Электроизоляционный керамический материал и способ его изготовления

Электроизоляционный керамический материал и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЯЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Опубликовано 07.08.80. Бктллетень М 29

Дата опубликования описания 10.08.80 (53)M. Кл.

С 04 В 35/10

Государственный камнтет до делам наобретеннн н аткрытнй (53) УДК 666.762 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г; A. Выдрик и М. В. Глазачева (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОИЗОПЯЦИОННЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

И СПОСОБ ЕГО ИЗГОГОИЛЕНИЯ

Изобретение относится к получению изоляторов с повышенными электро-физическими характеристиками, применяемых для высоковольтных малогабаритных вводов и электронной и термической аппаратуре.

Известны керамические материалы на основе алюмомагнезивльной шпинели, ис-, пользуемые в качестве диэлектриков P)

Известные диэлектрики на основе

10 алюмомагнеэиальной шпинели имеют недостаточно высокие электрическую и ме- ханическую прочности (20-30 кв/мм и

1200-1500 кгс/смн соответственно).

Известна шихта, включающая глиноэе. т, 15 окись магния и добавку окиси кремния(2).

Добавку окиси кремния вводят в количестве от 2,8% до 28,2% с целью повышения механических и электрофизических свойств, При этом наилучшими электромеханическими свойствами обладает шпинеловая керамика состава tAgO- 25,4 масс,%,, AKgO — 7 1,8%. масс и 5a Og - 2,8% масс.%, Керамика этого состава имела

2 ! электрическую прочность порядка 28

35 кв/мм и предел прочности при статическом изгибе от 1500 кг/см до

2700 кгс/см.

Однако для ряда установочных деталей радиотехнической промышленности желательно иметь иэделия, обладающие более высоким значением электрической

IIp очи остие

Наиболее близким техническим реше- . нием к заявляемому является керамический материал, содержаший окись алюминия и магния в стехиометрическом соотношении шпинели и добавки окислов кальция, кремния (3f P).

Материал готовят смешиванием окисных компонентов шихты с добавками, формованием и спеканием.

Материал предназначен для использования в качестве электрических изоляторов, Сднако его электрическая прочность для ряда установочных деталей радиотехнической промышленности недостаточна.

3 7 53831 4.

Целью изобретения является увеличе- выдержкой при конечной температуре в ние электрической прочности керамики течение 1-3 часов. Электрическая прочс сохранением высокиъ механических и ность иэделий 40-50 кВ/мм. Предел диэлектрических свойств эа счет полу- прочности при статическом изгибе 24002 чения мелкозернистой структуры и стекло- 5 к3000. кгс/см . Диэлектрическая пронифазы с повышенной плотностью. цаемость 7,6-7,8, тангенс угла диэлектПоставленная цель достигается за рических потерь при Х 1 мгц и о, 4. о счет того, что электроизоляционный кера- 20 С вЂ” < 2 10, при + 125 Смический материал, содержащий окислы - <2, 10

-4 алюминия, магния, кремния и кальция» 10 Сбъемное электросопротивление „ дополнительно содержит окись бора при при 125 С вЂ” 2,4, 10 . следующем соотношении компонентов, Плотность полученных образцов составмасс.%: ляет 3,50+0,03 г/см .

Окись алюминия 65,6-68, 1

Свойства обеспечиваются черезвычайно

5 4-26 215

Окись магния мелкокристаллической беспористой струкДвуокись кремния турой, стеклофазой с повышенной плот-

Окись кальция ностью, отсутствием примесей как в

Окись бора 1,5-2,7 кристаллах, так и в стеклофазе.

При этом материал готовят смешиваго Р

П инятое содержание в шихте окислов кием компонентов шихты, формова"ием C 0 510 и B 0 обеспе а по

B 2 и 2 лучение низкотемпературного эвтектичесмагния вводят в шихту в виде предварикого состава, чем достигается уменьшетельно синтезированной шпинели, а окислы ние растворимости в ней основной искремния, кальция и бора — в виде опека г5 т аллической фазы М"О- АЮ О при об@ г з эвтектического состава: жиге и процессе ее перекристаллиэации, Двуокись кремния »2 связанной с ростом кристаллов. СледоваОкись кальция 38 3

» тельно данный состав шихты обеспечивает

Окись бора 31 5

» получение материала мелкокристаллическов количестве 5-9 масс.%.

30 го строения с высокой механической прочТекнологии изготовлениЯ диэлектРика ностью. Элек еск прочн ть н одитсостоит в следующем: из окислов магния я в и ямой зависимости механичесся р и алюминия в количествах 30-28 масс. кой прочности что вытекает из формулы: и 70-72 масс./о соответственно приготавливают шпинель обжигом при температуре 2й (Нм)

1400-1500 С. Иэ окислов бора, кальция

О

35 кр и кремния приготавливают спек при темо пературе 900-950 С, котоРый затем Раз- где E — электрическая прочность, Е малывается в вибромельнице до размера модуль упругости, м — коэффициент Ilyacчастиц 3-5 мкм. сона, Рк - предел прочности при растя40 P

Измельченный спек добавляют к синте- жении, E — диэлектрическая проницаемоэированной алюмомагнезиальной шпинели сть. в количестве 5,0-9,0 масс.%, после чего В извест»»ом решении материал, имеюпрОизводЯт их совместный помол до Раз-. щий нулевую открытую пористость,полумера частиц 1-3 мкм. чен лишь при температуре 1800 C. Из45

Сформление изделий можно произво- вестно, что при такой высокой темперадить любым из применяемых в керамичес- туре обжига не может быть получен матекой технологии методов. риал мелкокристаллического строения

