Холодное и горячее прессования порошков для производства металлокерамических материалов. спекание прессованных заготовок . Отделка и обработка спеченных заготовок

Толщина металлических покрытий находится в диапазоне от долей микрона до 30—50 мкм, зависит от назначения покрытия и технологии его нанесения. Металлизацию с толщиной покрытия до нескольких микрометров принято называть тонкопленочной, а более толстую — толстопленочной. – Наиболее проста по технологии металлизация керамики для создания токопроводящего слоя, поскольку размерные требования к ней менее жесткие. Данное металлическое покрытие должно надежно сцепляться с керамикой, не быть подверженным окислению даже при продолжительном хранении и небольшом увеличении температуры и обладать хорошей электропроводностью и малыми диэлектрическими потерями.Для нанесения электропроводящих металлических электродов,главным образом, применяются благородные металлы Au, Ag, Pt, Pd. Максимальное применение получило серебро, поскольку оно обладает комплексом нужных для этого характеристик: оно имеет высокую электропроводность, сравнительно плохо окисляется, хорошо смачивает при наличии флюсов керамику, образует весьма прочное сцепление с ней, и относительно недорого. Главные виды радиотехнической керамики образуют прочное сцепление с серебряным покрытием, прочность которого на разрыв составляет 10-30 МПа. По своей дуктильностии эластичности серебро — ценный материал, но ограниченность его производства требует его замены.Серебряное покрытие на керамику наносят при помощивжиганиясеребросодержащей пасты при 800-850°С. Метод вжиганиязаключается в том, что специализированную пасту, которая состоит из углекислого серебра Ag2C03 (35—40%) и раствора канифоли (Ci9H29COOH) в скипидаре (CioHi6) (65—60%), наносят на поверхность керамики и обжигают, при этом углекислое серебро восстанавливается до металлического. Для улучшения сцепления серебра и керамики в пасту вводят небольшие добавки оксида висмута Bi203 и бората свинца РЬ2В407.В одно время с восстановлением серебра восстанавливается и оксид висмута до металлического висмута, и борат свинца до металлического свинца с образованием оксида бора. Поскольку температура плавления металлического свинца 327,4°С, а оксида бора — 577°С, то в ходе обжига образуется некоторый объем жидкого легкоплавкого металла, который способствует лучшему смачиванию всего микрорельефа поверхности керамического изделия.Паста наносится на предварительно обезжиренную, очищенную и промытую поверхность керамики вручную кистью, а при массовом производстве изделий — на специализированных полуавтоматах. В последние годы для очистки поверхности успешно применяется ультразвук. Слой серебра при однократном нанесении пасты и восстановлении составляет 2-3 мкм, при двукратном цикле на более крупных изделиях. толщина повышается до 10 мкм, а при многократном нанесении пасты —до 30— 40 мкм. Выводы к серебряным электродам припаивают посредством мягких припоев при температуре "200—300°С паяльником или на специализированных автоматических устройствах. Мягкими припоями называют такие, которые плавятся при температуре ниже 350°С. Марки и составы мягких припоев весьма разнообразны и состоят из сплава на базеолова и свинца с добавлением Sb, Ag, Cd и др.Иной тип металлизации применяется для создания возможности пайки керамики с металлом, поскольку обычные металлические припои не смачивают керамику, говоря иными словами, без предварительной металлизации пайка керамики почти невозможна. Следовательно, металлизация керамики представляет собой необходимую предварительную операцию перед пайкой с металлом, т. е. созданием какой-то металлокерамической конструкции определенной конфигурации. Данные соединения керамики с металлом могут работать в обычных условиях и на границе вакуума с какой-то газовой средой, при повышенном давлении или при повышенной температуре, т. е. должны быть вакуумно-плотными.В особенности важное значение имеет надежность вакуумно-плотных спаев керамики с металлом в электровакуумной технике, которая использует большое число разной по составу керамики (корундовой различных марок, форстеритовой, стеатитовой, бериллиевой и др.). Применение керамики в электровакуумных приборах позволило увеличить температуру откачки, улучшить эксплуатационные характеристики вакуумной аппаратуры и расширить температурный диапазон ее применения.Главные металлы, с которыми спаивают керамику,— железо,  кобальт, никель, сплав «ковар». К качеству металлического покрытия и спаю в целом предъявляются более жесткие требования, чем к серебряным токопроводящим покрытиям. Наиболее важный критерий качества спая металла и керамики — согласованность коэффициентов линейного расширения. Если значения данных коэффициентов керамики и металла близки или совпадают, спай называется согласованным, если не совпадают — несогласованным.