книги из ГПНТБ / Бушминский, И. П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства учеб. пособие

са. Для этого применяют колпачки из винипласта или фторопласта. Щели между формой и колпачками зали­ ваются лаком, изготовленным на основе сухой смолы ПХВ, растворенной в смеси ацетона и толуола с добав­ кой метиловой синьки.

Рассмотрим в качестве примера приспособление, в ко­ тором крепятся оправки для наращивания двойного вол­ новодного тройника (рис. 2.13). Основой приспособления является жесткий корпус 2, детали которого изготов­ ляются из текстолита. Эта конструкция позволяет надеж­ но закрепить форму для наращивания, состоящую из трех частей, предварительно тщательно взаимно подо­ гнанных. Детали формы крепятся друг относительно дру­ га с помощью штифтов. Положение формы относительно центра регулируется перемещением эбонитовых винтов 3, 7 и с помощью гаек 6. Контактный узел приспособления состоит из втулки 8, положение которой при сборке при­ способления регулируется гайками 5 и 6, латунного кон­ такта 9, являющегося промежуточным звеном между токоподводящей шиной (условно не показана) и оправ­ кой 1. Токоподводящая шина навертывается на резьбу втулки 8 до плотного и надежного соприкосновения с го­ ловкой контакта. Для предотвращения попадания элект­ ролита в выточки гаек 3 и 7 и предохранения торцов оправки от заращивания медью в эти выточки запрессо­ ваны фторопластовые шайбы 4. Они упруги и имеют высокую стойкость к различным агрессивным электро­ литам, плотно облегают концы оправки, одновременно определяя габаритные размеры наращиваемой заго­ товки.

После установки в приспособление и обезжиривания формы в этиловом спирте производится операция нара­ щивания. Наносимый гальванический осадок должен быть плотным, однородным на всей поверхности формы, мелкокристаллическим, механически прочным и обла­ дать малым электрическим сопротивлением.

Для получения токонесущей поверхности волновода на оправку гальванически наращивается серебро, кото­ рое затем покрывается медью. Наращивание меди произ­ водится в колодцевых ваннах с перемешиванием и непре­ рывной фильтрацией электролитов при вращении катодной и анодной штанг со скоростью 10 об/мин.

В табл. 2.13 приведены составы часто применяемых электролитов меднения и режимы их осаждения.

121

Наиболее часто применяется пирофосфатный электро­ лит. В последнее время его вытесняет кремнефтористый электролит, позволяющий вести наращивание волновод­ ных корпусов при повышенных плотностях тока, что зна­ чительно снижает время наращивания (в 6—7 раз по сравнению с сернокислым электролитом).

122

Температура электролита не должна превышать 20—■ 25° С, ее повышение увеличивает количество кристаллов в осадке, вызывает депдритообразование и усиливает гидролиз кремнефтористовородной кислоты с выделени­ ем коллоидной кремниевой кислоты.

Для предотвращения дендритообразования начальная плотность тока должна составлять не более 2 а/дм2 в те­ чение первых четырех часов. Затем постепенно повыша­ ют плотность тока до 10—12 а/дм2. Для того чтобы из­ бежать повышения температуры при работе с большой плотностью тока, ванна должна быть оборудована холо­ дильной установкой. Обычно это змеевик с проточной холодной водой.

Время наращивания зависит от требуемой толщины. Для 2—4 миллиметрового покрытия оно лежит в преде­ лах 25—40 ч. Аноды завешиваются в бязевых чехлах. Соотношение катодной и анодной поверхности 1 :3. Оправки должны загружаться на электролиз под током.

Перед повторным завешиванием оправки производят ее травление в течение 3 сек в азотной кислоте с после­ дующей промывкой в холодной воде, которое необхо­ димо для удаления пленки окислов с поверхности осадка.

Удаление неразрушаемьтх оправок из наращенного волноводного корпуса производится одним из следующих способов.

Если оправка изготовлена из нержавеющей стали или титановых сплавов, в результате плохого сцепления по­ крытия с этими металлами производится поверхностное отделение. При этом снятие волноводных корпусов с форм осуществляется на ручном приспособлении или гидравлическом прессе (рис. 2.12, 2.14) не позднее, чем через 24 ч после наращивания.

