Конструкционные материалы. Основные требования, предъявляемые к конструкционным материалам, страница 28

Во многих случаях результатом взаимодействия окислов является образование стекла. Из-за свойственной стеклу метастабильности оно может частично или полностью кристаллизоваться, еще более усложняя строение керамики. Таким образом, керамическое тело часто оказывается многофазным, состоящим из различных структурных элементов, среди которых некоторый объем могут занимать пустоты — поры. Последние не являются структурными элементами керамики, но оказывают заметное влияние на характер структуры керамики и соответственно на ее технические свойства.

Основные виды структуры вакуумно-плотной поликристаллической керамики приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные виды структуры вакуумно-плотной поликристаллической керамики

Вакуумные свойства керамики

Вакуумные свойства керамики определяются двумя характеристиками — газовыделением и газопроницаемостью. Обе они очень важны для построения правильного режима обезгаживания вакуумного прибора во время откачки и прогнозирования поведения металлокерамических приборов в течение длительного срока службы или хранения.

Газовыделение. Нагревание керамики в вакууме сопровождается выделением из нее газов. Практически интересно знать, каково суммарное количество выделяющихся газов и каков их спектральный состав при нагревании керамики в широком — до 1000 °С — диапазоне температур. Выделение газов из керамики в общем случае может быть связано с тремя причинами: выделением легколетучих примесей; диссоциацией окислов; десорбцией газов, поглощенных в процессе изготовления керамических деталей.

Применительно к вакуумно-плотной керамике два первых источника газовыделения не имеют существенного значения, так как легколетучие примеси удаляются при высокотемпературном спекании керамических изделий (температура спекания 1300…1700 °С), а окислы, входящие в ее состав, имеют чрезвычайно низкую упругость паров даже при температуре выше 1000 °С. Например, давление паров окислов, равное 10^-10 мм рт. ст., наблюдается для Аl₂О₃ при 1050 °С, ВеО при 1300 °С, SiO₂ при 850 °С, МgО при 910 °С, МnО при 1060 °С, Сr₂О₃ при 1300 °С.

Следует, однако, отметить, что если самопроизвольная термическая диссоциация окислов керамики маловероятна, то в работающем приборе под воздействием различных факторов могут возникнуть условия более легкой их диссоциации. Такие условия возникают, например, при бомбардировке керамики электронами высоких энергий, вследствие чего происходит диссоциация окислов, и керамика может стать неиссякаемым источником кислорода.

В процессе откачки прибора и при его работе из керамических деталей выделяются в основном сорбированные газы. Количество выделяющихся газов и их состав являются функцией структуры (главным образом плотности) керамики .и технологических условий ее изготовления и обработки. Анализ имеющихся данных позволяет сделать общее заключение, что газовыделение вакуумно-плотной керамики весьма мало и не превышает газовыделения из металлов, широко применяемых в производстве электронных вакуумных приборов, например меди, никеля и др.

В табл. 3 приведены данные по газовыделению основных марок отечественных керамик при нагреве в вакууме до 900 °С.

Таблица 3

Газовыделение основных отечественных керамик при нагреве в вакууме до 900 °С

Эти данные (как и все последующие данные для отечественных материалов) получены на масс-спектрометре МХ 1302 методом накопления при нагреве в течение 45 мин в вакууме 10^-6…10^-7 мм рт. ст. В этих условиях давление газов достигает предельной постоянной величины и в дальнейшем практически не изменяется. Образцы перед обследованием подвергались ультразвуковой очистке в растворе ОП-10.

Газовыделение плотной керамики в интервале температур до 900 °С определяется площадью поверхности образца и практически не зависит от его объема и массы, т.е. связано лишь с газовыделением поверхности и приповерхностного слоя толщиной около 20 мкм, содержащего газ в порах, стеклофазе и кристаллической фазе. Это выгодно отличает керамику от металлов, например меди, газовыделение у которой происходит из всего объема материала.