectric loss tangent 14-15 × 10 -4 .
Что не соответствует заданным характеристикам.What does not meet the specified characteristics.
Мало того, в данных образцах обнаружены трещины и нарушена герметичность.Moreover, cracks were found in these samples and the tightness was broken.
Таким образом, заявленный способ изготовления вакуум-плотных изделий из керамического материала по сравнению с прототипом обеспечит расширение функциональных возможностей с точки зрения обеспечения широкого спектра заданных характеристик, а именно заданных и при этом высоких вакуум-плотных, и электрических, и механических характеристик, обеспечение высокой воспроизводимости и выхода годных.Thus, the claimed method of manufacturing vacuum-dense articles of ceramic material in comparison with the prototype will provide enhanced functionality in terms of providing a wide range of desired characteristics, namely given and at the same time high vacuum-tight, and electrical, and mechanical characteristics, ensuring high reproducibility and yield.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2040368, МПК B22F 3/02, приоритет 01.03.93, опубл. 25.07.95.1. RF patent No. 2040368, IPC B22F 3/02, priority 01.03.93, publ. 07/25/95.
2. Заявка на изобретение №2001108205, МПК С04В 35/111, дата подачи заявки 26.03 01, дата публ. заявки 10.03.03.2. Application for invention No. 2001108205, IPC С04В 35/111, application filing date 26.03 01, date publ. applications 10.03.03.
3. Патент РФ №2342344, МПК С04В 35/00, приоритет 22/04/07, опубл. 27.12.08 - прототип.3. RF patent No. 2342344, IPC С04В 35/00, priority 22/04/07, publ. 12/27/08 - a prototype.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010112335/03A RU2427554C1 (en) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | Method to make vacuum-tight products from ceramic material for electronic equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010112335/03A RU2427554C1 (en) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | Method to make vacuum-tight products from ceramic material for electronic equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2427554C1 true RU2427554C1 (en) | 2011-08-27 |
Family
ID=44756725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010112335/03A RU2427554C1 (en) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | Method to make vacuum-tight products from ceramic material for electronic equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2427554C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793109C1 (en) * | 2022-08-23 | 2023-03-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела механохимии Сибирского отделения Российской академии наук | Vacuum-tight low-conductivity ceramic material and method for its production |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4319808C1 (en) * | 1993-06-15 | 1994-07-28 | Schott Glaswerke | Process for the production of natural stone-like, plate-shaped construction and decoration materials |
| RU2072970C1 (en) * | 1994-11-18 | 1997-02-10 | Юрий Карлович Лингарт | Method of manufacturing decorative and facing articles |
| RU2079471C1 (en) * | 1994-05-05 | 1997-05-20 | Акционерное общество открытого типа "Боровичский комбинат огнеупоров" | Refractory mortar powder |
| RU2342344C2 (en) * | 2007-02-22 | 2008-12-27 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Method of obtaining ceramic products |
| RU2360764C1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Manufacturing method of ceramic molds by removed patterns |
-
2010
- 2010-03-30 RU RU2010112335/03A patent/RU2427554C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4319808C1 (en) * | 1993-06-15 | 1994-07-28 | Schott Glaswerke | Process for the production of natural stone-like, plate-shaped construction and decoration materials |
| RU2079471C1 (en) * | 1994-05-05 | 1997-05-20 | Акционерное общество открытого типа "Боровичский комбинат огнеупоров" | Refractory mortar powder |
| RU2072970C1 (en) * | 1994-11-18 | 1997-02-10 | Юрий Карлович Лингарт | Method of manufacturing decorative and facing articles |
| RU2342344C2 (en) * | 2007-02-22 | 2008-12-27 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Method of obtaining ceramic products |
| RU2360764C1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Manufacturing method of ceramic molds by removed patterns |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793109C1 (en) * | 2022-08-23 | 2023-03-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела механохимии Сибирского отделения Российской академии наук | Vacuum-tight low-conductivity ceramic material and method for its production |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dhara et al. | A simple direct casting route to ceramic foams | |
| CN114262230B (en) | Silicon nitride-silicon carbide porous ceramic wave-absorbing material and preparation method thereof | |
| Chen et al. | Microstructure and mechanical properties of hydroxyapatite obtained by gel-casting process | |
| Akpinar et al. | In situ mullite foam fabrication using microwave energy | |
| CN102093039A (en) | High-intensity alumina ceramic material and low temperature sintering method thereof | |
| Marie et al. | Debinding and sintering optimization of stereolithography based silicon nitride parts for attaining centimetric wall-thickness shapes | |
| CN108178636B (en) | Si3N4/SiC composite wave-absorbing ceramic and preparation method thereof | |
| Jia et al. | Characterization of porous silicon nitride/silicon oxynitride composite ceramics produced by sol infiltration | |
| KR20170109515A (en) | Porous silicon nitride sintered body and method for manufacturing the same | |
| CN101531538B (en) | Preparation method of near net-shape of porous silicon nitride/silicon oxynitride ceramic composite material | |
| Wang et al. | Joining of advanced ceramics in green state | |
| RU2427554C1 (en) | Method to make vacuum-tight products from ceramic material for electronic equipment | |
| KR101470322B1 (en) | Aluminum Nitride ceramics with high strength and the method of low temperature sintering thereof | |
| JP2625226B2 (en) | Manufacturing method of microwave device | |
| CN113173788A (en) | Rapid sintering preparation method of infrared transparent ceramic | |
| WO2018015941A1 (en) | Low-cost process of manufacturing transparent spinel | |
| CN111848199A (en) | High-thermal-shock long-service-life sagger and preparation method thereof | |
| CN114075079A (en) | Preparation method of Si3N4/BAS-based ceramic material | |
| RU2540674C2 (en) | Method of making articles from silicon nitride | |
| CN112079631B (en) | Low-dielectric LTCC material with near-zero temperature coefficient and preparation method thereof | |
| CN103804007A (en) | In-situ synthesis mullite whisker-toughened ceramic heat accumulator and preparation method thereof | |
| CN113548887A (en) | A kind of titanate microwave dielectric ceramic and preparation method thereof | |
| JP2009051705A (en) | Silicon / silicon carbide composite material, production method thereof and evaluation method thereof | |
| JP2002283244A (en) | Finishing whetstone and method of manufacturing the same | |
| Binner et al. | Microwave hybrid sintering of nanostructured YSZ ceramics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160225 |