Шликер для изготовления корундовой керамики Советский патент 1985 года по МПК C04B35/10 C04B35/63 C04B35/107 

Изобретение относится к составам шликеров для формования керамически пленок, применякщихся в электронной промышленности для изготовления под ложек, использующихся в качестве ди электрического элемента пассивной части гибридных интегральных схем СВЧ-приборов. Известен состав шликера Cl 3 Для литья керамических пленок на замкну тую, непрерьшно движущуюся пластмас совую (полистирольную или полиэтиле новую) ленту, включающий, мае.ч.: Наполнитель (глинозем)52-53 Связка45-48 Однако использование шликера ука занного состава пожаро- и взрывоопа но, так как он содержит связку из легко воспламеняющихся и горючих ве ществ, мае.ч.: Ацетон 42,9-47,5 Бензин 42,9-47,5 Каучук5,0-0,4 Наиболее близким техническим реш нием к предлагаемому является шлике 2 для изготовления керамики, соде жащий кера{ ческий наполнитель, вод растворимую связку на основе поливи нилового спирта, комбинированный пластификатор из смеси глицерина с полиэтиленгликолем и смачиватель - оксиэтилированньй алкилфенол, мае.% Кераьшческий 53,0-68,7 наполнитель Поливиниловый 2,0-5,0 спирт 0,6-6,0 Глицерин Полиэтилен0,5-5,0 гликоль Оксиэтилированный алкил0,1-0,4 фенол Вода (дистилли19,4-39,3 рованная) Шликер известного состава обеспе чивает пожаро и взрывобезопасность производства. Недостатком известного шликера я ляется то, что керамическая пленка, отлитая из него, плохо отлипает от поверхности пластмассовой ленты литейной машины, что ведет к снижению количества изготавливаемых из керамической пленки (из-за ее разрывов) заготовок керамических изделий. Кро 5 того, при замене керамического наполнителя - титаната бария на легированньй оксидом магния глинозем для получения корундовой керамики при высокотемпературном обжиге наблюдается повышенная рекристаллизация корундовых зерен, вызывающая понижение плотности изделий и повьшение внутри- и межзерновой пористости, что отрицательно сказывается на качестве полированной поверхности изделий (снижается класс чистоты полированной поверхности), их диэлектрических свойствах, а, следовательно, приводит к уменьшению конечного выхода годной продукции. Целью изобретения является обеспечение непрерывного формования на подвижной пластмассовой ленте пожарой взрывобезопасйых керамических пленочных заготовок, повьшение класса чистоты полированной поверхности и увеличение выхода годных изделий. Поставленная цель достигается тем, что шликер для изготовления корундовой , содержащий глинозем, легированный MgO, поливиниловый спирт, глицерин и воду, содержит воу деионизированную и дополнительно этиловый спирт, оксихлорид ал1дашния и гидроксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.%: Поливиниловый 3,0-4,0 спирт 5,0-6,0 Глицерин Вода деионизи25,0-30,0 рованная Этиловый спирт 1,0-2,0 Оксихлор1;д 2,992-4,987 алюминия Гидроксид 0,008-0,013 магния Глинозем, легированный MgO Остальное Для получения предлагаемого шликера в предварительно приготовленном водном растворе этилового спирта при постоянном перемешивании и нагревании (358t5K) последовательно растворяют оксихлорид алк 1иния - А12(СЖ)уС1 продукт термического разложения на воздухе при 453i5K шестиводного хлог рцда алю 4иния квалификации ч.д.а. и гидроксид магния квалификации ч.д.а. Водно-этаноловый раствор легированной магнием глиноземной связки (на 99,7 мае,ч. оксида алюминия приходится 0,3 мае.ч. оксида магния) процеживают через сито № 01, охлаждают до комнатной температуры и засыпают в него порошок поливинилового спирта. Полученную массу нагревают до 358t5K и перемешивают до образования прозрачного раствора, в который вливают глицерин, а затем после завершения гомогенизации раствор процеяшвают через сито № 025. Приготовленная таКИМ образом связка заливается в барабан шаровой мельницы и туда же загружают порошок наполнителя и мелющие тела (соотношение по массе шликер: :мелющие тела 1:1). После перемешивания шликер процеживают через сито № 05, ваку мируют при разрежении не ниже 1,33 Па и отливают из него кераьическую пленку нужной толщины, из которой после подсушки и отделения от поверхности пластмассовой ленточной основы, вырубают по трафарету заготовки керамических изделий-подложек требуемых размеров. Керамические заготовки обжигают сначала на воздухе при 1573i5K, а затем в вакууме при . Обожженные изделия подвергают механической обработке шлифовке, поли{ювке и обрезке, после чего направляют на технический контроль.

Замена в шликере неионогенных поверхностно-активных веществ - полиэтиленгликоля и оксиэтилированного алкилфенола, к 1зываквц1х вспенивание шликера, на этиловый спирт, выполиякщий роль пеногаснтеля, способствует СНИЖЕНИЮ вовлечения воздуха в керамическую пленку во время ее литья и одновременно сокращению длительности сушки ленточной отливки.

Добавка в состав шликера оксихлорида алюминия, водный раствор которого проявляет клеющие свойства, позволяет снизить в составе шликера содержакие временного органического связующего удаляющегося из керамической массы при нагревании, что ведет к снижению усадки изделий при обжиге, а также дает возможность уменьшить общее число и размеры пор в изделиях как после сушки, так и после их обжига.