В согласованном спае при его охлаждении после пайки от 800—850°С до нормальной температуры не появляются опасные внутренние напряжения, а в несогласованных они велики и могут привести к образованию трещин, т. е. к потере вакуумной плотности спая, что недопустимо. Тем не менее, получить полностью согласованный спай не удается, потому что коэффициенты расширения керамики и металла с изменением температуры меняются неодинаково и в некотором температурном интервале всегда появляются временные напряжения. Расширение металла при низких температурах менее значительно, чем керамики, а при высоких — напротив.Плотность и прочность спая в известной степени определяют характер напряжения. Металлокерамическая конструкция должна быть построена так, чтобы керамическая деталь обязательно работала на сжатие, а не на растяжение, поскольку прочность керамики на сжатие в несколько раз выше, чем на растяжение. Вторым непременным условием спайки  и  металлизации является хорошее сцепление металла с керамикой, которое определяется по прочности на отрыв.Самая распространенная технология пайки включает следующие операции: нанесение и вжигание первого металлизационного покрытия; нанесение второго слоя металла для улучшения смачивания покрытия припоем; пайка металлизированной керамики с металлической арматурой [3].Для создания вакуумно-плотных спаев первичную металлизацию керамики производят тугоплавкими металлами— вольфрамом, молибденом с добавкой некоторых иных металлов, к примеру, Fe, Мn, Сu и др. В зависимости от применяемого металла металлизацию принято называть по данному металлу, к примеру,«молибденомарганцевая технология», «молибденовая технология», «карбидная технология».Технология металлизации заключается в том, что специально подготовленный молибденовый с той или другой добавкой порошок определенной гранулометрии (средний размер зерен составляет 1 мкм) наносят на поверхность керамики в виде пасты, которая приготавливается на органической связке — биндере (к примеру, 100%-ный раствор коллбдия). Толщина слоя молибдена не должна превышать 25-30 мкм. Нанесенный слой молибдена вжигают в электрических печах в атмосфере водорода и азота. Температура спекания молибденовой пасты на стеатитовой керамике 1150-1180°С, а высокоглиноземистой и корундовой—’ до 1400°С.При вжигании молибденового порошка между молибденом и керамикой образуется прочный промежуточный слой. Состав такого промежуточного слоя зависит от исходного состава керамики и состава пасты. При металлизации молибденом и наличии добавки железа происходит частичное окисление Мо до его главных оксидов.; Оксиды молибдена, соединяясь с кислыми оксидами’ керамики Si02, образуют сложное стекло, которое определяетплотность и прочность спая. Металлизация по молибденовой технологии дает прочные покрытия с керамикой, которая содержит кислые оксиды.При металлизации по молибдено-марганцевой технологии (в составе пасты 10—20% Мп) во время вжигания образуются оксиды марганца, которые обладают кислыми характеристиками, а также оксиды молибдена кислого характера Мо02, МоОз, которые взаимодействуют с основными оксидами керамики (к примеру, А120з), образуя легкоплавкие молибдаты, которые обеспечивают прочное сцепление. Пасту вжигают в водородных или колпаковыхэлектрических печах в атмосфере увлажненного водорода или смеси водорода и азота (1 :2—3). Следовательно, выбор технологии металлизации связан с составом керамики, которая подлежит металлизации.ЗаключениеНа основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:1. Вакуумно-плотный спай керамики с металлом осуществляется в процессе кислотно-основного взаимодействия компонентов керамики с окислами молибдена. Вероятное воздействие на прочность спая действия сил поверхностного сцепления и механического зацепления носит второстепенный характер.2. Источником кислорода для окисления молибдена является газовая среда. Преимущественному окислению молибдена со стороны, которая прилегает к керамике, видимо, способствует кислород, которые адсорбирует поверхность керамики.3. Главные явления, которые происходят при спаивании керамики и металла, можно объяснить с точки зрения диффузионной теории. Диффузионный механизм спая подтверждается экспериментально рентгенографическими исследованиями.4. В процессе химического взаимодействия компонент керамики с окислами молибдена между молибденом и керамикой образуется переходный слой (переходная область), который состоит из продуктов реакции. Образование переходного слоя происходит ступенчато, через ряд промежуточных активных состояний.5. В состав переходного слоя могут входить бораты и силикаты молибдена, а также продукты взаимодействия окислов молибдена с более сложными компонентами керамики.Список используемой литературыБаурова, Н.И. Б29 Применение полимерных композиционных материалов при производстве и ремонте машин: учеб. пособие / Н.И. Баурова, В.А. Зорин. – М.: МАДИ, 2016. – 264 с.Каллистер У.Д., РетвичД.Дж. Материаловедение: от технологии к применению (металлы, керамика, полимеры); Пер. с англ. СПб.: Изд-во «Научные основы и технологии», 2011. - 896 с.Эшби М., Джонс Д. Конструкционные материалы / пер. с англ. Полный курс. М.: Издательский дом «Интеллект», 2010.- 672 с