книги из ГПНТБ / Захарьящев Л.И. Конструирование СВЧ каскадов на резонансных линиях и спиральных фильтрах

К-Ф-3, а для деталей с повышенной механической прочностью, кото­ рые должны обладать фрикционными свойствами, — К-Ф-ЗМ. Для этих же целен могут быть использованы стеклопластики, поставля­ емые в виде прессматериалов: СВАМ (стекловолокнистый анизот­ ропный пресс-материал), АГ-4, АГ-4С.

Припои. К'раономедные, латунные, алюминиевые и высокоста­ бильные керамические с токопроводящим слоем резонансные системы, а также их элементы и ряд других деталей при изготовлении СВЧ каскадов подвергаются операциям пайки. Качество пайки влияет на отклонения электромеханических параметров собранных узлов, вхо­ дящих в каскад, и «а параметры всего каскада. Поэтому вопросам пайки 'при производстве каскадов придается большое значение. Резонансные линии, исключая алюминиевые, как правило, паяются серебряными твердыми припоями марки ПСр (ПСр-25—ПСр-70), характеризующимися большим пределом прочности при растяжении

металлы. Они используются для пайки деталей и узлов, работающих в жестких климатических условиях. При панке этими припоями шов получается прочным, эластичным.

Резонансные линии и другие детали, выполненные из алюминия, паяются с помощью специальных паст-припоев или с использовани­ ем ультразвуковых паяльников. В качестве припоя для панки алюми­ ниевых линий может быть применен, к примеру, припой марки АВИА. Детали из алюминия, гальванически покрытые сплавом оло­ ва со свинцом, могут хорошо паяться любыми припоями.

Монтажная пайка тонких выводных концов, а также пайка неответственных деталей из стали и латуни, если таковая необхо­ дима, производится мягкими припоями марок ПОС-40, ПОС-61.

Флюсы для пайки металлов и сплавов. Для пайки мягкими при­ поями и облуживания медных детален и проводов, а также деталей из латуни, бронзы применяется канифоль и ее растворы: спирто-ка-

нифольный и глицорияо-канифольный. Спирто-каиифольный флюс представляет собой 30% канифоли.и 70% этилового спирта; глице-

может применяться хлористый цинк (25% хлористого цинка, 75% воды). Хлористый цинк позволяет получить герметичное и прочное соединение. При использовании этого флюса паяный шов подлежит тщательной промывке.

Для пайки алюминия и его сплавов иряпоями АВИА-1 и

20

АВИА-2 в качестве флюсов применяются 40%-нын хлористый калий, 12%-ный хлористый натрий, 15%-ный хлористый литий, 12%-иый хлористый цинк, 6%-ный хлористый магний [2.7]. Для удаления остатков флюса с поверхностей деталей паяный шов должен быть тщательно промыт.

Материалы для герметизации каскадов и их узлов. При выборе материалов для герметизации рассматриваемых каскадов необходи­ мо (помнить, что отказ в работе может произойти из-за наличия в герметнках незначительного количества примесей. Наиболее часто встречающейся примесью является вода. Кроме того, необходимо помнить, что значительная коррозия металлических деталей может быть вызвана присутствием в герметнках хлора и в особенности серы.

Вэпоксидах и полиуретанах хлор присутствует как остаточная примесь обычно в виде НС!. Использование сернистых резин огра­ ничивается их коррозирующим действием иа медные детали. Оста­ точные кислотные примеси в полиэфирных и фенолоформальдегидных смолах ограничивают «х применение из-за коррозирующего действия на медь и ее сплавы. В изделиях необходимо применять материалы, которые в разнообразных условиях эксплуатации оста­ ются химически стабильными.

Вкачестве различного рода уплотнителей СВЧ каскадов целесо­ образно применять «изделия из кремнииорганнческих каучуков марок СКТ, СКТВ, СКТУ. Каучук СКТ применяется в качестве уплотни­ телей, стойких к действию кислорода и озона, а СКТЭ, СКТВ и

сокой химической стойкостью и малой проницаемостью для воздуха. Герметизацию кабельных разъемов следует осуществлять ком­ паундом СКТ-Н или герметикой виксиит У-1-18, УТ-32. Герметик У-1-18. отличается высокой морозостойкостью (—60 °С) п теплостой­ костью (180—200°С) в течение длительного времени, влагостой­ костью и стабильностью физико-механических параметров во времени.

