DE2230339A1 - Keramisches substrat und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Keramisches Substrat und Verfahren zu seiner

Die Erfindung bezieht sich auf ein unglasiertee keramisches Tonerde-Substrat und Verfahren zu seiner Herstellung.

In der elektronischen Industrie ist besondere Aufmerksamkeit auf die Dünnfilm-M,ikro-Stromkreise gelegt worden, aufgrund der geringen Grosse der Stromkreise und der Reaktionsgeschwindigkeit, wie z.B. bei der Telegraphie, in der Computertechnik, bei Kleinradios, Fernsehen, Sendern und Satelliten. Die Mikrostromkreise setzen sich im allgemeinen aus zwei Klassen zusammen, nämlich den Dünnfilm-Mikro-Stromkreisen und den Dickfilm-Mikrostrorakreisen. Die erste Variante ergibt sich aus einem Schirmdruck, wobei leitende, widerstandsbehaftete und isolierende Zusammensetzungen von ca. 0,025 mm (0,001 inch)ι Dicke auf ein keramisches Substrat, vorzugsweisö Tonerde-Substrat, aufgespritzt werden. Diese DÜnnfilm-Mikrostromkreise werden hergestellt, indem dünne metallische: Filme in erster Linie durch Vakuum-Zerstäubungs- oder Ver^ j dampf ungstechniken aufgebracht v/erden. Es ist 'wünschenswert.,^, dass das abgelagerte Metall auf dem Substrat einen Film bildet, der als Widerstandselernent dienen kann, und dass : das anodische Oxid, welches sich auf dem Film ausbildet, ν als Dielektrikum für ein Kapazitätselemant dient. Um diesen ;■'■". Anforderungen zu genügen, haben die Hersteller von MikrÖT Stromkreisen Tantal verwendet, welches eine Herstellung von : Widerstanden im Bereich von 50 Ohm bis 1 Mega-Ohm und Kapazitäten von 0,0Ol bis 0,05 Mikrofarad erlaubt. Das Substrat für die Dtinnfilm-Stromkreiotechnik muss deshalb viele wichtige

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Dipl.-Ing. Hein*lesser, Patentanwalt D — 8 Mönchen 81. Cojimortiafje 81 - Tt-Μόη: (PSJ(I^l8^

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Bedingungen erfüllen, und 'insbesondere rasss es hohe .elektrlsteh^:-isolierende Eigenschaften -aefwaicen_f eirssn ■'ahnllchen^usdohtongaltoofCilaienteh^lo ds« ßfesi® Film haben ·'. vid hbhö -Warnieiib!iifatilgkeiti,: für öle EnergieTmrtellwng

itRoiui -Mötelliechö- Filiras· für öle Dönmffilra-nikrostroinkreie-Wiriä erheblich dünner als diejeaigsn für die Dick-

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®®f ^isrhMltnisrait ^iraea PlHchenzustand ',alfl« ^;··^:; ί30_: bl^r SO, fSlforotraeti) Unebenheit ^ ό Filfsis wesentlich

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'Mti φ' e3.ne hochdlcht@ SS^ssBinTOensetzungs·* _:;- 'rei^n:<Si;t;jwkrm©ätablIitat, hohe .wärmeleitfähigkeit» Festigkeit ■'rUrtd ^Wiä^rstandsfilhigkeit gegen Wärme&ch©cfss ■ aufweisen.

in der Dünnfilm~Mikrostroskr©lst®chnik

Verwendet worden,'und !fSSsssud' diese Gläser' den Kiölsteh^:'Assford(srungen' g45m1Sg£n» sind 'sie'^:'^;: 1;^: ih_; beotii^ten-iiiikritis-bheii" Bereich©ri'"unsstslfesglich.·· Dann -^obwohl' ■•■^'^ieleine.'ipiüte/OberfISchengütQ .ausweisen« 'öle für dl© Ablagerunc ■_■■-;. ₍,voii^Ifidarstahden¹ 'für 'SpisBnraigen¹ von- 100 irdü «ad KSi1(tr^: geeignet let; die Leistung «iwigrnintjl der. gerlfegsa I^Efealeitfähigkei¹ ■blei'· .WiderBtandof£i5itg!iaii..^$eg©n ©snacli -des Glases'- ist ä(be. EvrjJcwlösrdsiia ^:tti'tt ein® stSfiidi^®- Entgasung

is't® FltsorwÄSserstc Unter-Vj.-.'^aci^eiduhgl.stait^ilnööt,;.,^ eain kann als die, .

