КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ "ВИКОР-1" Российский патент 1998 года по МПК C04B35/10 C04B35/111 

Изобретение относится к области получения вакуумплотных материалов на основе Al₂O₃. Высокая плотность и прочность позволяет использовать разработанный материал в качестве подложек интегральных схем, керамических окон выводов энергии, износостойких изделий, изоляторов и режущего инструмента.

Известен керамический материал типа "Поликор", который изготавливается на основе технического глинозема с добавками 0,2 - 0,3 мас.% MgO [1]. Эта керамика используется для изготовления подложек микросхем, окон выводов энергии, высокотемпературных изоляторов. Недостатком данной керамики является неравномерная микроструктура по размеру кристаллов, наличие закрытой пористости 2-3%, невысокая механическая прочность, не боле 280 МПа, а также проведение спекания в вакууме при высокой температуре - более 1700^oC.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является керамический материал 22Х [2], изготавливаемый из технического γ-глинозема, содержащего 5,6 мас.% добавки системы MnO-SiO₂Cr₂O₃. Спекание производят при 1600-1650^oC на воздухе с последующим обжигом в восстановительной среде.

Недостатком данной керамики является многостадийность подготовки керамической шихты, высокая температура обжига и необходимость дополнительной термообработки в восстановительной среде с использованием водорода, что требует специального дорогостоящего оборудования, а также невысокая прочность, не более 420 МПа. Крупнокристаллическая структура (размер кристаллов 10 - 20 мкм) и высокая закрытая пористость (более 5%) не позволяют получать изделия с высокой чистотой поверхности.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение прочности и более равномерная мелкокристалическая структура.

Для достижения технического результата предлагается керамический материал, состоящий из оксида алюминия 85-90 мас.% и добавки 10-15 мас.%, содержащей компоненты в следующих соотношениях, мас. %: Al₂O₃ 5,0-53,0, ZrO₂ 23,3-50,0, SiO₂ 15,0-25,0, MgO 5,0-18,0, Y₂O₃ 1,7-5,0. Керамический материал, содержащий добавку указанного состава, не известен. При обжиге добавка образует жидкую фазу, способствующую снижению температуры спекания материала и обеспечивающую плотное сравнение кристаллов корунда между собой. Спекание керамики проходит при 1500-1550^oC как в вакууме, так и на воздухе.

Полученная керамика характеризуется равномерной кристаллизацией с преобладающим размером кристаллов 3-6 мкм, высокой прочностью 480-550 МПа, низкой пористостью не более 2,0%. При выходе за указанные пределы количества добавки системы Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂-MgO-Y₂O₃ и температуры спекания наблюдается рост кристаллов, увеличение пористости и снижение прочности.

Пример. Тонкодисперсный порошок, имеющий состав в системе Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂-MgO-Y₂O₃, получали плазмохимическим методом. Полученный оксидный порошок имел размер частиц менее 1 мкм. Указанный порошок в количестве 12 г смешивали с 88 г γ- Al₂O₃, предварительно прокаленного при 1200^oC и измельченного в вибромельнице корундовыми шарами до размера частиц менее 1 мкм. В полученную шихту вводили временную связку, обеспечивающую формование. После формования изделия обжигали на воздухе при 1530^oC. Обожженные образцы имели прочность на изгиб 550 МПа, размер кристаллов 3-4 мкм, пористость 1,5%. Аналогично были изготовлены образцы керамики, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.

Предлагаемый мелкокристаллический корундовый материал, содержащий добавку порошка, имеющего составы в системе Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂-MgO-Y₂O₃, характеризуется более высокой механической прочностью, более низкой температурой спекания по сравнению с прототипом. Преимуществом предлагаемого материала является также возможность проведения обжига на воздухе или в вакууме.

Использование: высокая прочность, равномерная мелкокристаллическая структура позволяют использовать данный материал в качестве подложек для интегральных схем, износостойких изделий, например керамических нитеводителей, пластин для механической обработки металлических изделий. Сущность изобретения: корундовый керамический материал содержит пятикомпонентную добавку на основе оксидов алюминия и циркония, позволяющую снизить температуру спекания и повысить механическую прочность. 1 табл.

Керамический материал "Виктор-1" на основе оксида алюминия, содержащий добавку смеси оксидов, отличающийся тем, что имеет равномерную мелкокристаллическую структуру с размером кристаллов 3 - 6 мкм и содержит в качестве добавки смесь оксида алюминия, оксида циркония, оксида магния, оксида кремния, оксида иттрия при следующем соотношении компонентов в добавке, мас. %:
Оксид алюминия - 5,0 - 53,0
Оксид циркония - 23,3 - 50,0
Оксид магния - 5,0 - 18,0
Оксид кремния - 15,0 - 25,0
Оксид иттрия - 1,7 - 5,0
при соотношении компонентов в материале, мас.%:
Оксид алюминия - 85 - 90
Добавка - 10 - 15к