Способ получения многослойного электроизоляционного покрытия

Способ получения многослойного электроизоляционного покрытия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ путем последовательного нанесения на медную подложку никелевого и хромового слоев и слоя из полимерной композиции на кремнийорганической основе и сушки его на воздухе, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения работоспособности покрытия при температуре до 700 С после нанесения хромового слоя производят повторное никелирование, отжиг в вакууме при температуре 880-920 0 в течение 1-2 ч, в качестве полимерной композиции используют композицию, включающую, мас.%: Полиметилфенилсилоксановую смолу18,0-19,2 Флагопит18-25 Алунд45-50 Толуол. 12,0-12,8, С сушку слоя из полимерной композиции на воздухе проводят со скоростью подъема температуры 80-100 /4 до 250°С с выдержкой при этой темперау т 1|« туре в течение 0,5-1 ч, после чего емм производят отжиг полимерного слоя в .вакууме при температуре 700-800 С в течение 1-3 ч и отжиг покр1 1тия HVA. в целом на воздухе при температуре 500-600 0 в течение 1-2 ч.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1И

З(511 С 09 D 5/25 3/82 В 05 D 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Г"

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3508?04/23-05 (22) 23.07.82 (46) 30.08.84. Бюл. К - 32 (72) В.С. Осипчик, М.Б. Владыкина, P.Á. Штрапенина, A.Â. Рыльская, А.Ы. Пономарева и С.А. Кузовлева (53) 667.637.232.2(088.8) (56) 1. Харитонов Н.П., Островский В.В.

Органосиликатные композиции. Л., "Наука"", 1980, с. 9-10, 39-40.

2. Борисенко А.Н.>Николаева Л.В.

Тонкослойные стеклоэмалевые >стеклокерамические покрытия. Л., "Наука>, 1970, с. 60-61.

3. Патент США - 3790355, кл. 29-195, опублик. 1974 (прототип) ° (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 1 1НОГОСЛОИНОГО ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ путем последовательного нанесения на медную подложку никелевого и хромового слоев и слоя из полимерной композиции на кремнийорганической основе и сушки его на воздухе, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения работоспособности о покрытия при температуре до 700 С после нанесения хромового слоя производят повторное никелирование, отжиг в вакууме при температуре

880-920 С в течение 1-2 ч, в качео стве полимерной композиции используют композицию, включающую, мас.Е:

Полиметилфенилсилоксановую смолу 18,0-19, 2

Флагопит 18-25

Алунд 45 — 50

Толуол 12, 0-12,8, сушку слоя из полимерной композиции на воздухе проводят со скоростью подъема температуры 80-100 е/ч до

250 С с выдержкой при этой температуре в течение 0,5-1 ч, после чего производят отжиг полимерного слоя о, в .вакууме при температуре 700-800 С в течение 1-3 ч и отжиг покрытия в целом на воздухе при температуре о

500-600 С в течение 1-2 ч.

20

30

40

1 1

Изобретение относится к способам получения высокотермостойких электроизоляционных покрытий из композиций на кремнийорганической основе для различных конструкционных элементов в электротехнике, электронике и теплоэнергетике.

Известен способ получения электроизоляционных покрытий из полиорганосилоксанов путем подготовки металлической подложки, нанесения на нее слоя из полимерной композиции, l его сушки и термообработки на воздухе 11 3.

Однако, имея достаточно хорошие диэлектрические свойства, такие покрытия неработоспособны при температурах 500 С и выше, Известны также способы получения стеклоэмалевых и стеклокерамических покрытий путем нанесения на металлическую подложку силикатных эмалей, их сушки и оплавления (2 ).

При длительной работе в условиях высоких температур такие покрытия резко снижают свои диэлектрические характеристики, особенно удельное объемное электрическое сопротивление.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения многослойного электроизоляционного покрытия путем последовательного нанесения на медную подложку нике левого и хромового слоев, слоя из полимерной композиции на кремнийорганической основе (композиция включает B себя этилсиликат, гексаметаксиметилмеламин, метакриловую кислоту, трехокись хрома и воду) и сушки его на воздухе (при 150 ) (3j, Диэлектрические свойства покрытия по такому способу сохраняются только до температуры 150 С, затем о при более высоких температурах IIQ ,крытие начинает размягчаться, а при о температуре до 700 С онс является совершенно неработоспособным.