ΟίρΙ.-Ιης. Heint Usjet, Patentanwalt D — B.MOnditm 61, CoMmastiofce PI ■ Telofon:

'Dicke des abgelagerten HäteXIflimes. ' . , ".' .'■:,'

Es sind·'solion verschiedenartige Substrate^: untersucht worden, inöbesondsre ■ solche, ¹BiIt föScctristQbliit&t, ■; Widerstand· gegenüber Xt2mifc4^3ji'.«nd^:J^tea^::©Iafttti-<chQn Eigenschaften ,"wobei -■ grosöö ÄMÄarici3öE3?i©i& efesä fcctaardö-SwJb©traten: .geschenkt -wurde.

.Während "itotierda ^?ώφ ^φ&φΐϊτοΛ:.. ,blldlenjlcenn, das.die vorgenannten ·; Eigenäch'afteii ^fW'Äfc ßfeia^

aufwsistf bestiaradsn-'ä'cteleriijltelti'ii .darin, dass elne_: glatte ; Ober.flflche des Statbsfcrötös nicht' ©^halten trasrdeh. ■ kennte ·-· ■■ '' Es ' wur'otett Ve^swdlii^vfliiBtrairaiJrxnQn,' im! das ffion©rde^i5ubstraf- «u- ; ;"gla'R'lerehr «hj sg> el©.(a^;c!jdirfIÖehe0iibeJiheit-'yon, ca. -,0#025^u.·;■■'■. . .

(1 mikroinöh) .oslsr 'fessisr.''κΐι,erhalten.'-Ein© Gla'swr erhöht /aber

die Kosten des SraiSstrat©^; «wid vörfingert die !WHrmaieitfilhigkel¹ ·■: wodurch 'die -,voa- feta ■ßtsbstiiraV-.aufjstinfehmende Verlustleistung ■'..-.

begrenzt, wird. ^Di©' tlass©Ö£^hte des¹ Substrates wird verringert und.; dap. tfnterschneidtin'g^problein _: hinsichtlich deö*'Ktzeiis wM dadurch'-'nicht,: ti^geeichaltet. ■ ' .' ! ■ .. ■ ·

Es sind auch¹ böreltp Iförschlöge für die Herstellung von

^!Tonerde-Swbstraten zur Verv/endung- in der, .' ·_; ■ Dünnfilni-Mlkrbßtrcmiireistechnik gertiacht worden, und es wurde daraufhin ein Substrat hergestellt, das eine verbesserte OberflächenöhenhMt bei-ieiner Dichte von, 3j9 g/cc aufwies, und eina ■■Zufl«unÄnööt58wsB^Ssröinheit'ⁱ.^on-99%- besa'ssv Aber die . ■ Obetfl&chengttt^; bsfcrrag. .ungefähr O,25 3nm (IO mikroinch) und da« Substrat farid nie Aufnahme auf dem Jlarkt der DUnnfilm-

Mikrositron?kr®l0t©chitik. Ein Verfahren zur Herstellung von ,«olehon ungX®©|.^rtj©Ä. St^feafcrhten ^iai In der-US-PS 2 996 719 i-ti££e"nbart. ·&©! .^©©cssa Tasrfnte©a-wird ein Schlicker -aus-Tonerde ^:mit ''einca ^eSTfaniesSasj» .iM^M&^ön';.t4j8ungsniittel'.gemlecht, .· '■ ein 'W©t»ittiil;:vm& c?|to .©^ίτ-ηΐβσΐϊάώ; Bindemitel werden gebildet. eÄifft iKblroij©: ':awff.^Ägi'-fei^gljUj|kes .Stützband und..Miv®llierun< ^:;eifs©r ,dUhnoft _:feMßSife■■.&%&, ^! ois»©isi' Film_r worauf gotro'dtne.f. ;, ^;ep\\^©fs©äfs®!m_:i;Fi_:lm;.wIrd dann .glashart g©br^rint· ' " ■'. .

