Выдавливанием через мундштук изготовляют стержни диаметром от 0,5 мм и выше и трубки с минимальным диаметром 2,5 мм.
Процесс выдавливания отличается высокой производительностью и однородной плотностью распределения керамической массы в изделии.
Горячее литье под давлением применяют для изготовления небольших керамических деталей любой формы. Основная особенность процесса состоит в том, что заполнение формы производится вязкотекучей керамической массой, нагретой до температуры 80 - 90 °С под давлением 0,3 – 0,5 МПа. Технологическим оборудованием является специальная литейная машина, а технологической оснасткой – металлическая разъемная пресс-форма.
Получение деталей методом горячего литья под давлением происходит в следующей последовательности.
Исходную керамическую массу в виде коржей подвергают обжигу, дроблению и помолу в шаровых мельницах до тонкодисперсного состояния. Затем ее перемешивают с пластификатором (парафин - 11,5 - 13,5 %, олеиновая кислота - 0,5%, воск - 0,2 %) в специальных смесителях. Керамическую массу (шликер) загружают в рабочий бак 3 литейной установки (рис. 7.6), где она предварительно вакуумируется и нагревается до температуры 80 - 90 оС, приобретая вязкотекучее состояние. Вакуумирование применяют для удаления воздушных включений из шликера, что снижает количество пор в керамической детале и уменьшает ее усадку.
Расплавленный шликер 2, находящийся в баке 3, при температуре 80 - 90 °С под давлением сжатого воздуха 0,3 – 0,5 МПа через питающую трубку 1 заполняет разъемную металлическую пресс-форму 6, охлаждаемую водой. Нагрев керамической массы производится жидкостным термостатом 8 с подогревателем 9. Пресс-форма устанавливается на крышке рабочего бака 4 и фиксируется пневматическим прижимом 7.
После затвердевания керамической массы в пресс-форме давление снимают, её разбирают и удаляют заготовку. Затем деталь подвергают сушке, предварительному и окончательному обжигу, который рассмотрен ранее. Вследствие того, что прессовочная масса уже проходила предварительную операцию обжига и вакуумирование шликера, усадка после обжига деталей невелика Ky = 1,08 – 1,10 %. Таким образом, наряду с высокой производительностью этот метод позволяет получать детали самых точных размеров после обжига. При изготовлении деталей с массовым выпуском применяют литейные установки с автоматическим регулированием температуры и времени выдержки.
Точность размеров керамических деталей зависит от метода их изготовления и регламентируется отраслевым стандартом ОСТ 11 аЯО.077.000. Согласно отраслевому стандарту установлены 1, 2, 3 и 4-я группы точности, которые могут быть обеспечены следующими способами изготовления:
1 - 2-я группы точности – механической обработкой (шлифовкой) после обжига деталей, полученных: методами горячего литья под давлением в металлические формы, прессованием;
3-я группа точности – способами: горячего литья под давлением, прессованием, штампованием;
4-я группа точности – способами: выдавливанием через мундштук, штампованием, механической обработкой до обжига.
Группы точности керамических деталей определяются конструкцией, назначением и сопряжением их с другими деталями:
1-я группа точности назначается на размеры, полученные шлифовкой после обжига, обеспечивающие точное сопряжение деталей в сборочных единицах;
2-я группа точности назначается на размеры, полученные шлифовкой после обжига, не сопрягаемые;
3-я группа точности назначается на размеры элементов резьбы, обеспечивающие сопряжение деталей, кроме размеров отверстий на боковых поверхностях каркасов и трубок;
4-я группа точности назначается на все остальные размеры.
Каждому размеру в зависимости от группы точности назначаются допуски, указываемые в таблицах допусков отраслевого стандарта. Так, допустимые отклонения для 1, 2 и 3 группы точности детали размера 10 мм составляют соответственно 0,2; 0,3; 0,4 мм.
Шероховатость поверхности керамических деталей на чертежах не указывается. При необходимости шлифования шлифуемые поверхности деталей указываются на чертеже.
Изготовление керамических подложек. В качестве керамических материалов для диэлектрических подложек микросхем применяют высокоглиноземистую керамику ВК94-1, ВК100-2 (поликор), содержащую 94 % и 99,7 % глинозема (Al2O3). Процесс изготовления керамических подложек содержит этапы: подготовки сырьевых материалов; приготовления исходной керамической пластичной массы; формообразования сырьевых заготовок; обжига заготовок; механической обработки.
В керамическую массу, состоящую из глинозема, вводят минерализатор – компонент, регулирующий процесс спекания и образования структуры керамики при обжиге. В качестве минерализующих добавок используют смесь кварцевого песка SiO2, окиси хрома Cr2O3, марганца углекислого MnCO3 (для керамики ВК94-1) и водный раствор хлористого магния MgCl2 (для керамики ВК100-2). В керамическую массу добавляют жидкую органическую (технологическую) связку, состоящую из смеси поливинилбутираля, дибутилфталата и этилового спирта. Керамическая масса с органической связкой образует при комнатной температуре сметанообразную суспензию (шликер).
Формообразование подложек в виде керамической пленки осуществляют отливкой (вытягиванием) на установке типа УБ636 через фильеру на полиэтилентерефталатную пленку (подложку), перемещающуюся со скоростью 0,6 м/мин. Затем керамическую пленку отделяют от подложки с последующим разрезанием ее на отрезки длиной 150 - 200 мм. Полученные отрезки пленки выдерживают в течение определенного времени. В результате испарения компонентов связки или их полимеризации керамическая пленка затвердевает, сохраняя эластичность. Для уплотнения и доведения до заданной толщины отрезки пленки набирают в пакеты и прокатывают в вальцах, а затем из них получают подложку в вырубных штампах с учетом припуска на окончательную механическую обработку после обжига.
Обжиг подложек осуществляют в две стадии - предварительный обжиг для удаления технологической связки и окончательный, в результате которого формируется структура керамики.
Предварительный обжиг проводят в окислительной среде в конвейерных электрических печах. С целью предотвращения коробления подложки укладывают на специальные подставки (бомзы) из глинозема, ограничивающие их деформацию. Температура предварительного обжига (Тк) керамических деталей ВК94-1 и ВК100-2 составляет соответственно 1100 и 1300 оС. Скорость подъема температуры осуществляют ступенчато: от 20 до 300 оС со скоростью 50 град/ч; от 300 до 700 оС – 150 град/ч; от 700 оС и выше – 200 град/ч. При этом время нагрева τк – 1 ч, время охлаждения τо – 12 -14 ч.
Окончательный обжиг осуществляют в электропечах с молибденовыми нагревателями в вакууме (0,013 Па). Конечная температура обжига Тк керамики ВК94-1 и ВК100-2 (поликор) составляет соответственно 1580 и 1750 оС.
После контроля на наличие сколов, трещин и деформаций рабочие поверхности подложек подвергают шлифовке на плоскошлифовальных станках.