Способ изготовления керамических поглотителей энергии

НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Евсеев Алексей Алексеевич (К 2), Кошелев Александр Борисович (К 2), Шаламов Юрий Петрович (К 2),Брук Самуил Генухович (КН)(73) Государственная холдинговая компания Ульба(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ поглотитвлвй ЭНЕРГИИ(57) Использование производство поглотителей на основе оксидов титана в смеси с оксидами бериллия,магния, алюминия. Сущность изобретения спекание изделий проводят в вакууме в печи с графитовой футеровкой и о графитовым нагревателем при температуре 1450-1540 С. Положительный эффект упроЩение технологического процесса, образование более жесткой прочной и плотной керамической структуры, стабильной при механических нагрузках и термических воздействиях.Изобретение относится к технологии изготовления керамических изделий для электронной, радиотехнической промышленности и может быть использовано при производстве поглотителей на основе оксидов титана в смеси с оксидами таких металлов, как бериллий, магний, алюминий, применяемых для поглощения энергии, например, СВЧ - колебаний в мощных генераторах и усилителях ламп бегущей волны, ламп обратной волны и др.Известен способ получения оксидных поглотителей (на основе и ВеО или Т 1 О 2, и МО) путем спекания запрессованной в молибденовую трубку смеси оксидов при температуре 1300 - 1500 С в вакууме 110 - 1105 мм рт. ст. в течение 3-10 мин. (Украинский физический журнал, 1967, т.12, М 9, с.1415-1416,статья Михайлова Г.С., Лисовой Л.О., Акимович О.М. О некоторых свойствах титано-магниевых и титанобериллиевых оксидных поглотителей энергии СВЧ колебаний и электронной бомбордировки на их состав). Полученные по этому способу изделия имеют низкую плотность (70-80 от теоретической величины), сохраняют дисперсную структуру и, как следствие, имеют низкую теплопроводность, низкую поглощающую способность и, кроме того, малую механическую прочность.Известна технология изготовления керамических поглотителей на основе оксидов алюминия и титана,по которой спекание сформированных изделий до плотного состояния осуществляют в восстановительной среде контролируемого состава при температуре 15001600 С (Электронная техника. 1970, сер. 1, вып. 11, Электроника СВЧ, с. 95-102, статья Батыгина В.Н.,Ефимовой Н.В. и др. Объемные поглотители для мощных ЛБВ). Недостатком указанного способа является использование газовой восстановительной среды с жесткими требованиями к ее составу для получения керамических изделий требуемых свойств. Кроме того,полученные по этому способу изделия не обладают стабильными свойствами, в связи с чем последующие стадии их тепловой обработки (например, металлизацию и пайку с металлами) при температуре выше 1200 С необходимо проводить также в контролируемой газовой среде для сохранения поглощающих свойств. Причем, одно из требований - среда должна быть сухой, поскольку известно, что обработка во влажных средах не гарантирует сохранение поглотительных свойств керамики (Электронная техника. 1974,сер. 1, М 10, с. 101).Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ (а. с. СССР Не 769960, кл. С 04 В 35/08, 1980) по которому после смещения порошков оксидов титана и бериллия, формования заготовок,выжига связки осуществляются спекание заготовки в печи с вольфрамовым нагревателем в две стадии сначала в вакууме 110 - 1.105 мм рт.ст. при температуре 1560-1600 С в течение 30-60 мин. со скоростью подъема температуры 300-500 С в час, а затем в атмосфере сухого водорода с точкой росы (-10 С)При этом спекание в вакууме осуществляют с целью получения плотных образцов, а дополнительное спекание в атмосфере сухого водорода проводят с Целью более полного восстановления ТЮ, до Т 13 О 5,являющегося поглощающеи компонентои.Этот способ изготовления керамических поглотителей имеет ряд недостатков- практически трудно достичь требуемого глубокого вакуума, особенно в крупногабаритных промышленных печах- необходимость применения и значительный расход взрывоопасного газа - сухого водородаКроме того, необходимость проведения процесса в две стадии усложняет его из-за необходимости изменять состав среды в процессе спекания (от вакуума до наполнения водородом), затрудняет проведение непрерывного процесса и его автоматизацию.