CC BY
142. Кимстач Г.М., Щапов В.А. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2008. Т. 51. Вып. 2. С. 24 - 26.
3. Диаграммы плавкости солевых систем. Справочник. Ч 1 и Ч 2. Под ред. Посыпайко В.И., Алексеева Е.А. М.: Металлургия. 1977. 417с., 304 с.
4. Свойства неорганических соединений. Справочник. Ефимов А.И. и др. Л.: Химия. 1983. 392 с.
5. Справочник химика. Т. 1. Л.-М.: Госхимиздат. 1963. 1071 с.
6. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. Вып.1. Торопов Н.А. и др. Л.: Наука. 1969. 822 с.
Кафедра химии, экологии и безопасности жизнедеятельности
УДК 621.383:541.1
Е.М. Жукова, В.П. Севостьянов, Т.В. Холкина
СТАБИЛИЗАЦИЯ ПОЛИМЕРСОДЕРЖАЩИХ ЦЕМЕНТОВ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
(Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского)
E-mail: [email protected])
Экспериментально показано, что короткоимпульсное электрогидравлическое воздействие (напряжением до 20 кВ) на многокомпонентные гетерогенные пастообразую-щие системы стабилизирует их по гранулометрическому составу и по однородности распределения твердых частиц в массе композита. Данный эффект достигается дополнительным дроблением твердых частиц в полимерной матрице, а также за счет возникновения в массе кавитации (ультразвуковых колебаний и высокого короткоимпульс-ного сжатия).
В знакосинтезирующих электронных индикаторных устройствах отображения визуальной информации широко применяются наиболее перспективные полимерсодержащие диэлектрические и токопроводящие цементы [1, 2]. В качестве основы в них используются различные по составу полимерные связующие с добавлением диэлектрических оксидных или токопроводящих метал-
лических порошков (табл.). Согласно конструкции индикаторов, цементы наносятся либо на стеклянные платы индикаторов, либо на диэлектрические дорожки из стеклофритты. Последняя представляет собой смесь мелкодисперсного порошка из низкоплавкого стекла с органическим биндером, наносимая на электронную плату или стеклофритту трафаретным способом.
Таблица
Некоторые характеристики цементов, применяющихся в конструкции знакосинтезирующих индикаторов
Характеристики цементов Тип фосфатных цементов на основе
Хрома Алюминия Никеля Меди
Назначение Диэлектрический Токопроводящий
Связующие, мас. %. 25-30 30-35
Наполнитель, соотношение мас. частей Алунд: каолин: (NH3)3PO4 = 12:2:1 Ni:NiO = 9:1 Cu:CuO = 9:1
Разбавитель (Н3Р04 ), мас. % 15-20 10-15
Время жизни цемента, ч 120 24 4 8
Температура отверждения, °С 350-400 120-400 50
Усилие сдвига капли цемента со стекла, сПа 45-50 10-15 2-5
Электрическое сопротивление контакта после отверждения, кОм/см2 - - 0,2-2,0
При изготовлении индикаторов применяют тестирование цементов путем трафаретной накатки их в виде многослойного «пирога» (токопрово-дящий - диэлектрический - токопроводящий) на герметизирующую стеклофритту (рис. 1), с последующим термоотверждением и анализом качества слоев (на наличие разрыва сплошности, вкраплений, гладкой и однородной поверхностной текстуры и т. д.), короткого замыкания или величины пробойного напряжения между токопроводящими слоями. Стабилизация этих параметров явилась целью настоящей работы.
а
б
Рис. 1. Микрофотографии шлифа многослойной системы: а -полимерсодержащие цементы, изготовленные по стандартной технологии, б - тоже после обработки методом электрогидравлического воздействия (1 - токопроводящий цемент, 2 -диэлектрический цемент, 3 - стеклофритта). Увеличение х300 Fig. 1. Micro photos of multi layer system section: а - polymer-containing cement producing on conventional technology, б - the same after treatment of electro- hydraulic action (1 - conductive cement, 2 - dielectric cement, 3 - glass frit). Magnification is 300
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Электрогидравлическое воздействие (ЭГВ) на образцы осуществлялось на установке типа ТХ-20,0-9 с конструкцией электродов в реакторе «острие-острие» [3] при рабочем (пробойном) напряжении 10-12 кВ.
Низкоплавкое стекло (типа АЯЗ-6) было изготовлено из шихты при соотношении компонентов (мас. ч.):
PbO:SiO2:H3BO3:Al2O3:CdO:K2CO3-1/5H2O= =50,5:31,2:10,5:4,0:2,0:1,8.
Варка стекла проводилась при условии: тигли - корундовые; рабочая температура варки 860-890°С; скорость нагрева 150-180°С/ч; время полного цикла 1-2 ч. Температурный коэффициент термического расширения стекла составлял K =107 К-1 (при Т =20-300 °С), а линейного -К =(60±2)-10-7 К-1 (при Т = 20-300 °С).
