7.1. Основы технологии керамических материалов

Керамическая технология приобрела в настоящее время исклю­чительное значение для изготовления изделий электронной тех­ники из самых различных материалов—диэлектриков, полупро­водников, магнитных, проводящих и сверхпроводящих материалов. Эта технология предполагает неограниченное разнообразие со­ставов и свойств материалов и вместе с тем большое сходство ме­тодов оформления деталей. Общим для всех керамических мате­риалов является основная технологическая операция — процесс спекания вещества при температуре ниже его плавления, причем в отличие от технологии стекла плавление не допускается .

Керамику получают спеканием порошков минеральных и син­тетических неорганических веществ на основе оксидов, тугоплав­ких карбидов элементов IV и VI групп Периодической системы элементов, нитридов кремния, бора, алюминия, силицидов, боридов переходных элементов, галогенидов щелочных и щелочно­земельных металлов и др.

Керамика обычно представляет собой сложную многофазную систему. В ее составе различают кристаллическую, стекловидную и газовую фазы (как правило, в виде закрытых пор).

Кристаллическая фаза как по содержанию, так и по свойствам, которыми она наделяет материал (диэлектрическая и магнитная проницаемости, мощность потерь, температурный коэффициент линейного расширения, механическая прочность), является основной фазой керамики.

Стекловидная фаза представляет собой прослойки стекла, связывающие между собой зерна кристаллической фазы. В зависимости от типа керамики доля стекловидной фазы в ней может быть большей или меньшей. Количество стекловидной фазы определяет в основном технологические свойства керамики — температуру спекания, степень пластичности и др. С увеличением содержания стекловидной фазы становятся менее заметными свой­ства керамики, обусловленные основной кристаллической фазой. В частности, при наличии стекловидной фазы свыше 30—40 % (радиофарфор) механическая прочность керамики становится не­высокой, ухудшаются также и ее электрические параметры.

Газовая фаза в керамике (в виде закрытых пор) обус­ловлена особенностями технологического процесса изготовлении изделия. Часто она является нежелательной, так как приводит к ухудшению механической и электрической прочности керамиче­ских изделий, а также вызывает диэлектрические потери при повышенных напряженностях электрического поля вследствие ионизации газовых включений. Основными технологическими процессами производства из­делий из керамики являются подготовка массы, формование, сушка и обжиг. При таком небольшом числе процессов в произ­водстве керамики осуществляются разнообразные варианты тех­нологических схем, которые меняются в зависимости от состава исходной массы, а также от характера продукции. Общее представление о технологическом процессе производства керамики

Кристаллическая фаза влияет также назначение ТКЛР, амфорная фаза — на температуру спекания керамической массы.

Процесс производства керамических изделий проходит в три ос­новных этапа:

1) приготовление керамической массы путем очистки от примесей ее составных компонентов, тщательного их измельче­ния и перемешивания с водой в однородную массу;

2) формирова­ние изделия заданной конфигурации и размеров методом формова­ния, прессования, выдавливания, пластического штампования или литья (если масса в виде сухого порошка — его прессованием);

3) сушка, глазурирование и обжиг.

Глазурь представляет собой стекловидную массу, состоящую из 66—72,2% SiO₂, 11,7—17,2% А1₂ О₃ , остальное — окислы щелочных и щелочноземельных металлов, вводятся окислы и других металлов. Температура ее размягчения должна быть ниже температуры обжига. При обжиге глазурь расплавляется и покрывает изделие тонким (0,1—0,3 мм) плотным блестящим стекловидным слоем. Глазурь не только улучшает внешний вид изделия и придает ему желаемую ок­раску, но также защищает его от загрязнения, проникновения внутрь влаги. Заполняя трещины и другие поверхностные дефекты, глазурь повышает механическую прочность изделия на 15—20%. В радиотех­нической и электронной промышленности для глазурирования при­меняют различные эмали с Тр = 560—570°С.

Обжиг — ответственная и самая дорогая операция. При высокой температуре (примерно 1300—1400°С) в результате сложных химиче­ских и физико-химических процессов, протекающих между состав­ными частями керамической массы, и рождается керамика. При об­жиге происходит усадка — значительное (до 20%) уменьшение размеров изготавливаемого изделия.