Свойства и разработка новых оптических стекол - Царевский Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Наряду с разработкой новых составов стекол постановка задачи повышения надежности электронных приборов вызвала необходимость поиска новых диэлектрических материалов с более высокими термомеханическими характеристиками, чем у стекла.
Применение керамики нашло широкое распространение в элек* тронном приборостроении, особенно при конструировании генераторных приборов большой и средней мощности. Сложная технология получения вакуумно-плотной керамики и ее спаев с металлами заставляет разработчиков применять керамику только в кон-
* Авт. свид. № 415241.
95
струкциях приборов, работающих в достаточно жестких эксплуатационных условиях, в которых действительно необходимо использовать керамические диэлектрики.
В этом плане большой научный и практический интерес могут представлять композиционные материалы, нашедшие применение во многих областях техники. Поиск и разработка композиционных материалов на основе стекла с различными наполнителями представляются весьма перспективной задачей и открывают возможности получения новых диэлектриков, обладающих комплексом физико-химических свойств для оболочек электронных приборов.
Систематическое исследование стеклокомпозиционных материалов применительно к электровакуумной технологии началось под руководством К- С. Евстропьева в конце 60-х годов.
Эти работы получили развитие в нескольких аспектах: исследовании условий формирования композиционных материалов в зависимости от природы матричного стекла и наполнителя, структурных изменений в процессе спекания и последующих термических процессов, изучении свойств композиций и возможности использования их для спаивания с металлами или другими диэлектриками [4, 5, 7].
При изготовлении композиционных материалов, основу которых составляет стекло, наиболее важная проблема — обеспечение совместимости дисперсной фазы (наполнителя) и матрицы с точки зрения термического расширения компонентов, химического взаимодействия их, возможности полиморфных превращений и возникновения новых фаз.
Исходя из этих предпосылок, исследовались два основных типа стеклокомпозиционных материалов с наполнителями в виде тугоплавких окисных соединений и бескислородных соединений кремния.
Выбор наполнителей столь различных по своей природе обосновывается их ценными физико-химическими свойствами, которые желательно передать композиционным материалам.
Первый тип композиций рассматривается на примере боросиликатных стекол типа С40-1 и С49-2 с наполнителем в виде окиси алюминия (a-модификации), вводимой в количестве от 5 до 50 вес. %.
Исследование кинетики спекания композиции показало, что формирование микроструктуры, обеспечивающей вакуумную плотность материала, происходит в температурном интервале 800— 1100° С в зависимости от количества вводимого наполнителя. Спекание исходного порошкового стекла сопровождается кристаллизацией стеклофазы с выделением S:02 в форме а-кристоба-лита.
Применение высокотемпературного рентгенофазового анализа с помощью дифрактометра УРС-50ИМ показало, что образование кристобалита и спекание стекла происходит в интервале температур 700—900° С; максимальное содержание кристобалита наблюдается при 800° С.
96
Введение наполнителя (корунда) предотвращает кристаллизацию стекла и при содержании его около 40% кристобалит практически исчезает.
Наличие кристобалита сказывается на механической прочности композиции, которая практически одинакова для исходного спеченного стекла и композиций с содержанием корунда до 30% и составляет (по методу центрального симметричного изгиба) 300—350 кг/см2.
С увеличением содержания наполнителя до 50% прочность материала повышается примерно на 30—40%.
Рентгенофазовый анализ этих композиций при температурах 700—1300° С показал образование новой фазы — муллита.
Снижение содержания кристобалита (КТР—а2о-зоо°с — = 500-10-7 °С -1) и появление муллита (а2о_зао° = 53“7 ° С-1) приводит к более согласованной со стеклом композиции (аст гю-зоо °с = = 40 • 10-7 “С"1), уменьшению напряжений на границе фаз и, как следствие, к возрастанию механической прочности изделия.
По мнению К- С. Евстропьева, большой интерес в качестве наполнителей могут представить бескислородные соединения кремния, отличающиеся повышенной теплопроводностью, термостойкостью, высокой устойчивостью к действию агрессивных сред. Непосредственное использование этих соединений в оболочках электронных приборов не представляется возможным из-за неудовлетворительного сопротивления окислению и значительной газопроницаемости.
По результатам экспериментальных работ в смежных областях, в частности, из разработок защитных жаростойких стеклокерамических покрытий [1, 9] известно, что наиболее перспективно в качестве наполнителей применять соединения кремния MoSi2, SiC, Si3N4.
Общее для этих соединений — высокая температура активного окисления — следствие образования при окислении защитной стекловидной пленки, состоящей в основном из двуокиси кремния. Наличие стекловидной пленки обеспечивает лучшую смачиваемость частиц наполнителя стеклом и совместимость их с матрицей.