Цель изобретения — обеспечение работоспособности покрытия при температуре до 700 С.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения

110793 2 многослойного электроизоляционного покрытия путем госледовательного нанесения на медную подложку никелевого и хромового слоев и слоя из полимерной композиции на кремнийорганической основе и сушки его на воздухе после нанесения хромового слоя производят повторное никелирование, отжиг в вакууме при температуре 880920 С в течение 1-2 ч, в качестве полимерной композиции используют композицию, включающую, мас.7:

Полиметилфенилсилоксановую смолу 18,0-19,2

Флагопит 18-25

Алунд 45-50

Толуол l2,,0-1 2, 8 сушку слоя из полимерной композиции на воздухе проводят со скоростью о о подъема температуры 80-100 /ч до 250 С с выдержкой при этой температуре в течение 0,5-1 ч, после чего производят отжиг полимерного слоя в вакууме при температуре 700-800 С в течение

1-3 ч и отжиг покрытия в целом на о воздухе при температуре 500-600 С в течение 1-2 ч.

В качестве основы полимерной композиции используют раствор полиметилфенилсилоксановой смолы (ПМФС) в толуоле (лак КО-915 по ТУ 6-02-709-7?), флагопит используют в соответствии с ГОСТ 3028-78, а алунд марки КО в соответствии с СТУ 14-605-63.

Приготовление полимерной композиции производят путем смешения компонентов до образования однородной массы. Вязкость композиции 13-18 с по воронке ВЗ-4 при 20 С.

Примеры конкретного выполнения способа получения многослойного электроизоляционного покрытия приведены в табл. 1.

Обоснование операций формирования покрытия приведено в табл. 2. В табл. 3 приведены физико-механические свойства покрытий.

Таким образом, способ получения предлагаемого покрытия позволяет, обеспечить его работоспособность о при температуре до 700 С.

1110793

I ф л

СЭ

С>

\О»

С> о (Г\ (ч

1 о о х

1 !

П а х (Н

Д

m x

ll Н сН Н .!.з ) ! л QI

> сбOp

1 !(O+ ф

С) о

С0»»

1 (б а л в о хо а

QI сб

1- а ь л х

Б и Ж а

1

»4

1 о

II ll .(а Р

II II ч 1 (цч 1-сб I

Щ л

И

Е

QI О

1- о (б л

Е Б

QI а

Р

t( о б

L а.

Я о

m x х

Е

QI л а х

m x

1 а (.

Zo во

С)

m O (Ч1 Ch л

СО л сч

CO л сч л о л

tk о

Ц и

Z о х ы

1» о х

Ц о

Ю в о м о л (О о о л Ю (л а сч о о

Ф Ю (ч е а сч м

I ! б О ао

QI л

Z

0) (б !

- а

Q! Z

Е Е

>С

2 (б

m с 4 о а

Ф (\»

II Н !

С> сч о1

Н II

° с» и Z x Е х ц х

Z Е л а о М и х л л х Z а (б

Qj л

» о Z

f Ц сб

Ы и

К

z v ! о .д х а

ы о о

И 1:=

I м 1

Ь х к х о (««и э

- х х Z с

О Ц а о (б (-<

A л

QI

Ц о

f л с»

Ц (б х

1 о

1= о

1- сч

1 д а а. я

1 (б х х о

Х о

Е о х

Ф х х

О и

Ф х (б ж

Q> х х

Q) и

О) х (б х

I х х х х

Ю и х (б ж

>х

7l х (!

I»

Э

-л î и (б

Е л о о

Ш

Х х х о о

m о

Е о а ! с

А !