риалам, высокой влагостойкостью. Технологический процесс гермети­ зации с помощью УТ-32 намного упрощается по сравнению с другими герметиками вследствни того, что не требуется применения адгезивов.

При герметизации конструкций, сильно нагруженных металлом, необходимо применять эластичные компаунды. К ним относятся ком­ паунды, изготовляемые иа основе кремнииорганнческих каучуков, например, К-18, СКТ-Н, СВК-22. Кроме эластичности, они обладают хорошими электроизоляционными свойствами, высокой морозостой­ костью, теплостойкостью, влагостойкостью и стабильностью основ­ ных физико-механических и электрических параметров во времени.

Эти компаунды поставляются в виде, двух материалов—собст- . венно компаунда и отвердителя. Полимеризация их происходит без подогрева. Усадка в процессе отвердения составляет не более 0,2— 0,5%'. При работе с компаундами СКТ-Н и СВК-22 в качестве адгезива применяется клей КТ-16.

Для повышения влагостойкости открытых поверхностей конст­ рукций СВЧ каскадов и для предохранения их от механических

повреждений и защиты от пыли и грязи применяются покровные

лаки и эмали, В наибольшей мере для данного случая подходят

21

ствлять пайку. Покрытие кадмием создает хорошие условия для панки алюминия, но является дорогим. Качественным покрытием алюминия для лайки является слон сплава олова '(20—40%) со свинцом. Такое покрытие может работать в жестких условиях экс­ плуатации.

Крепежные детали из низкоуглероднстых сталей, использующие­ ся в каскадах, к которым не предъявляется никаких специальных требований, как правило, покрываются слоем цинка. Если эти дета­ ли должны быть декоративными, то следует осуществлять много­ слойное покрытие или блестящее цинкование.

Для детален, работающих с трением, например, контактные •плунжеры резонансных линий, применяются покрытия хромом, пал­ ладием или родием, хорошо сопротивляющиеся истиранию. При коррозионной защите этих деталей применяют многослойные покры­ тия типа никель — хром. Покрытие родием пли палладием наносится на осажденный слой серебра.

Токонесущие поверхности деталей, выполненных из меди или латуни, подлежат серебрению. Латунные детали I(OCH и штоки меха­

низмов перестройки, крепеж, зубчатые колеса и т. д.) часто подвер­ гают только пассивированию. Декоративность поверхностей латун­ ных деталей достигается никелированием.

Из сказанного следует, что при изготовлении СВЧ каскадов число применяемых видов покрытий весьма ограничено. Далее при­ водятся технические характеристики покрытий.

Цинкование. Цинк является активным металлом. Он легко раст­ воряется ,как в кислотах, так и в щелочах; не стоек к воздействию сернистых соединений и влажного углекислого газа. На воздухе, под влиянием указанных реагентов, тускнеет, покрывается белым нале­ том, состоящим из углекислых солен цинка. Цинкование применяет­ ся в основном для защиты от коррозии стальных изделии, соприка­ сающихся с бензином или пресной водой при температуре до 70°С.

Цинковое покрытие является анодом по отношению к железу, поэтому оно защищает сталь от коррозии электрохимически, раство­ ряясь II образуя продукты коррозии цинка. Металл основы при этом разрушению не подвергается. Длительность защитного дейст­ вия цинковых покрытий зависит от условий эксплуатации цинкован­ ных изделий и толщины слоя покрытия. Для сельской местности

в условиях высокой влажности воздуха, резких перепадов темпе­

(влажный морской воздух, загрязненная промышленными газами атмосфера) 30 мкм.

23

Повысить коррозионную устойчивость цинкового покрытия воз­ можно образованием па поверхности цинка хроматных пленок, кото­ рые получаются при химической обработке цинка в растворах солей хромовой кислоты, а также за счет образования на поверхности цинка фосфатных и оксидных пленок, получающихся при химиче­ ских и электрохимических ее обработках.

стые электролиты, содержащие определенные добавки. Цинковое покрытие имеет среднюю твердость, выдерживает развальцовку и изгибы, однако плохо спаивается и приваривается.

