РАДИО-, ПЬЕЗО- И ФЕРРИТОКЕРАМИКА

Керамика является одним из наиболее универсальных по своим техническим возможностям электроизоляционным материалом и находит примене­ние в самых различных областях электро- и радиотехни­ки. Наиболее высококачественные виды электротехниче­ской керамики применяются в высокочастотной технике. Основными типами радиотехнической керамики являются: электроизоляционная, полупроводниковая и магнитная.

К электроизоляционной относятся:

1) керамика для конструкционных установочных из­делий и конденсаторов малой емкости, отличающихся небольшой диэлектрической проницаемостью (стеатит, ультрафарфор, цельзиановая и корундомуллитовая кера­мика);

2) конденсаторная керамика (для высокочастотных термокомпенсирующих, высокочастотных термостабиль­ных и низкочастотных конденсаторов);

3) пористая керамика для изоляторов электронных ламп, оснований проволочных сопротивлений, которая должна отличаться низким значением тангенса утла ди­электрических потерь и высокой термостойкостью (пори­стая корундовая и стеатитовая керамика, шамот, алунд, кордиеритовая керамика);

4) сегнето- и пьезокерамика для низкочастотных кон­денсаторов, пьезоэлементов, нелинейных элементов (титанаты, цирконаты, станнаты).

Широкое применение в радиотехнике находит корун­довая керамика. По сравнению с другими радиокерамическими материалами корундовые отличаются самой вы­сокой механической прочностью. Они обладают также высокой термостойкостью, малыми диэлектрическими потерями, высокими твердостью, плотностью и химиче­ской стойкостью. Сочетание этих ценных свойств позво­ляет применять корундовые материалы в качестве изо­ляторов для автосвечей, оснований печатных схем, в магнетронных трубках, для конденсаторов, вакуумплотных спаев с металлами и др. Отрицательным свойством глиноземистых материалов в технологическом отношении является их высокая абразивность, затрудняющая меха­ническую обработку сырых заготовок и шлифование обожженных деталей.

Большой интерес представляет вакуумплотная корун­довая керамика из очень чистой окиси алюминия для использования в термоионных приборах, в которых электроды находятся друг от друга на очень малом рас­стоянии.

Просвечивающаяся керамика из А12О3 используется для изготовления корпусов ламп, работающих по прин­ципу разряда в парах металла. Керамические корпуса ламп могут эксплуатироваться при очень высокой темпе­ратуре (до 1500° С). В США разработаны керамические лампы на основе материала «лукалокс» со светоотдачей, в четыре раза превышающей светоотдачу обычных ламп накаливания.

Детали из корундовой керамики часто используют в составных металлокерамических конструкциях, где требуется хорошая прочность сцепления, вакуумплотность.

В настоящее время помимо названных новых видов керамики находят применение ранее разработанные керамические составы, такие, как корундо-муллитовая, цельзиановая керамика, стеатит, форстерит, шпинелевая, волластонитовая керамика.

Пьезокерамические материалы получают из окислов металлов. Этому виду керамики присуще особое свой­ство — пьезоэлектрический эффект, т. е. способность поляризоваться при упругой деформации и, наоборот, упруго деформироваться под действием электрического поля.

Пьезокерамические материалы представляют собой неорганические диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью, зависящей от напряженности электри­ческого поля. Для них характерно также наличие резко выраженного максимума на кривой зависимости диэлек­трической проницаемости от температуры. Такие диэлект­рики обладают спонтанной поляризацией и относятся к сегнетодиэлектрикам.

Основными видами пьезокерамики являются: керамика на основе титанита бария (ВаTiO3) и его производных, ниобата бария-свинца PbBa(Nb2O6) и цирконат-титанат свинца Pb(ZrTi)03.

Свойства пьезокерамики во многом зависят от пол­ноты реакций, обеспечивающих получение компонентов заданного стехиометрического состава.

Широкое применение нашли пьезокерамические, элек­тромеханические и электроакустические преобразователи. Пьезокерамические преобразователи используют в ра­диотехнических фильтрах, в толщиномерах и дефектоско­пах, звукоснимателях и микрофонах. Ультразвуковые сверла с керамическими преобразователями используют в металлообрабатывающей промышленности, медицин­ской и стоматологической практике и для других целей.

Одной из главных областей применения пьезокерами­ки является изготовление малогабаритных радиоконден­саторов, что особенно важно при производстве транзисто­ров и некоторой радиоаппаратуры. Способность пьезоке­рамики к поляризации используют при получении диэлектрических запоминающих устройств электронно-счетных машин.

Широкие области применения пьезокерамики приво­дят к разнообразию требований, предъявляемых к ней: температурная и временная стабильность, широкий диа­пазон рабочих температур (от 250 до 500°С и выше), спо­собность к работе в сильных электрических полях и под большим давлением.

Ряду этих требований удовлетворяют керамические ферриты. Керамические ферриты не уступают обычным металлическим магнитным материалам в способности намагничиваться, но обладают низкой электропроводно­стью. Они служат для изготовления постоянных магни­тов, сердечников высокочастотных и импульсных транс­форматоров, малогабаритных антенн, магнитных усили­телей.

Ферромагнитными свойствами обладают не только окислы железа, но и многие другие окисные соедине­ния—окислы хрома, марганца, кобальта, никеля, воль­фрама. Ферриты, относящиеся к классу магнитномягких, ши­роко используются в радио и телевидении. Магнитномягкие ферриты обладают постоянством магнитной проница­емости.

СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Стеклокристаллические материалы — ситаллы представляют собой стекло в кристаллическом со­стоянии. При получении стеклокристаллических материа­лов учитываются следующие факторы: состав исходного стекла, каталитические добавки и режим термообработки стекла при кристаллизации. В стеклокерамике решающая роль должна быть отведена не столько химическому, сколько фазовому составу материала. Фазовый состав и кристаллическая структура определяют основные свойст­ва стеклокерамики — прочность, плотность, коэффициент термического расширения, электрические и другие свой­ства.

Для получения ситалла стекломасса с содержащимися в ней катализаторами (фториды, фосфаты щелочных или щелочноземельных металлов, FeS, TiO2 и др.) формуется и охлаждается. Для образования кристаллов материал нагревается повторно. Его термическую обработку про­водят на низшей (образование зародышей — 500—700° С) и высшей (развитие кристаллических фаз — 900—1100°С) температурных стадиях в один или несколько циклов. При соответствующем режиме термической обработки до­стигают 95%-ной кристаллизации материала.

Некоторые свойства ситаллов