книги из ГПНТБ / Соломоник И.Ш. Производство керамических деталей радиоаппаратуры

Характеристика направленности магнитной антенны не имеет резкого максимума, а имеет четкий минимум..Это по­ зволяет эффективно избавляться от мешающих станций.

Как и во всех ферромагнитных телах в деталях из маг­

напряженности внешнего магнитного поля и окружающей температуры. Можно получать ферриты с большим значением

литиевых, кобальтовых и др.) могут быть использованы для изготовления магнитострикционных генераторов, узкополос­ ных низкочастотных фильтров, электромеханических преобра­ зователей, магнитных цепей, ультразвуковых головок техно­ логического оборудования. Но надо иметь в виду, что магни-

тострикционные свойства ферритов резко снижаются по мере приближения к точке Кюри.

величины магнитного поля в феррите. На сверхвысоких час­ тотах зависимость потерь от напряженности магнитного поля имеет резонансный характер (рис. 4-11). Этим обстоятельст-

В последнее время ферриты получили большое распрост­ ранение в технике магнитной звукозаписи.

Таблица 4-7 дает сведения о некоторых технических ха­ рактеристиках ряда марок ферритов, освоенных промышлен­ ностью Советского Союза и представляющих определенный интерес для проектировщиков радиоаппаратуры.

Освоение технологии пленочной магнитной керамики еще больше расширяет область использования ферритов в радио­ технической аппаратуре, так как арсенал свойств магнитных материалов неисчерпаем, а микроминиатюризация электрон­ ных устройств открывает совершенно новые перспективы в конструировании радиотехнических изделий.

Структура процесса производства ферритовых изделий аналогична структуре операций порошковой металлургии. В укрупненном плане она состоит из пяти основных частей: приготовления шихты, формования заготовок деталей, терми-

ческой и механической обработки заготовок, контроля гото­ вых изделий.

Шихта может готовиться сухим или мокрым способом. Ча­ ще всего применяются сухие методы подготовки шихты. Так как воспроизводимость магнитных свойств ферритовых изде­ лий очень сильно зависит от постоянства химического и гра­ нулометрического состава исходных окислов, то последние подвергаются чистке от посторонних включений, тонкому по­ молу, тщательному перемешиванию и просеиванию через ка­ либровочные сита. Измельчение и перемешивание окислов производится с помощью вибрационных и шаровых мельниц. Сначала целесообразно производить размол окислов в высо­ копроизводительных вибрационных или центробежных мель­ ницах, а затем перемешивать компоненты в шаровых мель­ ницах, так как они обеспечивают более однородный состав порошковой смеси. Для уменьшения усадки заготовок реко­

ка образуются химические соединения типа MeO-Fe2C>3 (Me— металл). Там, где протекает реакция в твердой фазе, проис­ ходит ферритизация—структурное физико-химическое объе­ динение окислов металла в вещество, отличающееся очень высокой прочностью. Глубинные сечения зерен порошка, не подвергшиеся ферритизации, обладают меньшей прочностью, поэтому при вторичном помоле их можно обнажить, а при повторных обжигах также подвергнуть ферритизации. Этим достигается большая однородность магнитных свойств ис­ ходного материала, из которого формуются заготовки ферри­ товых изделий.

Однородную шихту можно приготовить и мокрым спосо­ бом, растворяя соли металла в воде, прибегая к последую­ щему термическому разложению карбонатов, нитритов или сульфатов металлов. Если, например, в качестве исходных материалов применяются сернокислые соли соответствующих металлов, то технологический процесс представляется в сле­ дующем виде: каждую соль грубо измельчают до размера частиц 1-^2 мм и перемешивают. Смесь солей загружают в бак, содержащий 1 л воды на каждые 5 кг соли, и постепенно нагревают до кипения. Затем производят испарение свобод­ ной воды, а нагревом сухого осадка до 300° С удаляют крис­ таллизационную воду. Получившееся вещество прокаливают при температуре 930 - f 950° С в течение 3-р5 часов. В резуль­ тате исключаются операции механического дробления и пе­ ремешивания окислов, а получившийся химический продукт разложения отличается высокой химической активностью и однородностью состава:

Однако большая трудоемкость операций испарения воды, потребность в специальном химическом оборудовании препят­ ствуют распространению этого метода предварительной ферритизации шихты.