Цинкование деталей из алюминия применяется и антикоррози­ онных целях, дли создания поверхностного слоя, который можно •паять обычными способами и как подслои для других покрытий (меднение, хромирование). Процесс цинкования изделий из алюми­ ния может быть осуществлен как в цианистых, так и в кислых элек­ тролитах. При этом толстые (свыше 20—25 мкм) слои из цианистых электролитов осаждать ие рекомендуется вследствие образования вздутий. Цинковое покрытие в кислом электролите получается свет­ лым, беспористым, не отслаивается от алюминиевой поверхности даже при больших толщинах. С целью получения на алюминии под­

ния органических веществ и другие вещества, защитные свойства кадмиевого покрытия значительно ниже, чем цинкового. Кадмий лучше цинка покрывает углубленные места и применяется для по­ крытия деталей, имеющих жесткие допуски. Высокая пластичность кадмия используется при покрытии резьбовых деталей для гермети­ зации резьбовых соединений. Кадмиевое покрытие выдерживает изгиб, вытяжку, развальцовку. Покрытые кадмием поверхности хоро­ шо паяются оловянно-свинцовыми припоями.

Толщина кадмиевого покрытия в условиях воздействия морской атмосферы, насыщенной солевыми продуктами, выбирается [1.2]

24

ной формы — в цианистых, обладающих большей рассеивающей спо­ собностью. Цианистые электролиты обеспечивают получение мелко­ зернистых и равномерных осадков кадмия.

Для повышения противокоррозионной устойчивости кадмиевого покрытия применяется дополнительная химическая обработка кад­ мия в хроматиых растворах, обусловливающая образование иа ме­ талле пассивных пленок. При этом пассивная пленка, образующаяся на кадмии, чувствительна к повышенной темпеоатуре и разрушает­ ся при соприкосновении кадмпроваииой поверхности с горячей водой. При назначении покрытия надо помнить, что кадмий значительно дефицитнее и дороже цинка.

Никелирование. Покрытие применяется как в антикоррозион­ ных целях, а также как защитно-декоративное. В гальванической паре «никель — железо» никель, .как более положительный металл, является катодом по отношению к железу и поэтому защищает железо только при условии полной беспористостн покрытия. Вслед­ ствие этого для защиты от коррозии о атмосферных условиях нике­ лирование применяют обычно при наличии подслоя меди.

Многослойные покрытия «медь — никель — хром», а также черный никель с подслоем меди являются надежной защитой от коррозии в условиях тропиков.

Твердость никелевых покрытий может быть различной в зави­ симости от состава электролита, из которого производится осажде­ ние. Наибольшее распространение получили сернокислые электроли­ ты, отличающиеся введением в них различных добавок. Применение ультразвука при никелировании делает покрытия мелкокристалли­ ческими и улучшает структуру слоя по глубине.

Из металлов никелевым покрытиям подвергаются железо, алю­ миний и его сплавы, медь, латунь, цинковые сплавы. Никелевое покрытие выдерживает изгибы и запрессовку. Постепенное нагрева­ ние никелированных деталей до '300 °С и последующая кратковре­ менная vx выдержка в термической печи при 900 °С значительно повышают (в несколько раз) прочность сцепления никелевого по­ крытия со сталью или с подслоем меди. При этом на поверхности полированных деталей образуется оксидная цветная пленка, улуч­ шающая декоративную отделку слоя никеля.

Никелевые покрытия хорошо полируются до зеркального блеска, который сохраняется долгое время благодаря наличию поверхност­ ной пассивной пленки. Паяется никель плохо. Следует учитывать, что удельное электрическое сопротивление никеля относительно велико, поэтому токонесущие поверхности им покрывать нецелесооб­ разно. Толщина покрытия никелем колеблется от 5 до -25 — 30 мкм в зависимости от условий эксплуатации рассматриваемых изделий.

Хромирование. Находит применение как защитное и защитнодекоративное покрытие для деталей, выполненных из стали, медных, цинково-алгоминиевых сплавов н никеля. Сероводород, щелочи, органические кислоты и азотная кислота не действуют на хром. Хорошо растворяет хром только соляная кислота. На открытом воздухе хром не меняет своего цвета. В отношении железа хромо­ вое покрытие обладает свойством катодного покрытия и поэтому защищает железо только механически, т. е. в случае полной изоля­ ции основного металла от воздействия окружающих условий.

25

эластичные и беспорнстые покрытия молочным хромом, а в специ­ альных хромовых электролитах — цветные хромовые покрытия де­ коративного назначения. Матовые серые грубокристаллическне покрытия получаются при низких темпепатурах и малых плотностях тока в ванне; наиболее твердые, зеркальные, но при этом пористые покрытия—три плотностях тока >(50—60) А/дм2 и температуре 50—60 °С. Последний вид покрытия имеет наибольшее .распростране­ ние.