»

v о а о

М

1

1

m х

1 и

Щ х о

f0

v о х

E о с»

И у л сб х

Й! а

QI

tf х о

1 и х (б х х !(Z Х Е

"g (- о (б (б а е х

f» сб О а а

QI f-O ! со

QI Ц

О) 1 и

1 о о со I л

С л о о сч со м

II Н Н .м ) Е о

И е

Ф

° — сч м

Ю

1 сч м

Н II Н

CO

I о о о а (л л сч

II II II П

1= (л

I сч а сч

II II II а Ь

Н Н П .р > М

С1 CO

Ф 1 сч м

Н II II

ID

С Ъ

1 со о со сч л о сч

II II II П м

Н II II о

11 30793

1 !>

I l I (I Cf» 1

1 1

I (1 I

Р { 1

I 1

1 о а о

»4»

О ь

{4 о и л сч

О

»с»

И II

-44 Р

И И

-Р

И и

I! f!

4» М ь

»Г л сч о

О сО ъ

О сс» л о

» с 4

00 I

fI Il !

» .э

II И ч 4

II !I

»4 .»

II И .р

1 — 4

I о

o o сч л» М

О

o o с { О »»О

o o

e o o с 4 в- r1

o o

О с4

И II И

) М

И If u

) с:»

If и и »

It tl

O .» сч л в л

М О N

N с» О л л

CO — {4

N о л

О л

О\ л

И И

-4» 1э

О»с»

О1

CO

Н It .р

И и

-!.» !»

f! И

4 1:

О

% в 1

N с» CO

СЧ СМ С 4 и и и

У 3 4О

I сч м

И И И

ll lI u

fI u д

CO с4

I о i/1 О с 4

CO

I о о

С»О с!

00 N сЧ Г

И И

A +

И И »

И и

44 с о с

1 О

{{» л 1 с 4»О сО

О »

1 сч {.» сч

N 1 -, 1 сч с»

И И И и If fl .» 4а

И И

М р

А

И !!

1.» м

1

Й м» сч

li (:4

1 сс» сс» м л л О л

С4»4» С ) л СО сч б - Ю

»О

° ° 4» с 4 М.

О м

O ) {»O

О » N и 1! n

О» О»с»»О в л л в

Л { С4 О С-4 O

Ф л- СЧ с 4 м

1 и И И f! С4

I:4

1110793

Ю

\О л о о с.! сч

Сс о а с1

И П ф>

ll II

-«с 6

И II

+ о о сО

Ю

D св л сч

И II

1,с

И II л! СД и и .э о

o o сч ch

o o

e o o

N л- М о о

N Ch iО

П! М

II II II

-ч.с ) Р

П II ll

-ь ) II И II

Ф ) о о о о л л л о сч o m л л

Л О Ч ь м сч м

О Ю л сО О

D л сч о а

Ъ лс

1! М о л

Сс сч (71 чо с! о л

О

П П з

II II

+с

II II р

CO

1 сч сч

CO

1 сч м ю! н и

«:1 м

II II II о м

O СО

Ч"с N

II И П Ц

М с.

II П р

II Н П II ь

II II II П м р

D сс \ л I сЧ Ю О О

1О М и

СО

1 сч \О 1О

I сч сч и и н и

М <с

lI П II э Ь

1 сО 1 сп си

1"

1 х

1 и!

1»

И.1 о

I о

СО

l с

l — — 4

I

1 сс! л сс

«»

N сч o o co л л л л л сЧ O a СО Ю СЧ - Л. сс — N М Ф о

О о л

СЧ Л О СЧ сО сч

1 со О Э сч л л сч о

О О .Î са л о сч

1110793

1 о о

Я;) о о а сч

D о бО

Il II.44 М

И II ч с.

И II еЮ о (О ч» о н

Л С.4 о о

И >

И II .44 с,Э

И II

-+> с> о о л о о сч б- Ф

I !

Ю

I лЮ

o o б

О\

o o с4 Ch ЧР

И II И

И

-а4

И И II

> Р

II Il II

-44 ) I ! ю о о л л л л л

O V СЧ О Л О сЧ -- — Л С4 с1 сО л

И б сч м — сч б м о

OQ

СО с 4 ь сб4

О ъ б о

CO

СО сб4

И И

II If б 1э

)1 И з

СО!

С 4 С 4 1О

СО

С 4 СЧ бО

Il И II

У э >

I - !