В связи с этим в промышленных условиях трудно обеспечить абсолютное выполнение указанных выще требований, а даже незначительные отклонения от них в процессе изготовления керамических изделий по указанному способу приводит к резкому сокращению выхода годных изделий в результате необратимого ухудшения их свойств. Испытания показали, что более половины керамических поглотителей,получаемых этим способом, отбраковываются из-за нестабильности свойств при термических испытаниях. Так, в частности, более 60 от общего числа готовых изделий имеют нестабильное значение коэффициента стоячей волны (КСВН) при изменении температурного режима эксплуатации от 20 С до 100 С 110 С их в приборе (АКСВН 0,2).Использование таких изделий в качестве поглотителей ухудшает эксплуатационные характеристики приборов.Термостабильность является одним из основных требований, обеспечивающих возможность эффективного использования керамических поглотителей энергии в электронных и др. приборах. Основной задачей,на решение которой направлено изобретение, является разработка условий спекания, обеспечивающих гарантированное получение изделий с заданными стабильными свойствами.Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления керамических поглотителей энергии,включающем смешение порошков оксидов, формование заготовок и спекание изделий в вакууме, согласно изобретению, спекание проводят в печи с графитовой футеровкой и графитовым нагревателем при температуре 1450-1540 С.Проведение спекания в печи с графитовой футеровкой и с графитовым нагревателем позволяет исключить вторую стадию спекания и использование в качестве восстановителя сухого водорода, что значительно упрощает технологию, снижает требователь 5 ность технологии к жесткому контролю за составом восстановительной среды, исключает вероятность отклонений от требуемого режима, а следовательно,исключает И вероятность отклонений от заданных свойств готовых изделий.Использование графитовой футеровки и графитового нагревателя при температуре 1450-1540 С в вакууме 1.102 - 5102 мм рт.ст. позволяет создать необходимую восстановительную атмосферу И условия для эффективного и полного восстановления ТЮ 2 в Т 13 О 5 и для получения изделия высокой плотности и механической прочности. Кроме того, в отличие от прототипа в указанных условиях отпадает необходимость создания глубокого вакуума. Процесс эффективно протекает И в вакууме 1102 - 5.102 мм рт.ст.При осуществлении изобретения плотность спеченнь 1 х изделий составляет 97 - 99,4 от теоретической, механическая прочность -1841-3080 кгс/см 2 (в зависимости от температуры спекания), выход годных изделий, отвечающих требованию термостабильности КСВН составляет 100 (АКСВН 0,1).Возможность осуществления способа показана в приведенном ниже примере.В качестве исходных материалов используют порошок двуокиси титана, отвечающий требованиям ТУ 6-10-727-87 или ТУ 6-10-2138-88 и порошок оксида бериллия, отвечающий требованиям ТУ 95-143-79. Порошок ТЮ, предварительно прокаливают для полного перевода его в форму рутила.Исходные порошки щихтуют в требуемом соотношении (например, 30 вес. двуокиси титана и 70 вес. оксида бериллия) в вибрационной мельнице до полного усреднения смеси.Из полученной смеси формуют заготовки нужной формы, например, в виде трубок, которые после спекания и соответствующей механической обработкИ разрезают на шайбы. Из формованных изделий удаляют связку при термической обработке И спекают в вакууме 1102 - 5102 мм рт.ст. в печи с графитовой футеровкой и графитовым нагревателем при температуре 1450-1540 С в течение 30-60 мин. при скорости нагрева, например, 250-300 С/час.При таком режиме спекания изделия приобретают плотность 97-99,4 от теоретической величины,механическую прочность почти во всех случаях более 2000 кг/см 2. По температурным испытаниям этих изделий при 20 С - 110 С 1 10 С, имитирующим условия эксплуатации в приборах, выявлена 100 ная годность изделий, отвечающих требованиям термостабильности КСВН (АКСВН 0,1).