Хромовое покрытие обладает высокой твердостью, коэффициент трения у него ниже, чем у стали, а износостойкость в несколько раз выше, особенно у покрытий пористым хромом.

Осаждаемый на полированную поверхность хром имеет зеркаль­ ный блеск. Покрытия хорошо полируются и обладают способностью не смачиваться, что в значительной степени способствует уменьше­ нию коррозии. Толщина хромовых покрытий колеблется в пределах 0,5—1,5 мкм. Детали покрываются хромом для придания им хоро­ шего декоративного вида, кроме того, это покрытие находит приме­ нение для деталей и узлов, работающих при больших трениях, на­ пример, контактных плунжеров резонансных линий. Токопроводящне поверхности резонансных систем, как правило, не хромируются, так как хром обладает большим удельным сопротивлением электриче­ скому току.

Серебрение. Прежде всего необходимо отметить, что технологи­ ческий процесс осаждения драгоценных и редких металлов должен выполняться особо тщательно и характеризоваться высокой эконо­ мичностью каждой операции (безвозвратные потерн металлов долж­ ны быть минимальными). Конструирование СВЧ каскадов преду­ сматривает широкое применение отмеченного покрытия. Покрытия серебром наряду с хорошей электропроводностью характеризуются высокой химической стойкостью.

основной поверхности. Структура таких тонких пленок несовершенна

в месте соприкосновения образуется черное сернистое серебро. Осаж­ дение серебра производят из цианистых и нецианистых электроли­ тов. Цианистые электролиты отличаются высокой рассеивающей способностью и дают светлые мелкокристаллические покрытия.

Для предохранения поверхности серебряных покрытий от окис­ ления и образования сернистых пленок, а также для декоративной отделки серебро подвергают дополнительной обработке. Хорошо защищают серебро от окисления покрытия родием или палладием толщиной 0,1—0,3 мкм. Родий нерастворим в кислоте и в царской водке. Вследствие большой твердости, износостойкости, высокой электропроводности и химической стойкости покрытия родием и пал­ ладием используются для предохранения токонесущих поверхностей колебательных систем от окисления и механического истирания се-

26

ребра плунжерами контактного типа. Наиболее простои операцией

защиты является химическое пассивирование серебра, которое произ­ водят в 1%-ном растворе хромпика (К2СГ2О7). Полученная таким

образом бесцветная пассивная пленка повышает стойкость серебра против окисления при сохранении электропроводности поверхности.

Золочение. Применяется в исключительных случаях как защит­ ное покрытие для токопроводящнх поверхностей колебательных си­ стем СВЧ диапазона, когда изделия работают в жестких условиях эксплуатации. От воздействия атмосферы и сернистых газов покры­ тие не тускнеет. Цвет гальванического покрытия может быть раз­ личен в зависимости от примесей других металлов в электролите золочения. Для создания химической устойчивости покрытия толщи­ на слоя доходит до 30 мим. Покрытие очень мягкое и легко под­ вергается износу и истиранию. Большей твердостью обладает покры­ тие сплавом золота с никелем (содержание никеля в сплаве до 0,17%).

Для золочения применяют цианистые и железнстосииеродистые электролиты. Первые характеризуются более высокой рассеивающей способностью и более тонкой структурой осажденного металла.

Способ отделки золоченых изделий зависит от требований к состояшибТюверхности и от габаритов н конфигурации изделий. Мел­ кие изделия обычно полируют в галтовочных барабанах, со сталь­ ными шариками. Детали, имеющие форму тел вращения, закрепляют на стайках и полируют, вращая, полировальниками из твердых сплавов или из кровавика. Изделия сложной формы полируют вруч­ ную. Кроме механического полирования применяют также электрополированне золотых покрытий.

Неметаллические покрытия

Неметаллические покрытия более инертны в коррозионном отно­ шении. Они не применяются для детален, работающих в подвижных сочленениях.

Оксидирование используется как антикоррозионное покрытие для деталей из стали, алюминия и его сплавов, магния, меди, цинка и их сплавов.

