Таълим вазирлиги фарғона политехника институти

Маъруза№12
Мавзу: Керамик материаллар
Режа:
1. Керамик материаллар
2. Радиоқурилмалар учун мўлжалланган керамик материаллар
Таянч иборалар: стеатит, ултрачинни, глинозём, керметлар

«Керамик» материаллар деган ном юнонча «керамос» сўзидан келиб чиққан бўлиб, лой деган маънони англатади. Ҳақиқатан керамик материаллар асосан табиий тўпроқдан ташкил топган. Керамик материалларнинг юқори (1200—1600°С) температурада бошланғич компонентлари орасида содир бўлувчи реакциялар натижасида олинган тайёр ҳолатдаги қаттик мўрт жисм. Бу уларнинг асосий аломати ҳисобланади. Барча керамик материалларнинг ўзига хос хусусияти шундан иборатки, улар химиявий инерт, ногигроскопик ва юқори иссиқбардош бўлади. Радиокерамик материалларнинг электр характеристи­калари яхши, шунинг учун улар замонавий радиотехниканинг қатор муаммоларини ҳал қилишга имкон беради.

Исталган керамик материалга микроскоп орқали қаралса, унда кристалл моддани (кристалл фазани), кристалл оралиғини тўлдириб турган аморф моддалар билан тўлган ровакларни (шишасимон фаза) ва озгина газсимон бўшлиқларни қуриш мумкин. Зич керамик материаллар ҳам борки, уларда ғоваклар ва газсимон бўшлиқлар бўлмайди.
Ҳамма керамик буюмлар бир неча компонентли, нозик дисперс ҳолатгача майдаланган бошланғич керамик массадан тайёрланади. Бошланғич массага кўпинча табиий тўпроқ ва сув қўшилади, бу эса хамирсимон массанинг пластиклигини оширади ва ундан пластик шакл бериш ёки мундштук орқали чўзиш билан берилган шаклдаги буюмни олишга имкон беради. Баъзи бошланғич керамик массаларга тўпроқ қўшилмайди. Бундай кукунсимон массалардан фақат пресслаш усули билан буюмлар тайёрланади.
Бундай усуллар билан тайёрланган керамик буюмлар ярим фабрикатлар ҳисобланади. Улар етарлича зичликка, механик мустаҳкамликка ва зарур электр характеристикаларига ҳали эга бўлмайди. Талаб этилган механик ва электр характеристикаларга эга бўлган керамик деталлар олиш учун ярим фабрикат юқори температурали печларда пиширилади. Бунда керамик материал ичида бошланғич компонентлар орасида мураккаб химиявий реакциялар бўлиб ўтади. Пишириш вақтидаги энг юқори температура 1200—1600° С га тенг.
Тайёр бўлган керамик деталлар очиқ (оқиш) рангда ва сир­ти бироз ғадир-будур бўлади. Уларнинг сирти жилвирлангандан сўнг ёки шишасимон сирт қоплангандан сўнг силлиқ шаклга келади. Сирланган керамик буюмларнинг сирти силлиқ ва ялтироқ ўзига чанг юқтирмайдиган бўлади. Сир тўғри танланган бўлса, керамик буюмларнинг механик мустаҳкамлиги анча юқори бўлади. Ҳамма турдаги керамик деталлар ва буюмлар уларга фақат абразив асбоблар билангина механик ишлов бе­риш мумкин.
Радиокерамик материаллар шартли равишда радиокурилма конденсатор учун мулжалланган ва пъезокерамик материалларга бўлинади.
2. Радиоцурилмалар учун мўлжалланган керамик материаллар
Радиокурилмалар учун мўлжалланган керамик материаллар қалин қатлами интеграл микросхемаларда қаттиқ изоляцияловчи асос сифатида қўлланилади. Шунингдек лампаларнинг панеллари, Ғалтакларнинг каркаслари, галетли узиб-улагичларнинг ўзаклари ҳам шундай керамикалардан тайёрланади ва ҳоказо.
Радиоэлектроника энди ривожланиб келаётган даврда ке­рамик компонентлар (платалар, каркаслар) тайёрлаш учун электротехник чиннидан фойдаланиб қурилади. Электротехник чиннининг бошланғич массаси—50% табиий тўпроқда 25% кварц ва 25% дала шпатидан ташкил топган. Кварц ва дала шпати табиий минералдир. Электротехник чиннида 80°С ва ундан юқори температураларда диэлектрик исрофлар кўп ва электр ўтказувчанлиги юқори бўлиши сабабли ҳозирги вақтда радио- электроникадан ундан фойдаланилмайди; унинг ўрнига улғтрачинни ва стеатит қўлланилади.
Улpтрачинни – бошланғич массасининг таркибига кўра электротехник чиннидан шуниси билан фарқ қиладики, ундаги табиий минералдала шпати ўрнига барий карбонад ВаСОз олинган. Дала шпати каби барий оксиди ВаО ҳам барий карбонаднинг термин парчаланишидан ВаСО₃ = ВаО + СО₂ ҳосил бўлади, чиннига шишасимон аморф модда (шиша фазаси) ҳо­сил қилувчи шишаланувчи компонент бўлиб ҳисобланади. Барий карбонаднинг киритилиши (дала шпатига нисбатан анча тоза модда бўлгани учун) улғтрачиннининг электр ўтказувчанлиги-ни ва диэлектрик исрофларнинг камайтиришга имкон беради. Бундан ташқари улғтрачиннининг бошланғич массасига 45— 50% соф гилтўпроқ—А1₂О₃ (табиий тўпроқ массасини кескин камайтириш ҳисобига) қўшилади. Улpтрачиннининг бошқа компонентлари электротехник чинниники билан бир хил.
Тайёр (пиширилгандан кейинги) улғтрачиннининг микроскопик тадқиқоти шуни кўрсатадики, ҳосил бўлган материал ко­рунд (30—35%), муллит (35%) ва шишадан (30—35%) таш­кил топган экан. Улғтрачинни текис ва майда заррали тузилган бўлгани учун унинг механик ва электр характеристикалари анча яхши (5-жадвал).
Стеатит — бошланғич массаси 65—80% (масса бўйича) табиий минералдан талғкдан ЗМgО4SiЪ₂Н₂О, шунингдек тупроқсимон модда ва шиша ҳосил қилувчи компонентлардан (барий карбонад ёки калғций карбонаддан) ташкил топган.
2-жадвал