По заявляемому способу возможно осуществлять получение поглотителей на основе других оксидов, например, оксида магния и оксида алюминия. При этом достигается также стабилизация свойств указанных изделий, упрощение технологического процесса.Из данных таблицы видно, что при проведении процесса спекания при температуре ниже 1450 С наблюдается значительное снижение плотности и механической прочности заготовок, что затрудняет проведение обработки при массовом изготовлении изделий в промышленных условиях, поскольку увеличивается склонность к образованию сколов и трещин.Кроме того, использование спеченных при этой температуре изделий ухудшает прочные свойства металлокерамических узлов для различных устройств и приборов, в которых они используются, а также снижает прочность адгезии металлизационного покрытия, нанесенного на эти Изделия.При спекании в интервале температур до 1520 С наблюдается повышение плотности и механической прочности. При дальнейшем повышении температуры спекания прочность и плотность заготовок снижается. При спекании изделий при 1600 С и выше наблюдается приваривание заготовок друг к другу,деформация, оставление, что резко уменьшает выход годных заготовок (отмечается более чем 80 брака по АКСВН), при 1560 С значения АКСВН 5 0,2.То есть в интервале температур спекания 1450 1540 С удается получить заготовки, обладающие вь 1 сокой механической прочностью, высокой плотностью, термостабильностью КСВН (АКСВН 0,1). По сравнению с образцами, изготовленными по прототипу, образцы, изготовленные по заявляемому способу, характеризуются не только термостабильноетьо КСВН (АКСВН 0,1 в 100 готовых изделий), но и почти во всех случаях большей плотностью и механической прочностью. Согласно ТУ 001.115-78, разработанным на керамический материал на основе окиси бериллия (70 вес.) и окиси титана (30 вес.) получаемый по способу по а.с. СССР Не 769960, предел прочности при статическом изгибе составляет не менее 1500 кгс/см 2. По описанию изобретения к а. с. СССР Не 769960 прочность таких изделий составляет 2100 1 100 кгс/см 2, а плотность 94-96 от теоретической. Заявляемый же способ позволяет получить такие изделия с прочностью до 3080 кгс/см 2, плотностью до 99,4 от теоретической.Таким образом присутствие графита, т.е. углерода, а также его окиси в зоне спекания изделий обеспечивает образование в заявляемом режиме более жесткой прочности и плотной керамической структуры, стабильной при механических нагрузках и термических воздействиях.Способ изготовления керамических поглотителей энергии, включающий смешение порошков оксидов, формование заготовок И слевание Изделий в вакууме, отличающийся тем, что спекание проводят в печи с графитовой футеровкой и с графитовым нагревателем при температуре 1450-1540 С.Таблица Результаты спекания изделий 1) из смеси оксидов бериллия ( 70 вес. ) и титана (30 вес. ) в печи с графитовойПлотность 2) Механическая (при темпергь Продолжи- изделии, изготовленных спеченных прочность при термическихМ тура тельность и изделии, от статическом испытаниях опыта спекания, спекания, Потеоритической изгибе 3), при 20 С С Час 2 о предлагаемому по прототипу величины кгс/см 100 С 10П 1 0,1 Испытания на АКСВН конфигурации,а 1 0,1 спеченных по способу1) Изделия в виде трубок внешним диаметром 17,8 мм, внутренним - 6 мм, длиной - 60 мм.2) Плотность спеченных изделий определяли на указанных в 1) трубках.3) Прочность спеченных изделий определяли на стержнях-свидетелях диаметром 71 мм, длиной 62 мм.4) Определение АКСВН проводили на товарных изделиях типа шайба с внешним диаметром 15 мм - 0,035 мм, с внутренним диаметром 6 мм - 0,048 мм и высотой 1,9 - 0,06 мм.5) Оптимальное значение АКСВН 0,2 установлено в соответствии с требованиями потребителей предприятий электронной промышленности.Верстка Казпатент, исполнитель Л.Н.Анищенко Корректор А.Б. Халтурин Ответственный за выпуск 3.3. Фаизова