Способ получения заготовок изделий из оксидной керамики Советский патент 1993 года по МПК C04B35/00 

Изобретение относится к технологий получения изделий из оксидной керамики. Оно может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности, при производстве деталей радиоэлектронной аппаратуры.

I Целью изобретения является улучше- ниф технологических свойств композиции, повышение деформационно-прочностных характеристик заготовок.

Цель достигается тем, что в известном способе приготовления композиции для получения полуфабрикатов керамических изде; лий, заключающемся в смешении оксидных порошков, полимерного связующего, растворителя и пластификатора, компоненты порошков и связующего выбирают таким образом, чтобы выполнялось условие д ехр ( В1-В2- 0,970 )-l 1 - In Bi

00 CJ 00

Ю

2

ы

I a) В гдеВ1-К1 Ј ni(xp-xi), B2 - K2 2 mj до, i 1 j 1

a - количество различных оксидов в керамике,

m - мольная доля каждого оксида в керамике,

х0 - 9,99 эВ - электроотрицательность кислорода,

xi - электроотрицательность катиона, входящего в оксид, эВ, Ki 0,317 1/эВ,

В - количество полимеров в связующем,

т - мольная доля каждого полимера в связующем, .

до - дипольный момент элементарного звена полимера, D, К2 1/D, а смешение порошков и раствора полимерного связующего проводят при вязкости раствора 0,5-2,0 МПа с.

Сущность изобретения состоит в определении критерия выбора компонентов по степени физико-химического взаимодействия и оптимальной технологии их соединения в композицию.

Приведем примеры осуществления способа.

Изготавливают полуфабрикат корпусов микросхем в виде ленты сечением 68x1,0 мм. В качестве материалов используют порошки-керамики марки ВК 04-1 (1а ЯО, 027002 ТУ), стеклокерамики ПГБ-16 (ПБАО, 027002 ТУ) и электровакуумного стекла С 52-1 (ОСТ 11.027.050.80, ТХО. 027.069 ТУ), составы которых приведены в табл.1.

В качестве связующих использовали поливинилхлорид суспензионный марки С63 М (ГОСТ 14332-78Е), каучук СКН-40 (ГОСТ 77838-79) и дивинилстирольный тер- моэластопласт ДСТ-30 (ТУ 38-103267-80). Растворителем служил хлористый метилен, пластификатором - диоктилфталат (ДОФ), ГОСТ 8728-77.

В состав композиции входили (%, мае): полимерный материал -7, ДОФ -8, керамический порошок - 85, а также хлористый метилен в количестве 10-50 мл на 1 г полимерного материала,.достаточном, чтобы полностью растворить навеску полимера.

Композиции готовили следующим образом. Полимерный материал растворяли в хлористом метилене при температуре 50°С близкой к температуре кипения. Продолжая смешение, в раствор добавляли пластификатор, затем - керамический порошок. Контрольным технологическим параметрам, определяющим качество композиций, служила вязкость раствора полимера, содержащего пластификатор, с которым смешивали керамический порошок.

Динамическую вязкость определяли по ГОСТ 25276-82 с помощью прибора Реостет-2 и регулировали, изменяя количество растворителя. Для получения

композиций использовали продукты вязкости, представленной в табл.2.

Затем смесь сушили при 70°С в термошкафу до удаления растворителя. Полученную массу дробили с помощью лопастного

измельчителя. Окончательно порошок высушивали в вакуумной печи (10 Па, 70°С). После этого его загружали в экструдер и перерабатывали в ленту. Режимы экструзии, оптимизированные по критериям стабильности размеров поперечного сечения и шероховатости поверхности ленты, приведены в табл.3.

По способу-прототипу образцы готовили следующим образом. Стирол (ТУ 6-0911-2034f87) и 15%-ный водный раствор полиэтиленгликоля марки карбовакс (плотность р- 1160 кг/м3 показатель преломления по25 1,462, относительная молекулярная масса Мг 12-20 тыс.). взятые в

соотношении 1:1, перемешивали до образования однородной эмульсии. В нее вносили перекись водорода (х.ч.ГОСТ 10920-76) и бромид железа II (ч.ТУ 6-09-02-218-77) в количестве, соответственно, 0,5% и 0,02%

от массы стирола и перемешивали 4 ч при комнатной температуре. 15% мае. полученного продукта смешивали с 85% мае. керамического порошка и перерабатывали в ленту с помощью шнекового агрегата.

Заготовки деталей корпуса, вырублен ные из ленты, в засыпке из оксида магния загружали в печь. Выжигание связующих проводили при скорости нагревания 4 град/мин в режиме ступенчатого нагрева с

остановками подъема температуры при 180°С выдержка (30 мин, 330-350°С) 40-60 мин и 500°С (20 мин). Затем при той же скорости нагревания достигали температуры спекания: для ПГБ - 16-800 850°С,

ВК-94-1500°С, С52-1-750-800°С с выдержкой при этих температурах в течение 1 ч. Охлаждение заготовок происходило со скоростью 20-50 град/мин.

Ленту испытывали на растяжение по

ГОСТ 14236-81 с помощью разрывной машины модели 2038Р-005-1Р-20, определяя разрушающее напряжение а и относительное удлинение при разрыве е . Гибкость ленты определяли по ГОСТ 6806-73, изгибая ее вокруг круглых стержней и регистрируя минимальный диаметр d стержня, при изгибании вокруг которого на ленте не проявляются трещины, При хранении в комнатных условиях (15 сут) регистрировали

изменение массы Д m ленты по ГОСТ 14926-81.