По указанным причинам мало используется и метод осаж­ дения нескольких гидроокисей в воде, хотя и он обеспечивает высокую гомогенность структуры смесей и химическую актив­

дится с помощью методов, принятых в керамическом про­ изводстве: прессованием, протягиванием через мундштук, штамповкой и литьем под давлением.

Прессование смеси ферритовых порошков (шихты) про­ изводится в стальных массивных пресс-формах с помощью гидравлического или механического оборудования. Предпоч­

ного водного раствора поливинилового спирта. Далее масса перемешивается в бегунах в течение 10 мин и протирается через сито № 06-*-07.

0,3 -f- 2 т/см2. Продолжительность выдержки заготовки под давлением мало влияет на структуру материала. Для удоб­ ства извлечения заготовок из пресс-форм внутренние стенки

вания массы применяются вакуум-мялки. Стержни, выдавли­ ваемые из мундштучной головки, подхватываются деревян­ ными лотками, после чего заготовки подсушиваются на воз­ духе в течение 2-|-3 суток.

Заготовки сложной конфигурации формуются методами горячего литья под давлением. В этом случае приходится го­

В целях получения литых заготовок, свободных от воздуш­ ных включений, прибегают к вакуумированию шликера.

Метод горячей штамповки также может применяться при изготовлении деталей сложной формы. Он не требует дорогого оборудования. Для его осуществления используется пласти­ фикатор, составленный из 5 весовых частей церезина, 4 в. ч. парафина и 2 в. ч. олеиновой кислоты.

В последнее время при изготовлении ответственных ферритовых изделий применяют метод гидростатического прессо­ вания (рис. 4-12). Шихта засыпается в резиновую оболочку 1

Ри с . 4-12

иподвешивается в толстостенной стальной камере 2. Камера

закрывается плотным затвором 3. Прессование производится с помощью гидростатического давления воды. С помощью плунжерного насоса 4 в камере развивается давление до 1500 ат. Высокое давление жидкости, действующее одновре­ менно на всю поверхность резиновой оболочки, обеспечивает высококачественную опрессовку заготовки детали.

спекание зерен материала. Выжигание связки-пластифика­ тора необходимо вести постепенно во избежание растрески­ вания и коробления деталей. Заготовки нагреваются в тер­

ла в окислительной, а затем в нейтральной среде. Режим спекания зависит от состава и структуры материала. Время выдержки от 2 до 10 часов. Перепад температуры в печи не должен превышать +*5° С. В противном случае возможна неоднородность магнитных свойств изделия в разных сече­ ниях и деформация формы.

Скорость охлаждения спеченных деталей также влияет на качество ферритовых изделий. Ферриты высокой проницае­

ний способ предпочтительней, так как он сохраняет высокую магнитную проницаемость ферритовых изделий (>1000) и предотвращает появление трещин.

М е х а н и ч е с к а я о б р а б о т к а ферритов представля­ ет значительные трудности из-за большой твердости и хруп­ кости материала. Основным видом механической обработки является шлифование при обильном охлаждении зон обра­ ботки. Хорошие результаты получаются при ультразвуковой размерной обработке. Притупление острых кромок феррито­

С целью сокращения времени контрольных операций приме­ няются электронные установки для наблюдения и измерения петель гистерезиса.

§ 3. Производство деталей из пьезокерамики

Современные средства автоматики, системы гидролокации, устройства с узкополосной передачей и приемом радиосооб­ щений, ультразвуковое технологическое оборудование рабо­ тают, используя пьезоэлектрические свойства кварца. Высо­ кая стоимость и большая потребность в пьезокварцевых ма­ териалах, ограниченность их распространения вели науку и технику к неустанным поискам заменителей пьезокварца. Ими оказались недорогие сегнетокерамические системы, в которых искусственным путем можно вызвать пьезоэффект.

Советским ученым принадлежит заслуга в разработке и исследовании первых пьезокерамических материалов. Так,

пьезоэлектрические свойства титаната бария В а Т і 0 3 были выявлены и детально описаны в работах А. В. Ржанова (1949 г.). Он впервые обнаружил прямой и обратный пьезоэффекты у предварительно поляризованной титанат-бариевой сегнетокерамики.