Добавка в шликер совместно с оксихлоридом гидроксида магиия

не только интенсифицирует процесс спекания корундовых изделий, но и ингибирует рекристаллизационный рост зерен наполнителя, что способствует повьш1ению плотности н механической прочности изделий, увеличению выхода годных изделий при одновременном улучшении качества готовой продукции за счет повьяпения класса чистоты полированной поверхности корундовых подложек в результате снижения общего фона пор и шероховатости полированной поверхности.

Пример. Для проведения испытания готовят 2 кг шликера, 500 г деионизированной воды смешиваюг с 20 г этилового спирта и в полученном растворе, нагретом до 358t2K, растворяют (при постоянном перемешивании) последовательно 59,84 г оксихлорида алюминия и 0,16 г гидроксида магния. После процеживания через сито № 01 и охлаждения до 298К в полученной водно-этанол-глиноземной связке растворяют (при 35812К) поливиниловый спирт, а затем глицерин, соответственно в количестве 60 и too г. Образовавшийся раствор процеживают через сито If 025 в барабан шаровой мельницы и туда же засыпают порошок наполнителя - глинозем марки ГЛМК с удельной поверхностью 0,85 в количестве 1260 г, а также 2 кг корундовых шаров диаметром 20 мм. Шликер (состав 1) перемешивают 6 ч при вращении барабана со скоростью 65 об/мин, процеживают через сито № 05 и 3 ч вакуумируют при разреже.нии 0,133 Па.

Из шликера отливают (на полистирольной ленте ракельной литейной машины) керамическую пленку шириной 220 мм и тош(иной 1, 5 мм. После подсушки и отделения от ленточной основы из керамической пленки вырубают заготовки керамических изделий. Последние обжигают в воздушной среде при 1593t10K, затем - в вакууме при 1998t25K. После завершения процесса спекания подложки шлифуют, полируют, обрезают и испытывают.

Составы шликеров приведены в табл.1, а свойства шликеров, отлитых, из них пленок и изготовленных из нее корундовых подложек, приведены в табл.2.

Таблица 1

ШЛИКЕР ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРУНДОВОЙ КЕРАМЖИ,содержащий глинозем, легированНьй MgO, поливиниловьй спирт, глицерин и воду, отличающийся тем, что, с целью обеспечения непрерывного гформования на подвижкой пластмассовой ленте пожаро- и в зрьшо без опасных кера мических пленочных заготовок, повышения класса чистоты полированной поверхности и увеличения выхода годных изделий, он содержит воду деионизированную и дополнительно этиловый спирт, оксихлорид алюминия и гидроксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.%г Полив и НИЛ о в ЫЙ 3,0-4,0 спирт 5,0-6,0 Глицерин Вода дсионизи25,0-30,0 рованная 1,0-2,0 Этиловый спирт (Л Оксихлорид 2,992-4,987 алюминия Гидроксид 0,008-0,013 магния Глинозем, легированный Остальное MgO ел 4; ГО 4;аь сл

Вода дистиллированнаяВода деионизиро25,027,530,0 ванная 1,01,52,0 Этиловый спирт Оксихлорид алю2,9923,994,987 миния 0,0080,010,013 Гидроксид магния Поливиниловьй 3,03,5 4,0 спирт 5,0 . 5,5 6,0 Глицерин Титанат бария Глинозем марки 63,0 58,0 53,0 Ацетон Бензин Каучук ПолиэтиленгликольОксиэтилированный алкилфенол 29,35 29,35 4,031,0 0,52,5 2,4945,486 0,0060,014 2,54,5 3,5 4,56,5 3,3 6,0 50,0 Формуемость пленкиХорошая Хоро- Хорошая шая Отлипаемость пленки от органической лентынорителя Хоро- Хоро- Удовшая шая летвоПлотность подложек, кг/м 3980 3985 3980 Предел прочности на изгиб, 43-45 47-49 43-46 МПа Мак с имал ьньй размер зерен 15-20 10-15 10-20 корунда, мкм Средний размер пор основного 1-2 1-3 фона, мкм Класс чистоты полированной 13-14 14 поверхности Диэлектрическая проницаемость (298 К, частота 1 МГц) 9,91 9,91 9,91 Диэле кт рические потери (293 К, частота 1 МГц), tgrf-IO Удельное объемное электросопротивление(423 К), р-Ю Ом-см 1,5-1,9 1,5-1,9 1,5О&ций выход

годных изделий,% 48-53 49-53 47-51

Таблица 2 ритель3975

30-32 13-14

О Комку- Расплы-Хорошая Хорошая -ется вается Плохая- Пло- Плохая- Плохаярвется хая - рвется рвется рвется 3960 3970 32-35 32-37 0-25 10-20 12-13 2 ,92 9,92

9115424510

Как видно из данных табл.1 и 2,ствами, характерными для выпускаемых

обобщающих результаты испытаний пред-промышленностью поликоровых подложек,

лагэемого шликера, а также шликеровувеличивается на 4-7%. (1 и Czl, использование предлагаемого шликера для изготовления вакуун- 5 Снижение максимальных размеров

плотной корундовой керамики позволя-зерен корунда и среднего размера пор

ет осуществить непрерывное формова-в керамическом материале в результание на пластмассовой ленте керами-те подавления эффекта рекристаплизаческой пленки из шликера на водораст-ции при высокотемпературном спекании

воримой связке, устраняющей взрыво- позволяет повысить сортность конечной

и пожароопасность на технологическихпродукции за счет улучшения полируепределах приготовления шликера и ли-мости поверхности изделий. Это oco-f

тья керамической пленки. Общий вы-бенно важно при изготовлении керамиход годных изделий со стабильно вое-ческих подложек для тонкопленочных

производимыми диэлектрическими свой- схем.