^ fcöi 'diur>VetwendJuin9,in dar.pttnrtfiJ.fn*'

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Dipl.-Ing. H«ini lesser, Patentanwalt D — 8 Mönchen 81. Cojimastr - 81 · Teiefon: (0811) 483820

Mikrostromkreistechnik eine hohe Oberf ächengüte oder Ebenheit besitzen» da normalerweise in der Dünn ;ilm-Mikrostromkreistechnik ein dünner metallischer Film verlangt wird, wie z. B. reines oder mit Zusätzen versehenes Tantal. Das Tantal wird dann auf ein SubstreSjiufgebracht, welches gereinigt wurde durch Ätzen, und zwar wird hier insbesondere das Vakuumspritzverfahren angewendet. Bei einer Pilmdicke von 250 K beträgt di© Glatte 1 mikroinch oder mehr. Zusätzlich sollte das Metall auch nicht in das Substrat eindringen und die Oberfläche sollte vorzugsweise undurchdringlich für Farben seir Bei der praktischen Anwendung wurde mn folgendes festgestellt. Je besser die Oberflächöslgtit® auf dem Tonerde-Substrat ist, desto niedriger wird"·die Dichte des Substrates. Bisher ist es noch nicht möglich gewesen, ein Tonerde-Substrat herzustellen, das eine¹ hohe Ober^lächenglätte aufweist, sowie eine hohe Masbendichte und eine OberflHchenschichtdichte, die im wesentlichen der d®r kristallinen Tonerde entspricht, aus der öich die Oberflächenschicht zusammensetzt.

Man ist nun in der £age gewesen, ein unglasiertes keramisches Substrat herzustellen,welches vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,004 und α,40 inch aufweist, welches extrem glatt ist, wobei die pberflächengiätte v;eniger als 8 mikroinch beträgt, und die Massendichte wenigstens ungefährt 9O bis 95 % der Dichte der kristallinen Tonerde entspricht, das heisstwenigstens 3,93, wobei eine Oberflächenschicht von dicht gepackten, willkürlich orientierten Tonerdekristallen mit hoher Dichte, die im wesentlichen die der kristallinen Tonerde entsprichti vorhanden ist, se dass eine Oberflächenschicht sehr niedriger Porosität erh? en wird, die das Substrat gasdicht warden lässt. Wei te iin ist das Substrat eehr biegefest, und weist eine ausser rdentlich dielektrische Peetigkeit auf und kann aus aktiver T nerde gewonnen werden mit einer Korngrösse von weniger als ^u. Die vorliegende Erfindung sieht desha ο ein keramisches Tonerde-Substrat vor zur Verwendung in der Dünnfilm-Mikro-

Dipl.-Ing. Hein« leuet, Patentanwalt D — 8 München 81, Coiimastrafce 91 ■ To|efon: (0811) 483820

Strontkrelstechnlk/ und zwar insbesondere als Widerstands- und kapazitätsbehaftete Felder, das hervorragende elektrische Eigenschaften, eine hohe Reinheit, hohe Wärmestabilit^t, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen thermische Schocks aufweist. Zu gleicher Zeit ist vorhanden eine gute Dichte, eine Oberflächenschicht mit einheitlicher Charakteristik, die eine hphe Ebenheit dieser Oberfläche mit sich bringt, wobei die Oberflächenschicht eine geringe Porosität hat, sowie eine hohe Dichte, die der der reinen kristallinen Tonerde sehr nahe kommt.

Es hat sich nun heraungestoXlt, dags die erwähnte OberflHchenkristallstruktur auf dem g.enpritaten Tonerde-Substrat dadurch erreicht werden kann, dass eine visco-elastische Masse von aktiver Tonerde vorgesehen ist, sowie ein visco-elastisches thermo-plastlsches Bindemittel, ein Lösungsmittel, wodurch die Masse somit eine Platine bildet, die Platine wte3 dann vorzugsweise in beiden Richtungen gerollt, und zwar unter hohen Scherkräften zwischen Rollen, die aus gehärtetem Stahl bestehen, uii eine Platine mit" einem Streckbelastungswert zu erhalten, wobei die gerollten Platinen entsprechend erhitzt werden, und zwar bei gesteuerter Temperatur, um jegliches verbleibendes "..ösungsmittel zu entfernen und das Bindemittel unter Oxidationsbedingungen zu'zersetzen, und die Platine bei Sintertemperatur zu brennen, um die Korngrösse j 1 1/2 bis 5-mal grosser werden zu lassen, als die ursprüngliche, Korngrösse.