При горячем литье под давлением (средние размеры кристаллов в этом слутермопластичный шликер содержит от чае составляют 15-30 мкм по сравнению

11 до 15% парафина, 1% воска и 1%

50 с 2-3 мкм в нашем случае) и, следоваолеиновой кислоты. Отливка изделий про- тельно, обладать высокими механической о изводится при температуре 70-80 С и и электрической прочностью. давлении 3-5 атм. Органическую связку Вид и соотношение указанных выше удаляют в процессе предварительного окислов принято с учетом получения

О 55 обжига изделий при температуре 1300 С стекловидной фазы с повышенной плотв засыпке глинозема. Окончательный об- постыл. В частности, именно введение жиг производят в окислительной атмос- окиси бора позволяет повысить плотность фере при температуре 1600-1560 C» c стеклофаэы, в чем можно убедиться по

7 53831 6

1 д ° 10 при < 1 МГц, при

20 С вЂ” <2, при 125 С вЂ” (2 „, при

125 С вЂ” ) 2,4 10

Плотность образца 3,50 г/см .

Пример 3. Массу состава, масс. 4;

ДР О365,6; МД О 25, 4; В О> 2,7; ,Соо 3,6;5 0 2,7 готовят из 91% шпинели и 9 4 спека. Метод оформления массыгорячее литье под давлением. Температуо

t0 ра окончательного обжига 1650 С. Среда — окислительная.

Электрическая прочность 50,2 квl мм

Предел прочности при изгибе 2500 кгс/см

Диэлектрическая проницаемость

7,8

40 значению усредненных молярных числовых. характеристик парциальных свойств этих окислов в силикатных стеклах, правомерность применения которых была доказана для стекловидных малощелочных фаз керамических материалов, Известно, что при температуре спекания в определенном времени выдержки размер кристаллов достигает какойго определенной величины, и в дальнейшем внутри кристаллов происходит очистка, сопровождающаяся выделением примесей в направлении граничных слоев зерен, и при этом возрастает концентрация при месей в межкристаллитной прослойке. С ростом концентрации примесей электрическая прочность межкристаллитной прослойки понижается, и, следовательно, снижается и электрическая прочность матего риала в целом. Введение: же в состав стеклофазы B„O способствует очищению

2 материала в целом от имеющихся в нем щелочных примесей, поскольку В О> с последними образует летучие соединения, Примеры изготовления изделий .

Пример 1. Массу состава, масс./О: ф 05 68,1; М т0 26,2; В 0 1,8;

СаО 2,3 и Sip 1,6 готовят из предварительно синтезированной шпинели и 5/о ьо опека эвтектического состава. Метод оформления массы — горячее литье под давлением. Температура окончательного о обжига 1600 С, среда окислительная..

Материал обладает следующими свойствами:

Электрическая прочность

Предел прочности при изгибе 2300 кгс/см

Диэлектрическая проницаемость 7,5

tg д ° 10 при K = 1Мгц; при 20о <2; при 125 С вЂ” (2 P„,ïðè 125 С вЂ” )

72,4 г/см 3

Пример 2. Массу состава, масс.%:

АЕд05 67; МРО 26; Ь О. 2 1;

Сс1 О2,8; 5 0g 2, 1 готовят из предварительно синтезированной шпинели и 7/o спека эвтектического состава. Метод оформления массы — горячее литье под

50 давлением. Температура окончательного о обжига — 1600 С, среда — окислительная.

Материал обладает следующими свойствами:

Электрическая прочность 36 кв/мм

Предел прочности при изгибе 2900 кгс/см

Диэлектрическая проницае м ость 7,4

Плотность образцов 3,52 г/см .

$gД 10 прп К = 1 МГц, при 20 С вЂ” <2, при 125 С вЂ” <2 Q,при 125 С вЂ”

M,4 10

Заявленный материал возможно и целесообразно использовать для изготовления малогабаритных вводов для электронной и термической аппаратуры, к которой предъявляются повышенные требования к электрической и механической прочности, а также керамических деталей при создании вакуумплотных керамических конструкций, Формула изобретения

1. Электроизоляционный керамический материал, содержащий окислы алюминия, магния, кремния и кальция, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения электрической прочности он дополнительно содержит окись бора при следувт. щем соотношении компонентов в масс./о.

Окись алюминия 65,5-68, 1 .Окись магния 25,4-26,2

Двуокись кремния 1, 5-2,7

Окись кальция 2,0-3,6

Окись бора 1,5-2,7

2, Способ изготовления электроизоляционного керамического материала по и. 1, включающий смешивание компонентов шихты, формование и обжиг, о т л ич а ю шийся тем, что окислы алюминия и магния вводят в шихту в виде предварительно синтезированной шпинели, а окислы кремния, кальция и бора в виде спека эвтектического состава:

Двуокись кремния 30,2

Окись кальция 38,3

Окись бора 31,5

7 53831

Источники инфор мании, принятые во внимание при экспертизе

1 . Иыдрик Г. А. и др. Физико-хими ческйе основы производства и экс-плуатации электрокерамики М., 1971.

2е Будников П. П., Злочевская К. М.

Прикладная химия, ХХХЧИ, Ж 8, 1964, с. 1649-1657.

3. Патент США 34 3. 615763, 5 кл. 106-46, 1971.

4.E.Kostic "Сегаяо gaa ЪтЕ", 1977,Ъ, Ж 2, р. 57-60 (прототип).

Составитель Г. Фомина

Редактор С. Титова Техред М. Петко Корректор С. Шекмар

Заказ 4837/19 Тираж 671 Подписйое

ЫНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4