Стеатит бошланғич массасининг хамма компонентлари хам бошқа керамик массаларники каби майин туйилади, сўнгра улар сувда қорилади. Натижада пластик стеатит массаси ҳосил бўлади. Ундан пластик шакл бериш усули билан буюмлар ясалади ва печда пиширилади. РЭА учун мўлжалланган стеа­тит буюмлар суюқ стеатит массаларни қолипларга қуйиш йўли билан ҳосил қилинади. Бунинг учун ҳам пластик масса бўлаклари печда 1000—1100°Сда пиширилади. Пиширилгандан сўнг ҳосил бўлган мўрт стеатит материал жуда майда кукун шаклига келгунча майдаланади. Бу кукун суюқланган парафинга солинади ва яхшилаб қориштирилади. Натижада қуйиладиган стеатит массаси ҳосил бўлади, унга эса ичидаги хавони чиқариб юбориш учун вакуумда ишлов берилади.
Олинган қуйма стеатит массадан пўлат қолипларга босим остида қуйиш усули билан буюмлар тайёрланадн. Бу усул би­лан мураккаб шаклдаги стеатит буюмлар (ғалтакларнинг каркаслари, мураккаб кўринишдаги платалар, масалан, галет шаклидаги) олиш мумкин. Қуйма буюмларга исталган турда механик ишлов бериш мумкин.
Керамик буюмлар устида олиб бориладиган энг охирги тех­нологик жараён — термин ишлов бериш—1200—1600°С да пиширишдан иборат. Тайёр стеатит буюмлар 60—70% клиноэнстатит МgОSiО₂ ва 30—40% шишадан иборат. (Шиша клиноэнстатит кристаллари орасида тенг тақсимланган бўла­ди.) Стеатит таркибида кўп миқдорда кристалл модда миқдорининг бўлиши бу материалнинг электр ва механик характе­ристикалари юқори бўлишини тахминлайди. 33- расмда радиокурилмалар учун мўлжалланган керамик материаллардан ясалган баъзи буюмлар тасвирланган.