Gemäss der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung eines Tonerde-Substrates vorgesehen, welches eine hohe Dichte aufweist, wobei die Oberflächenschicht aus nahe beieinander liegenden Tonerde-Kristallen besteht, wodurch der Oberflächenschicht eine hohe Dichte gegeben wird, «reiche im wesentlichen der der kristallinen Tonerde in der Oberfläche entspricht, diese Oberflächenschicht weist eine geringe Porosität auf, die Oberflächenrauhheit ist sehr gering and beträgt weniger als 8 mikroinch. Das Verfahren umfasst

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Dipl.-ln<J. Helnt Uishi, Putentanwafl D —8 Mönchen 81. Cortmosttofce 81 . Telefon: (OfJII) 483820

somit e'ino Hisehung anq ctfttivem Tpnerde-Pulver mit weniger · als 2,μ_ .'^brpgrösis©,.. *mS>ei^: ein visco-elas^ischcifs thempplastischsp polymar^is Bindssülttpl vorgesehen, ißt,''pp.· dass ' unter lioSvaj* Scherlsrflffcssa öitrjo-' F'i.atlne mit ©inojr, Streck--''' beXaBtwngeftli&^glsiiiLf ^bildlGfc^iroajhi- kenn, mit 'einem''iEXttt^tlgen organischen Ij0siiljr»^nitt©3.,'tföiicli&g$i ein© Lösung pit dew ' ^:" erwähnten Bindemittel'bilöösl ,ka^f)¹]¹ wobei das BindemifteI nur insbwsitⁱ ara^ösepil■ lot,"■iJoiss'-äiie Tonerde-Partikel von-, einander getrennt trsrßen köEin©n,'^!.ünd<l.e visco-elastische Masse in eine -Platine "getollt wejr&cn kann, die Platine wird durch Rollen aus gehJIrteteim Ötahl hindurchgeführt, der Eollvorgang erfolgt dabei vorzugsweise in beiden Richtungen über die Platine, die Platin® enthält dabei soviel Lösungsmittel, dass ein Auseinanderbrechöri nicht erfolgen kann, ein© Blasenbildung JLn der Platine kann während des Rollvörganges μ^βΓ hohen Scherkräftfeh" also nicht erfolgen, die gerollte platine wird d^nn bei S^ntertsiJ^ps^atur des Tonerde-Pulvers erwärmt und zwar bei regulierter steigender Temperatur, so dass das verbleibende Lösungsmittel vaporisiert wird, das Bindemittel wird aus der Platine unter Oxidationsbedingungen ausgebrannt, und swär d®ratt, dass ein Aufbrechen der Oberfläche der platine durch den Ganavistritt verhindert w^rdΓ die Platine wird dann bei Sintertemperatur für eine Zeit gabrannt, u^d awar'fOlainigey biö alle partikel ge&14t«$r£ '■'■■■■'■ worden sirfd, tun "ein«!? ^{ Korng^Ö^is© s^ e'rh'alten, dlie" 1' ,1/2 ' bis 5-mal grösner ist, y

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0-8 MönA« 81,Coammt.aj* ii · Wefont {0811) 4B 38.20

als ©O ft-d©r.;im«pncrriim<ah Dichte tor . Da® Substrat swr Vferwandtang An fer Dflnnfliliar ^^ i

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Beim Bretrasn;d@s.^!Swfe^at:sö b&&&?t ,sich ©£siq