II II Il

И И ll

II II х (:4

И И О и (— !

I с! СО о б/ б л I сч ю со

Ь!

I л с 4

И II Иб !.э

4-4

II И И

И II И х о

° !!

„ I O

I,l

I

I хt

И с I о!

tf! m о! д1 ь м

О O Î со л an сч ь

I о о о оо л О 1Ч

И И ll II

+ W o

o i -o л л л л D D с! о м

О O O co

М бб"\ N

И и И И (=4 м! х х

С4 Х м

E Ци!

0J сИ

Z Z I

Г 2

Ф аь

3 х

Х

cd а

Э

Е

Ж а

Ю и

Ю

L о «

О!

Е о аь х (X о х с0 о о

Я о

Ж

Ц о а

1"

Х

S !

О"

С 4

1 Г л о о - сч °

Z 1 а о

1" о

cd а

М Ф е Ю

< !л

Х

@g -7

1 о

Е» о и а z

Е Р"

1» и!

cdO m

1" .О

F4 х 1 а с6 Х

Е Э л ю еп сч

00 I л

II 11

% л \О

1 д Ь л

cd g O

1-М Л о о ь гХZcdи

v е о ц хаоо -4 С

1110793

° °

К о

1 Щ

v x к о ж !

» ! и о

1 о

1 о

1»

° ° I

1 е4

О«

;5 л

Г

v о с! о

)Д рр .й О

М о а

1» (\ о о

1» (1

Ц

Ц «сс

Ю л Щ У сО оо х

С««л

-o л QO

I о Ф е ь

Р) УЪ с4

° cd

I=I: Z ъ л ю о

-o

О cd

Я (4

1110793

Т а б л и ц а 2 новайие целеразности ераций

Примечание

Хромирование иэделия

Никелирование изделия На образцах из меди, на которых никелирование не проводилось, а проводились хромирование и нсе последующие операции, наблюдалось вздутие покрытия и его частичное отслаивание

Эта операция необходима, так как без слоя хрома при отжиге в вакууме при 900 С происходит диффузия меди через слой никеля в органосиликатное (ОС) покрытие, что значительно ухудшает диэлектрические характеристики покрытия (р снижается с 1 10 " "po

1 10 Ом. см., коэффициент теплопроводности увеличивается с

2,0-2,5 до 15-20 Вт/м К) Никелирование изделия Никелирование после нанесения хромового покрытия необходимо для улучшения адгезионной прочности и эластичности

ОС покрытия.

Толщина слоя никеля составляет 2-10 мкм и устанавливается исходя из получения хорошей адгезии покрытия к промежуточным слоям, которая определялась путем термического нагрева в вакууме до температуры

900 С. Толщина ниже 2-х микрон не гарантирует сплошности покрытия. что приводит к отслоению последующего хромового покрытия.

Более 10 мкм толщина нерациональна.

Слой хрома толщиной 20—

30 мкм надежно предотвращает диффузию меди в ОС.

При толщине слоя менее

20 мкм обнаружены следы меди на ОС покрытии. Толщина более 30 мкм нерациопальна.

Слой никеля 2-10 мкм увеличивает адгезионную прочность покрытия с 350 гс/см (к слою .хрома) до 5 10-550 гс/см (к слою никеля). При нанесении только хромового покрытия эластичность покрытия падала с l0 по 30 мм.

При отклонении от указанных выше пределов толщины происходит ухудшение как адгезионной прочности, -.ÿê и эластичности покрытия.

11107Я

Отжиг изделия с никель-хром-никелиевым покрытием в вакууме при 900+

120 С в течение 1-2 ч

Панесение полимерной композиции и ее сушка на воздухе при 250+10 С в течение 0,5-1 ч

Термообработка в вакууме при 700800 С в течение

1-3 ч

Отжиг на воздухе при 500-600 С в течение 1-2 ч

Вакуумный отжиг изделия с никель-хром-никелиевым покрытием в указанном режиме обеспечивает высокую адгезионную прочность ОС покрытия эа счет образования интерметаллических сое- . динений по границе слоев.

Удаление летучих компонентов и отделение ОС покрытия.