14-расм
Улpтрачинни ва стеатит фақат катта ўлчамли радиокомпонентлар тайёрлашда ишлатилади. Масалан, ғалтакларнинг каркаслари, лампаларнинг панеллари платалар ва бошқалар. Бу материалларга юқори зичлик ва тузилишининг бир жинсли камда сирти силлиқ бўлиши каби талаблар қўйилмайди.
Холбуки ҳозирги замон радиоэлектроникасида интеграл микросхемалар учун бир жинсли ва катта зичликли ҳамда силлихлаш мумкин бўлган диэлектрик материаллар талаб этилади. Алюминий оксиди Аl₂О₃ асосда тайёрланадиган соф глиноземли радиокерамик материаллар бу талабларга жавоб беради. Бу материалларнинг бошланғич массаси 95—100% соф гликоземдан иборат бўлиб, у дастлаб термик ишловдан ўтказилади, яъни пиширилади.
Глинозём (алюминий оксиди) кўп бўлган корунд керамик массалардан буюмлар ясаш учун пресслаш ёки пўлат қолипларга эритиб қуйиш усулидан фойдаланилади. Буюм 1500— 1800°Сда пиширилгандан сўнг унинг таркибида 95—99% ко­рунд (а — Аl₂О₃) кристаллари ва 5—1% шиша бўлиши мумкин. Шиша корунд кристалларини боғлаб тўлдирувчи юпка қатламлар кўринишида жойлашган бўлади. Глинозёми кўп бўлган кўпчилик радиокерамик материалларда ҳам уларнинг хоссаларига салбий таъсир кўрсатувчи оз миқдорда ғовакликлар (~1%) бўлади. Қиздириб пресслаш усули билан олинган буюмларда ғовакликлар кам бўлади. Глинозёми кўп бўлган ғовакликлари йўк радиокерамик материал поликор ишлаб чиқилган, унинг оптик шаффофлиги яхши ва электр ҳамда ме­ханик характеристикалари юқори. Поликор жуда тоза глинозёмдан, поликор буюмларни пишириш жараёнида корунд кристалларининг ўсишини секинлатиш мақсадида бошланғич массага 0,1—0,2% МgО қўшиб тайёрланади.
Шундай қилинганда 30—40 мкм ўлчамларгача ўстирилган корунд кристалларидан ташкил топган ғоваксиз шаффоф кера­мик материал ҳосил қилинади. Поликордан ташқари 22 ХС микролити ва бошқа материаллар ҳам ишлаб чиқилган.
Глинозёми кўп бўлган радиокерамик материалларнинг афзалликлари қуйидагилар: ҳаттоки 1500°С температурагача ме­ханик мустаҳкамлиги жуда юқори ва электр характеристикалари ҳам юқори, 400°С гача бу хоссасини сақлайди. Бу радиокерамик материалнинг камчилиги шундаки, бошланғич массаларининг пластиклиги кичик шунинг учун мураккаб шаклдаги буюмларни ясаш қийин ва пишириш температураси жуда юқори (1500—1800°С).
Глинозёми кўп бўлган керамик материалларнинг асосий қўлланилиш соҳалари микросхемаларнинг қизишга чидамли диэлектрик тагликлари, магнетронларнинг изоляцияловчи деталлари ва ҳоказолар.
Керметлар — керамик модда ва металлдан ташкил топган сунъий композицион материаллар. Бу материаллар қи­зишга жуда чидамли оксидлар ёки карбидларнинг юқори температурада пишириш жараёнида ўзаро таъсирлашиш (реакцияга киришиш) натижасида ҳосил бўлади. Шундай йўл билан металл зарралари керамика доналарини бир-бири билан боғлаган металл-диэлектрик материал олинади. Унда металл сифатида волpфрам, молибден, хром, никелp қўлланилади. Кер­метлар қизишга чидамли, қаттиқлиги юқори ва химиявий инертликка эга бўлиб, иссиқлик ўтказувчанлиги яхши ва электр ўтказувчанлиги бирмунча юқорироқ бўлади, бунга керметда металл мавжудлиги сабабчидир. Радиосаноатида кўпроқ таркибида бир хил улушда қўшилган кремний ва хром асосидаги керметлар ишлатилади. Бундан ташқари, бу керметларга таркибига солиштирма электр қаршилигини орттириш мақсадида изоляцияловчи шиша ҳам киритилади.
(_ = 10² 10⁴ Омм).
Радиоэлектроникада керметлар асосан резистин юпқа плёнкали қатламлар ҳосил қилиш учун плёнкасимон интеграл микросхемаларда ишлатилади. Бунинг учун керметлар вакуум-термик хайдалади, натижада тагликда юпқа кермет қатлами плёнкаси ҳосил бўлади. Бу қатламлар намга чидамли, чунки металл зарралари кремний оксиди SiЪ₂ қатлами билан химоялангандир. Юпқа плёнкали кермет қатламларининг электр характеристикалари пишириш йўли билан барқарорлаштирилади.
Адабиётлар:
1)К.П.Богородиский, В.В.Пасинков, “Электротехнический материали”1985г
2)И.Холикулов,М.М.Нишонова”Электрон техника материаллари“ Тошкент шарк 2006й
3)Н.В.Никулин, В.А.Назаров ”Радиоматериаллар ва компонентлар “ Тошкент