CH360938A - Procédé de fabrication d'un corps céramique semi-cristallin non poreux - Google Patents

Description

Procede de fabrication dun corps ceramique semi-cristallin non poreux La presente invention a pour objet un procMe de fab,rication d'un corps ceramique semi-cristalhn non poreux, doue de proprietes electriques, m6ca- niques et autres qui 1e rendent apte ä servir d'enve- loppe ou de partie d'enveloppe pour un tube. electro- nique capable de fonotionner ä une frequence de 10 000 megacycles/sec. et plus, soit ä une longucur d'onde de 3 cm ou moins.

Pour convenir ä Ges tubes ä haute frequence, les pieces dielectriques doivent avoir un:e temperature de deformation d'au moins 1000e C (de preference de 15000 C), un coefficient de dilatation thermique de Fordre de 55-80 X 10-7, mais ne depassant pas 10<B>0</B> X 10-7 par oC, pour permettre de metalliser la piece et de la souder ä des pieces metalhques faciles ä usiner, ä des temperatures atteignant 1300"C; elles doivent avoir aussi une resistance ä la traction ou ä la flexion d'au moins 1050 kg/cm2, de pr6fe- rence 1750 kg/cm2 ou plus, une constante di & ctri- que inferieure ä 9 et, de prUerence, egale ou infe- rieure ä 5 ä la temperature ambiante, et un facteur de perle Oectrique (produit de la tangente de perte par la constante die1ectrique) qui ne sofft pas supe- rieur ä 0,02 et, de preference, egal ou inferieur ä 0,01, ä la temperature ambiante.

Pour les tubes electroniques anterieurs, qui fo#nG tionnent ä des, frequences relativement basses, et qui ne sont p@as exp@oses ä des temperatures superieures ä 7000 C environ dans. leur constructio@n et dann leur fonetionnement, on utilise des pieces de verre. Mais les verres qui conviennent ä Ges tubes electro- niques anterieurs ne sont pas appropries aux tubes actuel.s ä haute frequente, Gar aucun verre ne pos- sede toutes les caracteristiques necessaires. Si cer- tains verres ont des caracteristiques dielectriques sa- tisfaisantes ä la temperature ambiante, les pertes dielectriques de la plupart des verres, particuliere- ment loirsqu'ils contiennent un oxyd'e alcalin, sont excess.ivement elevees. ä 500 C 0u plus ; les verres qui ont des coefficients de dilatation appropri6s se ramo#llissent ä des temperatures trop basses pour 1e b t poursuivi, Gar habituellement, plus 1e coeffi- cient de dilatation thermique d'un verre est eleve., plus. son paint de ramollissement est bas. ; et, de plus,, 1e verre n'a pas une solidite mecanique ade- quate.

Pour eviter Ges difficultes, an a employe des corps ceramique.s semi-cristallns qui sont composes d'un RTI ID="0001.0270" WI="9" HE="4" LX="1203" LY="1696"> oxyde ou silicate. metallique refractaire tel que 1'alumine, 1e zircon, la steatite ou la farsterite, qu'on lie en melangeant la matiere refraetaire ä des oxydes ou ä des silicates metalliques tels que TiO2, Mn02, Fe2O3, Mg0, Ca0, 1e talc, la bauxite et 1e kaohn, apres quoi an fagonne 1e me1ange et an 1e cuit ä une temperature de 1400 ä 1700 C. Ces corps. c6ra- miques ont des temperatures de deformation suffi- samment elevees, une solidite mecanique remarqua- bie en comparaison du verre, et des coefficients de dilatation thermique appropries., mais leurs proprie- t6s eleetriques presentent des variations imprevisi- bles, et ä certaines, temperatures et ä cextaines fre- quences elles ne sont meme pas aussi bonnes que Gelles des anciens verres. 11 faut un temps excessif pour cuire Ges corps de maniere qu'ils soient bien lies et non poreux, Gar les. oxydes et silicates utilises comme liantsi sont eux-memes tres refractaires. On a trouve qu'un traitement si rigoureux est respon- sable, au moins, en partie, de la variation genante de leurs proprietes electriques.

Un des buts, de la presente invention est de sur- monter Ges difficultes et d'obtenir un corps c6rami- que semi-cristallin non poreux qui presente les pro- pri6t6s d6sirables ei-dessus et qui eonvient pour ser- vir d'enveloppe ou de partie d'enveloppe ä un tube electronique capable de fonctionner ä une frequence de 10 000 megacycles/sec. ou au-delä.

Le proced6 selon 1'invention esst caract6ris6 en ce que 1'on m6lange intimement de 1'alumine eristalline finement divisee et un verre finement divis6, en pro- portion teile que le m61ange consiste en 60 ä 95 0/0 en poids d'alumine pour 40 ä 5 '% de verre, 1e verre contenant moins de 0,05 % d'oxydes alcalins, en ce que 1'on moule. 1e m61ange ainsi obtenu ä la forme desir & et en ce que Fon chauffe le Corps fagonne ä 1400-1625 C pour fondre rapidement le verre et lier 1'alumine.

0n a trouv6 qu'un Corps contenant un rapport alumine : verre inf6rieur ä 60 : 40 environ ne con- vient pas, ä cause de sa faible solidit6 mecanique et de sa basse temp6rature de d6formation, tandis, qu'un rappo:rt superieur ä 95 : 5 West pas applicable parce que, dans un tel Corps, il n'y a pas assez de verre pour lier convenablement les particules d'alumine.

0n a trouv6 que les verres qui comprennent es- sentiellement de 15 ä 75 % de SiO2, du A403 en propo:rtion n'excedant pas 45 %, et de 10 ä 60 0/0 d'au moins un des Oxydes alcalino-terreux Be0, Mg0, Ca0, Sr0 et Ba0, sp & ialement Ca0 et Ba0, sont sp6cialement appropries, bien que d'autres ver- res silicat6s pratiquement exempts d'oxydes alcalins puissent convenir egalement. On obtient des propri & t6s 61ectriques particulierement utiles avec un verre comprenant 60'% de SiO2, 14 % de A403, 16'0/0 de Ca0 et 10 % de Ba0.

Les difficult6s rencontr6es ant6rieurement dans .la fabrication de Corps semi-cristallins pour cet usage sont dues aux liants ant6rieurs heterogenes necessi- tant un temps de cuisson plus Jong, provoquant la fo:rmation de bulles dans la gangue et une dissolu- tion excessive de 1'alumine dans celle-ci. 0n a trouve qu'un temps. de cuisson beaucoup plus Court, par exemple de 4 Neures environ, suffit aux compos,itions de 1'invention, et qu'il en rdsulte un produit meil- leur. Cette cuis.son rapide du m.elange alumine-verre ne forme pas, de bulles et diminue la tendance de 1'alumine ä se dissoudre dans 1e verre. Si RTI ID="0002.0282" WI="3" HE="3" LX="1785" LY="597"> 1e verre a des caracteristiques electriques particulierement bon- nes, an obtient un produit doue de propri6t6s 61ec- triques superieures. Il faut toutefois que 1e verre soit fondu ä 1'avance. Quand an remplace 1e verre fondu ä 1'avance par une Charge de ses constituants non fondus, an p:rovoque une certaine dissolution de 1'alumine, ce qui ne convient pas au but poursuivi.

En Fondant ä Favance les constituants du liant, an elimine aussi les Corps volatils qui pourraient former des bulles ou des vides dann la gangue vi- treuse du carps semi-cristallin et an obtient un liant vitreux amorphe qui a un point de Fusion ou de ra- mollissement inf6rieur ä celui de ses constituants pris individuellement. Quand an fond ainsi ä l'avance le liant vitreux, il coule plus facilement et entoure les particules d'alumine, les liant en une masse dense non poreuse.

Etant donne que les points de ramollissement des verres utilises de pref6rence pour la mise en Oeuvre du procede selon 1'invention ne depassent pas 900 1000 C environ, il est d'autant plus surprenant qu'un Corps 1i6 par un verre de ce type ait une tem- p6rature de dHormation tellement sup & ieure au point de ramollissement du verre utilise comme liant.

1 2 3 4 A103 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ . . . 60'% 80'0/0 90% 851% verre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . <B>------</B> 40 0/0 20-% 10 0/0 densit6 <B>....</B> . . _ . . . . . . . . . . . . . <B>... ....</B> 3,08 3,36 3,46 3,40 temperature de defö:rmation oC <B>....</B> . . . 1350 1400 1475 1400 coefficient de dilatation X 10-7 par ()C . . 54,1 62,4 64,4 64,3 r6sistance ä la Flexion kg/cm2 <B>--------</B> 1620 2250 2950 2950 <I>Constante dielectrique</I> 1 k cycle/sec. ä 25o C . . . . . . . . . . . . 8,82 8,54 7,6 8,18 ä 450-C . . . . . . . . . . . 10,0 9,8 9,0 13,86 1 M cycle/sec. ä 250 C <B>.......</B> . . . . . . 8,55 8,54 7,5 8,16 ä 500o C . . . . . . . . . . . . 9,40 9,10 8,2 8,87 <I>Tangente de perte</I> 1 k cycle/sec. ä 25,) C . . . . . . . . . . . . 0,007 0,0007 0,0003 0,001 ä 450o C . . . . . . . . . . . 0,25 0,12 0,14 0,58 1 M cycle/sec. ä 250 C . . . . . . . . . 0,0006 0,0007 0,0003 0,0009 ä 500o C . . . . . . . . . . . . 0,009 0,004 0,006 0,024 <I>Facteur de perte</I> 1 k cycle/sec. ä 250 C . . . . . . . . 0,006 0,006 0,002 0,008 ä 450o C <B>------------</B> 2,5 1,18 1,26 8,0 1 M cycle/sec. ä 250 C . . . . . . . . . <B>...</B> 0,005 0,006 0,002 0,007 ä 500o C . . . . . . . . . . . . 0,085 0,036 0,049 0;21 Les exemples suivants 1, 2 et 3 montrent des compos.itions de nouveaux corps ceramiques semi- cristallins selon1'invention, en pourcentages en poids avec les densit6s, les tempdratures de deformation, le.s coefficients de dilatation thermique, les r6sis- tance.s ä la flexion, les constantes dieleetriques, leg tangentes de perle et les facteurs de perte. La com- position du verre utilis6 dans chaque. exemple com- prend environ 60'% de Si02 14'% de A1203, 16'% de Ca0 et 10 % de Ba0. A titre de comparaison, an indique dann 1'exemple 4 les propri6tes dune ceramique anterieure d'alumine Ue.

Dans la preparation des compositions des exem- ples 1, 2 et 3, an utilise une alumine cristalline fine- ment pulverisee dune finesse moyenne de particule de 500 ä 900 mesh (normes am6ricaines) et dune teneur en Na20 inf6rieure ä 0,05 0/0. 0n broie 1e verre et an 1e r6duit ä une finesse de particules infe- rieure ä 300 mesh dans un broyeur ä boulets de porcelaine. De fagon generale, apres avoir rduni les, matieres pulveris6es, Jans les proportions ddsir6es en poids, an les m61ange intimement en ajoutant suf- fisamment d'eau pour former une päte, et en agi- tant et en broyant dans un broyeur ä boulets de por- celaine pendant 24 heures environ. Ensuite, an fa- pnne un corps de la forme desiree, par des m6 thodes connues, par exemple par moulage ou cou- lage, ou en 6vaporant 1'eau dans une mesure seule- ment suffisante pour rendre 1e me1ange adh6rent lorsqu'il est tasse sous pression, et en moulant alors 1e m61ange selche sous une pression de 350 1050 kg/crn2 ou davantage. 0n seche completement les corps moul6s et an les cuit jusqu'ä 1'6tat non po- reux en les chauffant ä environ 1400-16250C pen- dant environ 4 heures, la temperature etant plus e1e- v6e ä mesure que la proportion de A1203 dans la composition est plus grande.

Claims (3)

1. REVENDICATION Procedd pour la fabrication d'un corps c6rami- que semi-cristallin non poreux, caracteris6 en, ce que 1'on m61ange intimement de 1'alumine cristalline fine- ment divisde et un verre finement divis6, en propor- tion telle que 1e mdlange consiste en 60 ä 95 % en poids d'alumine pour 40 ä 5'% de verre, 1e verre contenant meins de 0,05 % d'oxydes alcalins, en ce que RTI ID="0003.0278" WI="6" HE="4" LX="1198" LY="738"> 1'on moule 1e mdlange ainsi obtenu ä la forme desirde et en ce que Fon chauffe 1e corps fa@onne ä 1400-16250 C pour fondre rapidement 1e verre et lier 1'alumine. SOUS-REVENDICATIONS 1. Proced6 selon la revendication, caracterisd par 1e feit que 1e verre comprend de 15 ä 75 % de Si02, du A1203 en proportion n'exc6dant pes 45 % et de 10 ä 60 % d'au moins un oxyde alcalino-terreux.
2. 2. Procedd selon la sous-revendication 1, carac- t6ris6 par 1e feit que 1e verre contient du Ca0 et du Ba0.
3. 3. Proced6 selon la sous-revendication 2, carac- t6ris6 par 1e feit que 1e verre comprend environ 60 0/0 de Si02, 14 '/o de A1208, 16'% de Ca0 et 10 0/0 de Ba0.