Полученное стекло анализировалось петрографическим методом с целью определения кристаллической фазы, размера частиц стекла, наполнителя и их соотношений (до и после выжигания органической связки); дифференциально-термическим анализом для выявления характеристических температур; полным количественным химическим анализом готового цемента; просвечивающей микрофотографией на микроскопах вы-
сокого разрешения, включая наблюдения на МИ-8 и ПОЛАМ-Л-211.
Закалка стекла стандартная - методом выливания расплава в холодную воду. В результате этого стекломасса растрескивалась и в таком виде поступала на гранулирование.
Гранулят измельчался на валковой мельнице в фарфоровых барабанах с алундовыми шарами. Для исключения негативного влияния гранулометрического состава стеклофритты на границе ее раздела с цементами, стеклопорошок проходил дополнительную обработку ЭГВ с последующим отбором методом седиментации фракции 25±3 мкм.
Далее порошки смешивались с органическим биндером из этилцеллюлозы и терпинеола («25 мас. %) до вязкости готовой стеклофритты 2200±200 сПз (при Т = 25 °С).
«Гомогенная» однородность цементов (табл.) обеспечивалась многочасовой (более 24-30 ч) их обработкой стандартными пастатерками.
Накатка цементов осуществлялась методом сеткографии с размерами ячеек сетки 68 меш/дюйм.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Как видно из рис. 1а, в процессе серийной накатки и отверждения диэлектрические и токо-проводящие слои цементов различны по толщине. Токопроводящие системы (рис. 1а, 2) неравномерны по цвету, в них отмечены вкрапления агломератов металлических частиц, области «вспенивания», короткого замыкания и разрыва сплошности (рис. 2).
Рис. 2. Микрофотографии шлифа многослойной системы: 1 - токопроводящий и 2 - диэлектрические цементы с вкраплениями металлических частиц; 3 - стеклофритта, 4 - разрыв сплошности и короткое замыкание; 5 - область «вспенивания» цемента. Увеличение х700 Fig. 2. Micro photos of multi layer system section: 1 - conductive and 2 - dielectric cements with inclusions of metal particles; 3 - glass frit, 4 - uniformitybreak and short-circuit; 5 - area of cement foaming. Magnification is 700
Как было показано ранее [3], ЭГВ эффективно стабилизирует многокомпонентные полимерные пастообразующие системы как по уменьшению и стабилизации гранулометрического состава, так и по однородности перемешивания компонентов. Первое обстоятельство достигается
Р-10"4, 100
10
1
0,1 0,01
0 100 200 300 T,°C
Рис. 3. Зависимость парциального давления воды от температуры в процессе газоотделения цементов: 1 - цемент из алун-да, отвержденный при T = 250 °C; 2, 3 - алюмофосфатный цемент, отвержденный при температурах 350 и 400 °C; 4 - алюмофосфатный цемент, отвержденный при температуре
400 °C, после электрогидравлического воздействия Fig. 3. Water vapor partial pressure vs temperature in process of cements gas evolution: 1- alundum cement cured at T=250 0C; 2,3 - phosphate- alumina cement cured at T=250 0C and 400 0C, respectively; 4 - phosphate- alumina cement cured at T=400 0 after electro- hydraulic action
дополнительным дроблением металлизированных частиц в полимерной матрице, а второе - за счет возникновения в ней кавитации ультразвуковых колебаний в поле электрогидравлического воздействия и высокого (до 1000 ат.) короткоимпульсно-го сжатия. Это подтверждается тем фактом, что обычная УЗ обработка (мощность до 10 Вт/см2,
экспозиция 20-25 мин.) мало влияет на улучшение гомогенности системы в целом и, как следствие, реализацию равномерных слоев (рис. 1б).
Важным является следующее обстоятельство. Ранее [1, 4] было установлено, что при термических обработках в цементах отмечается интенсивное газоотделение, а на масс-спектрограм-мах фиксируется увеличение пиков, соответствующих массам Н2О, СО2, углеводородов и т.д. Этот факт является принципиально важным в технологии изготовления вакуумно-люминесцентных индикаторов, так как улучшает и стабилизирует остаточную вакуумную атмосферу в лампах. Электрогидравлическое воздействие дополнительно смещает газоотделение в область более высоких температур и улучшает качество электронных приборов (рис. 3).
ЛИТЕРАТУРА
1. Севостьянов В.П., Ракитин С. А. Экстремальные физические воздействия в технологии производства изделий знакосинтезирующей электроники. Саратов: СГАП. 1999. 228 с.
2. Севостьянов В.П и др. Изв. вузов. Электроника. 2004. № 6. С. 18-21.
3. Севостьянов В.П., Ракитин С.А., Пудовкин Н.Г. Приборы и техника эксперимента. 2000. № 3. С. 321-324.
4. Финкельштейн С.Х. и др. Приборы и техника эксперимента. 1999. № 1. С. 142-144.
Тор
2 3 4 А* Р
/
(
Кафедра технической химии и катализа
