Использование: высокая прочность, равномерная мелкокристаллическая структура позволяют использовать данный материал в качестве подложек для интегральных схем, износостойких изделий, например керамических нитеводителей, пластин для механической обработки металлических изделий. Сущность изобретения: корундовый керамический материал содержит пятикомпонентную добавку на основе оксидов алюминия и циркония, позволяющую снизить температуру спекания и повысить механическую прочность. 1 табл.
Изобретение относится к области получения вакуумплотных материалов на основе Al2O3. Высокая плотность и прочность позволяет использовать разработанный материал в качестве подложек интегральных схем, керамических окон выводов энергии, износостойких изделий, изоляторов и режущего инструмента.
Известен керамический материал типа "Поликор", который изготавливается на основе технического глинозема с добавками 0,2 - 0,3 мас.% MgO [1]. Эта керамика используется для изготовления подложек микросхем, окон выводов энергии, высокотемпературных изоляторов. Недостатком данной керамики является неравномерная микроструктура по размеру кристаллов, наличие закрытой пористости 2-3%, невысокая механическая прочность, не боле 280 МПа, а также проведение спекания в вакууме при высокой температуре - более 1700
oC.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является керамический материал 22Х [2], изготавливаемый из технического
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
-глинозема, содержащего 5,6 мас.% добавки системы MnO-SiO
2Cr
2O
3. Спекание производят при 1600-1650
oC на воздухе с последующим обжигом в восстановительной среде.
Недостатком данной керамики является многостадийность подготовки керамической шихты, высокая температура обжига и необходимость дополнительной термообработки в восстановительной среде с использованием водорода, что требует специального дорогостоящего оборудования, а также невысокая прочность, не более 420 МПа. Крупнокристаллическая структура (размер кристаллов 10 - 20 мкм) и высокая закрытая пористость (более 5%) не позволяют получать изделия с высокой чистотой поверхности.
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение прочности и более равномерная мелкокристалическая структура.
Для достижения технического результата предлагается керамический материал, состоящий из оксида алюминия 85-90 мас.% и добавки 10-15 мас.%, содержащей компоненты в следующих соотношениях, мас. %: Al
2O
3 5,0-53,0, ZrO
2 23,3-50,0, SiO
2 15,0-25,0, MgO 5,0-18,0, Y
2O
3 1,7-5,0. Керамический материал, содержащий добавку указанного состава, не известен. При обжиге добавка образует жидкую фазу, способствующую снижению температуры спекания материала и обеспечивающую плотное сравнение кристаллов корунда между собой. Спекание керамики проходит при 1500-1550
oC как в вакууме, так и на воздухе.
Полученная керамика характеризуется равномерной кристаллизацией с преобладающим размером кристаллов 3-6 мкм, высокой прочностью 480-550 МПа, низкой пористостью не более 2,0%. При выходе за указанные пределы количества добавки системы Al
2O
3-ZrO
2-SiO
2-MgO-Y
2O
3 и температуры спекания наблюдается рост кристаллов, увеличение пористости и снижение прочности.
Пример. Тонкодисперсный порошок, имеющий состав в системе Al
2O
3-ZrO
2-SiO
2-MgO-Y
2O
3, получали плазмохимическим методом. Полученный оксидный порошок имел размер частиц менее 1 мкм. Указанный порошок в количестве 12 г смешивали с 88 г
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
- Al
2O
3, предварительно прокаленного при 1200
oC и измельченного в вибромельнице корундовыми шарами до размера частиц менее 1 мкм. В полученную шихту вводили временную связку, обеспечивающую формование. После формования изделия обжигали на воздухе при 1530
oC. Обожженные образцы имели прочность на изгиб 550 МПа, размер кристаллов 3-4 мкм, пористость 1,5%. Аналогично были изготовлены образцы керамики, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.
Предлагаемый мелкокристаллический корундовый материал, содержащий добавку порошка, имеющего составы в системе Al
2O
3-ZrO
2-SiO
2-MgO-Y
2O
3, характеризуется более высокой механической прочностью, более низкой температурой спекания по сравнению с прототипом. Преимуществом предлагаемого материала является также возможность проведения обжига на воздухе или в вакууме.
Формула изобретения
Керамический материал "Виктор-1" на основе оксида алюминия, содержащий добавку смеси оксидов, отличающийся тем, что имеет равномерную мелкокристаллическую структуру с размером кристаллов 3 - 6 мкм и содержит в качестве добавки смесь оксида алюминия, оксида циркония, оксида магния, оксида кремния, оксида иттрия при следующем соотношении компонентов в добавке, мас. %: Оксид алюминия - 5,0 - 53,0 Оксид циркония - 23,3 - 50,0 Оксид магния - 5,0 - 18,0 Оксид кремния - 15,0 - 25,0 Оксид иттрия - 1,7 - 5,0 при соотношении компонентов в материале, мас.%: Оксид алюминия - 85 - 90 Добавка - 10 - 15к
РИСУНКИ
Рисунок 1