Если форма разъемная, то ее отделяют по частям, в зависимости от конструкции. При извлечении форм используются приспособления, чтобы обеспечить направ­ ление движения формы.

Когда оправка изготовлена из инвара, а волноводный корпус — из меди или серебра, разница коэффициентов теплового расширения формы и осадка достаточно вели­ ка, что позволяет при нагревании корпуса удалить фор­

123

му с малыми усилиями и без деформаций. Нагревание применяется и для удаления форм из нержавеющей ста­ ли. Для миллиметрового диапазона волноводные корпу­ са настолько малы, что использование разницы коэффи­

зии покрытия к металлу формы и получить высокое ка­ чество токонесущей поверхности.

С помощью возвратных форм можно получить волно­ водные корпуса по 2-му классу точности. Основной при­

124

чиной их неточности (помимо неточности формы) яв­ ляется сжатие корпуса в момент извлечения оправки. Чистота токонесущей поверхности корпуса несколько

Удаление их производится вытравливанием или выплав­ лением. Если для изготовления формы используются алюминиевые сплавы, то для их растворения используют щелочи (например, NaOH).

При изготовлении волноводов миллиметрового диа­ пазона скорость травления мала (вследствие малой по­ верхности взаимодействия и трудности удаления отходов растворения), а время на выполнение процесса велико. Длительная выдержка токонесущей поверхности в щело­ чи приводит к образованию на ней раковин, что вызы­ вает ухудшение электрических параметров волноводного корпуса и его брак. Так, при концентрации едкого натра 150—200 г/л и температуре раствора 90—100° С раст­ равливание канала волновода составляет 0,14 мкм/ч при длительности процесса 15—20 ч.

Уменьшение растравливания достигается использова­ нием пустотелых оправок. При этом процесс травления идет относительно равномерно. Скорость растворения оправки можно увеличить повышением температуры ще­ лочи до 150—250° С. Применение для форм сплавов алю­ миния, содержащих медь, ускоряет процесс растворения.

При использовании для изготовления разрушаемых форм сплавов, имеющих низкую температуру плавления, точность размеров и чистота токонесущей поверхности волноводных корпусов ниже, чем у корпусов, полученных на формах из алюминиевых сплавов.

Применение невозвратных форм из легкоплавких сплавов затруднительно из-за сложности полного удале­ ния сплава из полученного волноводного корпуса.

В качестве материала для невозвратной формы ис­ пользуют воск. Для того чтобы поверхность восковой формы была токопроводящей, ее покрывают тонким сло­ ем химически осажденного серебра.

125

Качество волноводного корпуса, изготовленного элект­ ролитическим наращиванием, зависит от точности моде­ ли и плотности тока при осаждении: чем ниже плотность тока, тем плотнее осадок и меньше внутренние напряже­ ния. В зависимости от площади покрываемой поверх­ ности и требуемой толщины осадка процесс осаждения продолжается от нескольких часов до нескольких суток: обеспечивая высокую точность геометрических размеров,

Рис. 2.15. Форма для гальванического наращивания волноводного корпуса:

чистоту токонесущей поверхности. Метод электролити­ ческого наращивания позволяет получить волноводные устройства с хорошими электрическими характеристика­ ми. Однако их прочностные характеристики (вибропроч­ ность, прочность на изгиб и т. д.) очень низкие.

Для устранения этого недостатка применяется по­ следующая заливка полученных волноводных корпусов эпоксидными смолами или опрессовывание пресс-мате­ риалами. Процесс заключается в следующем. На форму производят наращивание осадка — вначале серебра, за­ тем меди. Изменяя плотность тока, добиваются, чтобы внешняя поверхность полученного волноводного корпуса была шероховатой. Это необходимо для улучшения сцеп­ ления эпоксидной смолы или пресс-материала с осаж­ денным металлом. Затем на поверхность корпуса, полу­ ченного электроосаждением, наносят слой БФ-4 и высушивают при комнатной температуре. Он является промежуточным слоем между металлом покрытия и эпок­

126

сидной смолой или пресс-материалами и необходим для лучшего сцепления между ними.