Температурный диапазон использования пьезокерамики ограничивается точкой Кюри, выше которой происходят струк­ турные преобразования вещества и нарушается искусственно созданная поляризация материала. Поэтому дальнейшие на­ учные работы велись в направлении поиска пьезокерамических соединений с высокими значениями точки Кюри.

Хорошие результаты были получены Г. А. Смоленским при изучении ниобатов бария-свинца (PbBa)Nb2 06 в различных модификациях. Были освоены в промышленных масштабах ниобатные материалы типа КНБС с высокими значениями пьезоэффекта и стабильными температурными характеристи­ ками (например, соединения [Pbo,53Ba0,47]Nb206; [РЬ0 ) 57Ва0 ,4з] • •Nb2 06j [Pb0 ,6oBao,4o]Nb2 06 и др.). Практический выход дали исследования над твердым раствором цирконата свинца PbZr0 3 и титаната свинца PbTi03 системой Pb(ZrTi)0 3 типа ЦТС. В этих материалах выявились также хорошие пьезо­ электрические свойства в сочетании с высокими значениями точки Кюри.

а. Ф и з и ч е с к и е п р е д п о с ы л к и п р о и з в о д с т в а п ь е з о к е р а м и ч е с к их м а т е р и а л о в

Преимущество синтезированных пьезокерамических мате­ риалов перед натуральными кристаллами кварца и турмалина в сравнительной дешевизне исходных веществ и в малых про­ изводственных отходах компонентов сырья, в возможностях получения большего разнообразия геометрических форм пьезоизделий, в широком диапазоне механических и электричес­ ких свойств, в температурной стабильности параметров и в высоких значениях пьезоэффекта. Кроме того, к достоинст­ вам пьезокерамики следует отнести сравнительную простоту осуществления направленной поляризации материала с по­ мощью внешнего электрического поля. Благодаря этому не нужны операции поиска оптических, электрических и меха­ нических осей в кристаллах натурального сырья и исключа­ ются трудоемкие операции выпиливания заготовок по срезам, оптимальным для каждого вида колебаний.

Физическая картина явлений, происходящих при поляри­ зации пьезокерамических материалов, с некоторым прибли­ жением может быть объяснена на структурной модели моле­ кулы титаната бария В а 2 + Т і 4 + 0 3 2 ~ (рис. 4-13). В этой элемен­ тарной симметричной ячейке ионы бария размещаются по уг­ лам куба, ионы кислорода — в центрах шести граней, а ион

титана — в центре куба. Элементарная ячейка такой струк­ туры электрически нейтральна, так как все заряды располо­ жены симметрично. Если под влиянием внешнего электриче­ ского поля ион титана или кислорода сместить в сторону иона бария, то в элементарной ячейке создается дипольный мо­ мент в соответствующем направлении. При одностороннем смещении ионов во всех ячейках возникает суммарная поля­

Р и с . 4-13

ризация твердого тела. Подсчитано, что для этого достаточно сместить ион Ті всего на ОД А°.

Экспериментальными исследованиями процессов поляри­ зации были выявлены эффекты электрического насыщения

зация совпадает с кристаллографическим направлением. Сум­ марная поляризация массивного твердого тела представляет собой векторную сумму поляризаций всех доменов, причем вклад каждого домена пропорционален его массе, так как в

пределах каждого домена электрические моменты элементар­ ных ячеек направлены одинаково. Если твердое тело не под­ вергалось действию внешнего электрического поля, то общий момент равнялся нулю (рис. 4-15). Энергия связи между от­ дельными частицами вещества достаточно велика и тепловые^ возмущения при нормальных температурах не разрушают ус-* тановившуюся структуру доменов. Под воздействием достаточ­ но сильного внешнего электрического поля можно переориен­ тировать частную поляризацию доменов и вызвать появление общей, отличной от нуля поляризации, остающейся после

из-за разности электродных потен­ циалов пройдет ток, пропорциональный внешнему механиче­

скому усилию. Поляризованная керамика приобретает пьезо­