Детали корпуса после спекания испытывали на изгиб сосредоточенной нагрузкой по ГОСТ 473-8,81 при расстоянии между опорами б мм и скорости нагружения 2 мм/мин.

Исходные данные для расчета параметра

А приведены в табл.4 и 5.

Расчет параметра В1 для керамических материалов, используемых в качестве пол- им|еров, выполняли следующим образом:

а

ПГБ-16: Bi - 0,317 I. ni(9,99 - xi) - . .

-0,.597(9.99 - 7,69) + 0.372 х (9.99 - 2.96Н + С.030(9,99 -4.69) -1.316.

ВК 94 - 1 -г- В1 - 0,.040(9.99 - 7,69) + (9.99 - 5.70) + 0,001 х(9.99 - 2.80) + +0.08(9.99 - 3.32) + 0.047(9.99 - 4.16) - 1.365.

В примерах использовали полимерные материалы, не являющиеся смесями, поэтому ,

для С63 М В2 К2 2 mj /4, 1.0.411 - J 1

-O.J411

1 для СКН-40 В2 - 1.0206 0.206 . для ДСТ-30 В2 1,0022 - 0.22 I Для способа-прототипа соотношение полистирола и полиэтиленгликоля в связующе м: 1:0,15 по массе, что соответствует мольным долям 0,74 и 0,26. Тогда Ва 0,74.0,022 + 0,26.0.42 - 0.125 Ниже приведен расчет параметра А для технологических вариантов, взятых в качестве примеров, в том числе, для прототипа. тГБ-16 + С63М

д ехр ( By- В2 -0.970 )- 1 j1 -In Bi

1 ехр(1316 -0.411 -0.970У-1 1 -In 1.316

jВ табл.6 даны значения параметра А для всей примеров и соответствующие им характеристики полуфабрикатов в виде ленты. Видно, что лучшим комплексом технологических характеристик обладают ленты в примерах 1, 2. 5. 11 и 12. Неудовлетвори- тел ные параметры прочности, деформа- тивности и коллоидной стабильности зарегистрированы в остальных примерах. Ле та д на связующем по способу-прототипу имеет удовлетворительные характеристики при наполнении порошком С52|-1 (пример 12) и очень низкие - при наполнении ПГБ-16 и ВК 94-1 (примеры 4 и 8)1

Для лучших примеров (1, 2. 5. 11. 12) значения А 250, для остальных - А 0,250. Плохие характеристики ленты в примерах 4 и 8 свидетельствуют об ограниченной обла- 5 сти применения способа-прототипа, в описании которого нет ограничений, касающихся свойств керамического порошка. Удовлетворительные характеристики ленты в примере 12 подтверждают наличие 10 в настоящем .изобретении универсальной закономерности, которая позволяет определить области оптимального применения как прототипа, так и других технологий изготовления полимер-керамических компо- 5 зиций для полуфабрикатов.

Оценивали влияние вязкости полимерного состава с. которым смешивали керамический порошок, на прочность изделий. Изделия в примерах 1,5-11 формировали 0 при значениях вязкости полимерного раствора, которые соответствовали пяти составам, приведенным в табл.2. В табл.7, даны значения разрушающего напряжения при изгибе и изделий из этих составов в сравне- 5 нии с изделиями, полученными по лучшему варианту способа-прототипа (пример 12).

Анализ показывает, что наибольшей прочностью обладает образцы составов 2-4, которые получены смешением керамическо- 0 го порошка и полимерного раствора вязкостью 0,5-2,0 Па/с. Это обусловлено оптимальным распределением частиц порошка в объеме образца при использовании растворов указанной вязкости. Уменьшение 5 вязкости ниже указанного предела приводит к расслоению смеси, увеличение - ухудшает смешение и приводит к расслоению смеси, увеличение - ухудшает смещение и приводит к неравномерному распределе- 0 нию частиц керамики. Образцы из стекла С52-1, соответствующие примеру 11, превосходят по прочности образцы, из того же материала, полученные способом-прототипом (пример 12).

5 Заявителю и авторам не известны мето- ды приготовления композиций на основе полимерных материалов и керамических порошков для получения полуфабрикатов в виде гибких лент и листов, согласно которым 0 связующие для керамических порошков выбирали по степени физико-химического взаг имодействия компонентов, а их смешение. Формула изобретения Способ получения заготовок изделий из 5 оксидной керамики методом экструзии, включающий приготовление связующего в виде раствора карбоцепного термопластичного полимера, смешение его с порошком оксидной керамики, экструзию полученной композиции и последующую сушку заготоnote, отличающийся тем. что, с целью улучшения технологических свойств композиций, повышения деформационно- прочностных характеристик заготовок, компоненты порошков и связующего выбирают исходя из неравенства А 0,250,

где А ехр( В1-В2-0.970)-1

гдеВ1-К1 2 П|(хо-Х|), 1 1 82- К2 2 mi ft

J 1

а - количество различных оксидов в керамике;

m - молярная доля каждого оксида в керамике;

х0 - 9,99 эВ - электроотрицательность кислорода;

xi - электроотрицательность катиона, входящего в оксид, эВ;

Кг-0,317 1/эВ;

. В-количество полимеров в связующем; mj - молярная доля каждого полимера в связующем;

// - дипольный момент элементарного звена полимера, D, Ка - 1 /D, а смешение порошков и раствора полимер ного связующего в растворителе и пласти- фикаторе проводят при вязкости раствора 0,5-2,0 Па с.

Таблица 1

Таблица 2

20

Таблица 3

Таблица 4

Таблица б

Таблица 7