Обработанный таким образом корпус спрессовывает­ ся пресс-материалом в пресс-форме или заливается эпок­ сидным компаундом. После отверждения диэлектрика

верхности формы должна быть не менее 0,8 мм. Наличие дендритов на поверхности осадка может привести к его разрыву в процессе опрессовки.

Для получения волноводов сложной конфигурации или малых сечений используется литьевое прессование в съемных формах при температуре 150—160° С.

127

изготовление оправки; А — допустимый максимальный зазор между фланцевой оправкой и торцем формы 0,04—0,05 мм, если толщина покрытия меньше 0,15 мм\ во избежание прорыва слоя покрытия этот зазор делает­

В процессе эксплуатации и при хранении волновод­ ные корпуса, опрессовыванные АГ-4В, имеют тенденцию к некоторому уменьшению размеров. Искусственное старение позволяет стабилизировать эти размеры. Оно осуществляется прогревом корпусов непосредственно после опрессовки в пресс-форме до 130±5°С в течение

3—5 ч.

Достоинством волноводных корпусов такой конструк­ ции является высокая механическая прочность и вибро­ устойчивость. Недостаток обусловлен высоким ТКЛР пластмассы; это меняет геометрические размеры при из­ менении температуры, а следовательно, и электрические характеристики волноводных устройств, особенно рабо­ тающих в миллиметровом диапазоне.

Для заливки волноводных корпусов применяется эпоксидная «мола ЭД-6 с отвердителем МТГФА (метилтетрагидрофталевый ангидрид). Лучшая адгезия с эпок­ сидной смолой получается у поверхностей, покрытых железом. Поэтому после меднения можно покрывать по­ верхность осадка железом в железосульфатном электро­

= 2,5—3,0, при комнатной температуре.

Если покрытие железом нецелесообразно из-за усло­ вий эксплуатации узла, то медный слой необходимо пе­ ред заливкой слегка протравить (в растворе 6,3 г FeCl3, 16 мл HN03 концентрированной, 200 мл Н20) в течение Ш—30 сек при комнатной температуре. Для заливки

128

применяется компаунд, состоящий из смолы ЭД-6, отвердителя ПЭПА (полиэтиленполиамина) и пластифика­ тора— дибутилфталата. Корпуса, залитые эпоксидным компаундом с отвердителем МТГФА, необходимо про­ греть при 140° С в течение 4 ч, а корпуса, залитые ком­ паундом с отвердителем ПЭПА, после выдержки на воздухе в течение 1 ч необходимо прогреть 1—2 ч при 150° С. Такая термическая обработка улучшает механи­ ческие свойства компаундов и стабилизирует размеры волновода.

При использовании волноводных корпусов этой кон­ струкции можно изготавливать сложные волноводные устройства с относительно низкими затратами и хоро­ шими электрическими и механическими характеристи­ ками.

Изготовление волноводных корпусов гальваническим методом надо организовать на специализированном участке: специализация будет носить предметный харак­ тер, что даст большие преимущества, так как оборудо­ вание, применяемое для изготовления корпусов, универ­ сально и может эксплуатироваться с высоким коэффи­ циентом использования. Кроме того, выполнение производственного цикла на одном участке дает воз­ можность непрерывности производственного процесса, уменьшает транспортные расходы, сокращает время из­ готовления деталей, повышает специализацию при ме­ ханической обработке и упрощает планирование.

На участке можно изготавливать волноводные корпу­ са различной конструкции. Но так как длительность их изготовления сравнима, то это позволяет организовать поточные линии. На производственном участке выпол­ няются следующие технологические процессы:

гальванические — серебрение, гальванопластическое наращивание меди в щелочных и кислых электролитах; механические — сборка и разборка форм, слесарные, сверлильные, токарные и фрезерные работы с оконча­

тельной отделкой корпусов после опрессовки;

риалами.

Приведем данные для участка с годовой программой. 50 000 корпусов. Участок спроектирован из расчета мно­ гономенклатурного и мелкосерийного изготоятюция кор­ пусов: