陶瓷降温隐身材料的主要品种与性能
日期：2019-05-30 13:15
(1)金属陶瓷
这是一种早期国内外用得较多的一种大功率体衰减陶瓷,而且目前仍在使用。它的制法是将平均颗粒为4m的W粉(Mo粉亦可,但以W粉为佳)(与A12O3粉按质量分数为50%,50%相混合)在137.90MPa压力下进行压制,然后机械加工成所需形状,最后在惰性气体或非氧化性气氛中于1700~-2000℃°度烧结10~20min。上述制得的金属陶瓷的优点是机械强度高、导热性好(可与钢相媲美)、能金属化和焊接、易于机械加工成所需要的形状。并且,可以价格低廉地提供块状产品。此外,金属粉末和陶瓷粉末的比例和种类可以变化。金属粉末除了W、Mo之外,也可用Cr、Ni或者它们的混合物。陶瓷粉末除A2O外,也可用蓝宝石、石英以及高Al2O3、BN、BeO陶瓷粉末等。
(2)渗碳多孔陶瓷
将已制得的多孔陶瓷浸入葡萄糖或工业蔗糖溶液中,浸入时间为24h(为加速渗糖,有的单位采用抽真空的方法),取出晾干,再经200℃温度下马弗炉中初烧,再放入氢炉中于1000℃下烧结30min,糖则还原成碳,其分解公式如下：C6H12O6·H2O→C6+7H2O 一般多用20%浓度的糖溶液,此时所得多孔衰减瓷的衰减量可达40~50dB,从实验得出,35mm左右的衰减片,其电阻值以100~2000为佳,此时比衰减量和匹配特性均良好。
(3)二氧化钛衰减瓷
二氧化钛经氢炉处理后可变成一种高频损耗材料。它与AL2O3、ZnO等氧化物可以烧结成适合于管内用的衰减材料。TiO2通常有三种变体即金红石、锐钛矿和板钛矿。其中金红石是稳定相,且介电常数在三种变体中是最大的。这种衰减瓷曾成功地应用于磁控管中,其优点是:气孔率较低,在高真空环境使用,不会放出大量的气体,可以金属化并能牢固地焊接到金属零件上,无剥落和掉渣的现象,能经受严格的振动而不损坏,在烘烤过程中和正常应用时的高温下未发现有再收缩。此外,由于主成分都是非磁性的,因而不会对磁控管中的磁场分布带来不利的影响。值得指出的是:随着TiO2含量的提高,衰减量也增大,但是,气孔率亦有所提高。相反,随着A2O3的提高,衰减量则下降,而气孔率亦有所降低。因此,两种性能之间应考虑一个折中的配方。少量SiO2的引入可作为矿化剂而降低陶瓷的烧结温度。
(4)磁性衰减材料
如上所述,微波即电磁波,即传播着的交变电磁波,吸波材料只要是能吸收电场分量或磁场分量,则最终都是吸收了电磁波。以往国内比较注重电损耗的吸收材料。而研究、应用磁损耗的吸收材料不多。实际上,磁损耗往往比电损耗在数值上大得多,可以用很少的材料来吸收较大的微波功率。因而,应该值得我们较大的关注。
①铁氧体衰减材料。R. Edwards等早期已将YIG铁氧体放入一个大功率的磁控管中(P>1000kW),企图抑制频谱中的邻近模式,实验结果初步表明:在大于30dB衰减的情况下,对管子的真空度和效率没有什么有害的影响,只要适当注意材料的选择、相互作用和铁氧体所需的并存直流磁场的设计、焊接性能以及其他工艺等,铁氧体是可以应用于微波管内的几年以后,国外采用热膨胀系数相匹配的MgO/MgAO4混合物来封闭锂铁尖晶石铁氧体,采用新的金属化技术和等离子体喷涂的封闭技术,该铁氧体已成功地应用于平均功率为1.5kW的大功率的微波管中实现了对杂波振荡信号的有效衰减,尽管铁氧体有152.4mm长,但并未发现铁氧体放气和阴极中毒。除了上述采用居里点较高的锂铁尖晶石铁氧体放入大功率微波管中去吸收杂波信号外,目前,也可将居里点较低的YIG铁氧体放入管中,在S波段注入式电子注正交场放大器中完成了宽频带(接近1个倍频程)的单向吸收。其指标是反向衰减≥50dB,正向衰减≤5dB。
② Fe-Si-A1合金(阿列西非尔)衰减材料。这是一种软磁合金材料,主要成分为Fe。据资料报道,它比康坦尔合金有更大的衰减量和更好的稳定性。俄罗斯、日本等国都进行过研究,曾有过关于性能方面的报道(表5-2)。其制造工艺方框图如图5-3所示。
(5)高热导率衰减陶瓷
由于电子器件向大功率、小型化方向发展,所带来的关键技术之一是散热问题。大功率、毫米波的真空电子器件中,散热问题十分突出。除了应采用高热导率的夹持杆、输出窗、热沉材料等之外,衰减材料也同样要求是高热导率的。目前,世界各国采用的方法大都是在一般氧化物中引入高热导率的材料,如BN、AN,BeO、金刚石等。
(6)国产衰减陶瓷隐身材料
衰减材料在大功率真空电子器件中至关重要,往往由于衰减材料的质量低下而使器件寿命终了。国内各有关厂家都十分关注这方面的研究和生产。由于衰减材料是一种特殊的功能材料,其性能对组分和生产条件的变化十分敏感,因而导致该种材料稳定性和一致性都比较难于控制。为此,除需要从事这方面的专家研制出更适应工艺条件变化的新组分外,同时也要求从事这方面工作的人员“严”字当头,一丝不苟。一定要将生产一般结构陶瓷的思维方法和生产衰减陶瓷严格区别开来,就像将生产日用陶瓷的思维方法和生产子陶瓷严格区别开一样。
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