Керамики

Греч. «керамос» - горшечная глина. Это большая группа диэлектриков, объединенных общностью технологического цикла. Достоинства – высокая нагревостойкость, отсутствие гигроскопичности, высокое , механическая прочность, стабильность характеристик и надежность, стойкость к излучениям, развитию плесени и т.д.

Керамический материал состоит из кристаллической фазы и связывающей ее стекловидной составляющей, определяющей T_{спекания} и пластичность керамики.

Сырье – кварц, глинозем, тальк, окислы и карбонаты.

Технология получения керамического материала включает:

1. тонкое измельчение и смешивание компонентов (мельницы);

2. пластификация массы добавлением парафина, поливинил. спирта);

3. формование заготовок прессованием или выдавливанием;

4. спекание изделий (обжиг) при 1300^оС и более.

Усадка из-за выгорания пластификатора и удаления H₂O может достигать 20%.

Керамику подразделяют на установочную и конденсаторную.

Установочная керамика – изоляторы, конструкционные изделия, подложки ИС, ламповые панели, корпуса резисторов, внутриламповых изоляторов и т.п. Изоляторный фарфор – низкочастотный установочный материал. При обжиге сырья (глина, кварцевый песок, полевой шпат) образуется основная кристаллическая фаза – муллит (3Al₂O₃ 2SiO₂).

Свойства: низкая пористость, высокая плотность, водонепроницаемость, механическая прочность, но tg=10^-2, т.е. можно использовать только при низких частотах. Радиофарфор отличается добавлением BaO, что резко снижает tg и в 100 раз увеличивает . Ультрафарфор содержит до 80% Al₂O₃+BaO и имеет низкие диэлектрические потери и высокую механическую прочность. Марки: УФ-46, УФ-53.

Корундовая керамика, содержит до 95-99% Al₂O₃ - называется алюминооксидом (стойкость до 1600 ^оС, теплопроводна, механически прочна, малые диэлектрические потери). Используется для вакуумплотных изоляторов и подложек ИС, внутриламповых изоляторов с пористой структурой (не трескается). Разновидность алюминооксида - поликор, отличающийся особо плотной структурой. Прозрачен. Используется для изготовления колб, источников света, подложек для гибридных ИС. Преимущества керамических подложек перед ситаллами большая теплопроводность. Среди неметаллов наибольшая теплопроводность у BeO. Керамика на основе BeO (95-99%) называется брокеритом. Ее теплопроводность в 250 раз больше теплопроводности стекол и ситаллов, = 10¹⁶ Ом∙м; tg=3∙10^-4 (f=1МГц). Используется для подложек ИС, в мощных СВЧ приборах, получении вакуумных спаев, керамики с Cu и коваром. Низкими диэлектрическими потерями при высоких f обладают цельзиановая (BaO Al₂O₃ 2SiO₂), стеатитовая (на основе талька 3MgO 4SiO₂ H₂O), форстеритовая (2MgO SiO₂) керамики.

Более 50% конденсаторов изготавливаются из керамики. Здесь используются материалы с низким tg: титановую керамику (тиконды) на основе TiO₂, CaTiO₃ (перевскит), SrTiO₃ , а также Ti – Zr керамика (твердые растворы на основе TiO₂ - ZrO₂), лантановая (LaAlO₃ – CaTiO₃), станнатная (CaSnO₃+CaTiO₃+CaZrO₃).

Основу низкочастотной конденсаторной керамики составляет BaTiO₃ – конденсаторная сегнетокерамика. Имеет =900-8000, но температурно нестабильна.