Отжиг изделия в вакууме при 700-800 С гарантирует равномерное прохождение деполимеризации и структурования, обеспечивает минимальную шероховатость поверхности (R 40), Без отжига р — 1 ° 10 Ом ° см, 5 / . 11-Ъ

После отжига р (1 10 ч>м см

Продолжение табл.,2

Отжиг проводится при

900+20 С в течение 1-2 ч.

При .температуре ниже 900 С требуются значительные выдержки для достижения адгезионной прочности. Температура вьш е 900 С нерациоО пальца, так как приводит к уменьшению механической прочности.

Эта температура и выдержка обеспечивают полное протекание процессов полимеризации и отвердения покрытия, При температуре ниже 700 С не происходит полного выгорания органических компонентов. Повьш ение температуры ) 800 С неэффективно, так как процесс формирования ОС покрытия заканчивается при 750-800 С.

Полностью выгорает выделившийся на поверхности ОС покрытия углерод, что гарантирует высокие электроиэоляционные свойства покрытия.

17

СЧ

l l l0793

o u

О О

О 1 01 х х

ll &» 4.М.а

Х IC ао е а

t х а о е л м t»4

1 m u л Г л е э

С 4

СО

1 сч

1 л сч л л л В\

С 1 М СЧ

1 t 1

СО л ° » л

СЧ СЧ СЧ

СО л Ю в л л сч сч м

1 t I а л

»» л л

СЧ СЧ СЧ л- л о о л л »» л

СЧ С4 М М

1 1 1 1

С1 Л СО л л л л

СЧ СЧ СЧ СЧ л

1 л л а, л

Ф

q v з

vu

4 О

Х ХГ»

E и о х

Р о

Ф

1 7

Io

I м

1 о м м м

1 сч сч о м м) СС1 СЧ м м м) м

I 1 I о о cv o

М С 1 re М о и м

1 1 1

СО O o

< 4 М

»

1 ь

С 1

Г-» и о х

О о а

И л

» м

С

ГИ М

»С л»,О

1 °! С 1 «Ф

1»»

1 1 1 м

СЧ

1 о

С 4 М 5

I 1 о сч с1

СЧ

I о

М СЧ

1 1

° о о

СО

° -- u СО О

Гс» Х Го о в л л

00 СО

I 1 I о о в л

СЧ М С 4 о а

»»

Гл сО

1 о

» r

СЧ СЧ о о о л ° »

СО Л О

I I I о о с л ° » м СЧ сЧ о о л л О! I

o o л

С 4 С 4 (7 о о

r iл I л л I .с л

zo o и -- e

»» и л

4» 1 о о сО

1 о о сс »а

1 х о о о

О 00 .:.С

I 1 о о

Ю о л

1 о

»О

° »

o o

СО О

С 1 а л

1»0 !

v е о х х

Й

u w х

Я (U х а сь

СО 1

o o о о о ю м м,О а

Э

СЧ С 1

1 !

Э о х

Е о

Э о х

»О

Ц

Э

tf Ъ

t( о

Г0 о а х

0 о х

Е х и-э о

Г- Хф

1 СО эо

° »

Ф

g о а х х vo о ° о

u zo ооо а лГ" х С ж э э а цхх

Pl Х»«.»

o o о о

o o о о а а »С1

1 I I 1 о о о о О 00 О СО

Ф Ф ° б

Л О Л СО СС О СЧ

1 х о х ."Г х

Г» о х х

О Га. и е» >х

ы о

Х .а э х

Z х с0 а

Э

Е х а

° л

С.) о о

СС л г

О О о сбо

Ю С СО

О Е О л >; х х аю п 4О

Г

5"

СО л

X 44 O

О СЧ

-0- O

-oo

»

Il i t

О. х х

ы е е а а

0J S х55 иа,д

И

Е

Ю Г0 Г0 х х д

ЮLд

Б

О Х О и ю х

»0

С4 col

11 Ро х и

О а

G Е и

Е 1

> Г-» С ) х е s

2 х и и х

Ж е х ,0 Х х и е а

Е и

Э а

G о йГ С