Оксидные пленки на стали вследствие малой их толщины (1,5, реже 3 мкм) и непрочности, а также значительной пористости не являются надежной защитой от коррозии. Защитная способность их может быть повышена обработкой смазочными маслами или покры­ тием лаками. В качестве защитного покрытия оксидные пленки применяются для изделий, работающих в легких коррозионных усло­ виях. Для нанесения оксидной пленки обработка стали может про­ изводиться в горячем концентрированном растворе едкой щелочи или растворе ортофосфорной кислоты с окислителями. В первом

Процесс оксидирования алюминия в СССР получил широкое распространение. Оксидные пленки получают как химическим, так и электрохимическим способами (1.2].

Химическая обработка алюминия происходит в щелочном рас­ творе хроматов, содержащем ортофосфорную кислоту и соединения

27

фтора. Толщина пленок получается 3—4 мкм. В их состав помимо окислов входят фосфорнокислые соли алюминия и хрома. Химиче­ ское оксидирование применяется для защиты от коррозии в атмо­ сферных условиях и для получения грунтовочного слоя под лакокра­ сочные покрытия.

механическими, электрическими и физико-химическими свойствами. Электрохимический метод применяется для декоративной отделки поверхности металла (окрашивание в разные цвета органическими красителями или минеральными пигментами), повышения стойкости против истирания, получения поверхностного электроизоляционного слоя и слоя высокой твердости. Оксидированные детали нельзя паять, нельзя их соединять и путем сварки.

Коррозионная защита магния и его сплавов осуществляется хи­ мическим или электрохимическим оксидированием с последующей окраской или промаслнванием пленки. Химическое оксидирование сопровождается растворением металла и изменением размеров дета­ лей. При электрохимическом оксидировании размеры деталей прак­ тически не изменяются, что имеет существенное значение. Пленки, полученные вторым путем, более стойки к износу.

. Оксидные пленки меди и ее сплавов имеют черную или темнокоричневую окраску. По твердости и износоустойчивости они пре­ восходят иеоксидированный металл. Толщина пленок 1—2 мкм. Плен­ ки хорошо противостоят действию влаги. Наиболее пригодным в производственных условиях является способ электрохимического оксидирования меди и ее сплавов в горячем растворе едкой щелочи.

Оксидирование цинка и кадмия, в основном гальванических по­ крытий этими металлами, применяется для защитно-декоративной отделки деталей.

Фосфатирование. Это процесс защиты поверхности металла пленкой нерастворимых фосфорнокислых солей марганца и железа

случаях достигает нескольких десятков микрон. При фосфатировании размеры деталей меняются незначительно, так как наряду с ростом толщины пленки происходит уменьшение толщины металла за счЪт его растворения. Фосфатный слой в обычных атмосферных условиях устойчив в смазочных маслах, бензине, толуоле, а в кислых и ще­ лочных средах — разрушается. Фосфатная пленка имеет высокое электрическое сопротивление, обладает хорошей адгезионной спо­ собностью и прочно удерживает масла, лаки, кроме этого и краски:

находит большое применение для защиты деталей от коррозии. Фосфатироваиию подвергаются черные металлы, а также алюминий, магний и цинк. Фосфатная пленка на алюминии и магнии менее на­ дежна при защите от коррозии, чем пленки, полученные электро­ химическим оксидированием. Фосфатные пленки широко применяют­ ся для покрытия деталей из цинка, цинковых сплавов, а также кадмированных деталей. Сочетая фосфатирование с последующим лако­ красочным покрытием, можно получить высокую стойкость металлов

28

от коррозии, при изготовлении деталей и узлов СВЧ каскадов ши­ рокого распространения ие получили *. Их краткое рассмотрение было проведено в предыдущем параграфе.

1.4. Технологический процесс и конструкции деталей СВЧ каскадов

Производство ламповых СВЧ каскадов основано на применении технологических процессов, характерных д л я приборостроительной промышленности. Возможность и целесообразность использования тех или других техноло­ гических методов зависит в ряде случаев от конструкции детали и ее материала . Таким образом, технология про­ изводства предъявляет ряд требований к конструктив­ ному оформлению детали каскада . Соблюдение этих тре­ бовании уменьшает производственные трудности,' сокра­ щает длительность 'производственного цикла, повышает производительность труда и снижает себестоимость де­ тали.

тем более, что конструкция детали диктуется ее функцио­ нальным назначением, однако могут быть сформулиро­

се ее обработки. В случае, если поверхности детали не обеспечивают такой базы, конструктор должен преду­

* Этот способ защиты может применяться в сочетании с фосфатнроваиием.

29