Лекция 6. Радиокерамические материалы, стекла и ситаллы

В готовом виде радиокерамические материалы представляют собой твердые хрупкие тела, получаемые в результате реакции, протекающей меж-ду их исходными компонентами при высоких температурах (1200 – 1600°С). Особенностями всех керамических материалов являются химическая инерт-ность, негигроскопичность, высокая нагревостойкость.

Все керамические изделия изготовляют из исходных керамических масс, состоящих из нескольких компонентов, измельченных до тонкодиспер- сного состояния в виде исходных тестообразных масс. Их этих масс получа-ют изделия заданной формы методом пластичной формовки или протяжки через мундштук. Готовые керамические детали имеют окраску преимуще-ственно светлых тонов и шероховатую поверхность. Гладкая поверхность деталей получается шлифованием или покрытием стекловидной глазурью.

Недостатком всех керамических деталей является их хрупкость и воз- можность механической обработки только абразивным инструментом.

Радиокерамические материалы условно делят на радиоустановочные и конденсаторные. Радиоустановочные керамические материалы применяют в качестве изоляционных оснований плат в интегральных толстопленочных микросхемах. Из этой керамики также изготовляют ламповые панели, каркасы катушек, основания галетных переключателей и др.

Электротехнический фарфор изготовляют из исходной массы, состоя- ший 50% природных глин, 25% кварца и 25% полевого шпата. Из-за боль-ших диэлектрических потерь и высокой электропроводности при 80°С и вы-ше электротехнический фарфор в настоящее время в радиоэлектронике не применяют, его заменили ультрафарфор и стеатит.

Ультрафарфор по составу исходной массы отличается от электрофар-фора тем, что природный минерал – полевой шпат заменен углекислым бари-ем ВаСО₃. Так же как и полевой шпат оксид бария, образующийся при тер-мическом разложении ВаСО₃ = ВаО + СО₂ , является стеклообразующим компонентом, создающим стекловидной аморфное вещество (стеклофазу). Введение углекислого бария позволило уменьшить электропроводность и диэлектрические потери в ультрафарфоре. Компоненты шихты для произ-водства ультрафарфора измельчается до размеров частиц 2 – 3 мкм. После обжига полученный ультрафарфор по массе состоит из кристаллов корунда (30–35%), муллита (35%), и стекла (30–35%). Основные характеристики радиокерамических материалов при 20°С приведены в таблице 6.1.

Характеристики радиокерамических материалов Таблица 6.1

Стеатит в своей исходной массе содержит 65 – 80% (по массе) при- родного минерала – талька 3MgO·4SiO₂·H₂O, а также глинистые вещества и стеклообразующие компоненты (углекислый барий или углекислый каль-ций). Все компоненты шихты тонко измельчают, затем из исходной плас-тичной стеатитовой массы формуют изделия методом пластичной формовки с последующим обжигом в печах при 1200°С – 1600°С. Структуры готовых стеатитовых изделий состоят из 60 – 70 % кристаллов MgO·SiO₂ – клиноэнс-татита и 30 – 40 % cтекла. Наличие в стеатите значительного количества кристаллического вещества обеспечивает высокие электрические и механи-

ческие характеристики материала.

Поликор – беспористый высокоглиноземистый керамический материал, обладающий оптической прозрачностью и высоким уровнем электрических и

механических характеристик. Поликор получают из глинозема очень высокой чистоты с добавлением в исходную массу 0,1 – 0,2% MgO для за-медления роста кристаллов корунда в процессе обжига поликоровых изде-лий. Достоинствами высокоглиноземистых керамических материалов явля-ются большая механическая прочность даже при температурах до 1500°С и высокие электрические характеристики, сохраняющиеся до 400°С.

Основные области применения высокоглиноземистых керамическийх материалов – нагревостойкие диэлектрические подложки микросхем, изоля-ционные детали магнетронов и др.

Керметы – это искусственные композиционные материалы, состоящие из керамического вещества и металла. Они образуются в результате взаимо-действия высоконагревостойких оксидов или карбидов с металлами в про-цессе спекания при высоких температурах. Получается металлодиэлек-трический материал, в котором частицы металла связывают друг с другом зерна керамики. Керметы сочетают в себе высокую нагревостойкость, большую твердость и химическую инертность керамики с хорошей теплопроводностью и несколько повышенной электропроводностью, что придается металлической частью керметов. В керметы вводят изоляционное стекло для увеличения удельного электрического сопротивления (ρ_V = 10²÷10⁴ Ом·м). В электронике керметы применяют в пленочных интегральных микросхемах для создания резистивных тонкопленочных слоев.