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LsiriFif<sicitt, %ra»Xeli<a n©ti© beieinander StBsh^lttr gewShiriaistet ist, so

dass die Porösität mc^esm null: 1st, und ämr V?@rt'.der Dichte sich somit innerhalb; traniger j Prozente der^ theoretischen ' Dichte der reinen kristallinen Tonerde befindet. Zwischen den Krislalleri entsteht kein Vakuum. Die Ausrichtung der flacheji Kristalle ist willkürlich, jedoch sind alle Kristalle von hexägonaler Form. Über die Oberfläche erstreckt sich eine Schicht mit Dicke einiger oder mehrerer Körner, die ein kieselähnliche» Aussehen hat, da die hexagonalen Tonerde-Kristalle abgerundet© Ecken aufweisen. Diese kieselähnlichen Kristalle haben ebenfalls ein mosaikähnliches Aussehen, wobQl jedoch keines der Kristalle wesentlich über das andere hinausragt. Die Oberflächenschicht ist demnach extrem glatt und beträgt 5 mikrolnch oder weniger und weist eine hohe Dichte auf. J

Die OberflMcheffihaut wird «gemäss;'.' der vor liegenden Erfindung dadurch erreicht, dasο die Platine dea thermo-plastisehen Kunstharzesrunter hohen Scherkräften gerollt wird, wobei der Rollvorgftngvyoraugsweise r'iri beiden Richtungen über die Platin® erfolgt, uit|βαηα einheitliche Ausbildung der OberflSchisnhaut auf dar. Platine'zu'erreichen und ein einheitliches Schrumpfen der Platine viHhrend des Brennvorganges der Platine

L·»u erreichen. Es wird angenommen, dass ein solches untor hohen Scherkräften erfolgendes Rollen das thermo-plastische

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Dipl.-lng Hein« lenef, PotentonwoU D —8 München 81, Ccsimoslrofce 81 · Telefon: (0811) 4P· 28 20

RunSbharse'otroch't'r woötirctv die Haut gebildet wird und die Oberflächenschicht t?&hrehä' .dos¹ Rollvorganges verdichtet wird. Aufgrund 'ihebboondordi (Ihr Charcktexistika des thermo-plastisehen Vätlches aimssn Streckbalastungswart aufweist, &,.'· dmä ddsr Rollvorgang^1: die tonerde-Kristalle in der Öb©r£iachen£!!Chiehfe nsto*> genug zueinander bringt, um ein: Sintern €lQr Krlstnllo su bwiirken, und somit auch ein Wachsen.d@S? Kristailö> ^obsi .die''Kristalle die vorerwähnte .konspaht®. Ofentür 'tehea^sa. Bär unter¹ hohen Scherkräften erfolgende Bbilvprgahg dor platin© ist deshalb wesentlich für die vorliegende Erfiiidtasig. Das thermo-plastische Kunstharz muss demnach auch eieo Platine bilden können, und zwar eben durch den unter hohen Scherkräften erfolgenden Rollvorgang, wobei die dem Strecken unterworfene Platine eine Spannungs-Dehnungs-KUrve darstellt, mit einem bestimmten Streckbelastungswert, die dem STand der Technik nach schon bekannt ist, siehe hierzu z.B. ASTM D 638 56 T, Seite 38, Teil 6, 1957. Die Kurve weist also einen visco-elastisc¹ «n Teil und einen Streckbelastungswert: auf. Es vrird angenonr ^n, dass mit einem Bindemittel der vorerwähnten Art, und ein m Rollen der Platine unter hohen Scherkräften eine Zwischenschicht auf der Oberfläche der Platine ausgebildet werden kann, in der die Tonerde-Kristalle näher aneinander liegen, als beim Sintern der kristalle, eo dass diese also die vorerwähnte kompakte Struktur bilden. Man nimmt an, dass sich zwischen den Oberflächenschichten ein im allgemeinen amorpher zentraler Teil befindet, der sich bsi dem unterhohen Scherkräften erfolgenden Rollvorgoing bewegt und in dem die Tonerde-Kristalle weniger dicht beieinander liegen. Das gebrannte Substrat nimmt die Gestalt einer schichtweisen Anordnung an, mit einer hohen Dichte und eng aneinander liegenden Öberflächenschichten, mit einem inneren Teil, der eine geringere Dichte hat, die jedoch noch für das Substrat ausreicht, eo dass eich eine Gesamtmassendichte von mindestens 3,96 g/cc ergibt.

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Dipl.-Ing. Heim lesser. Potentonwolt D - 8 Mönchen 81. Cosi™a₅t.a&e 81 · Telefon: (0811)183320

Das thermo-plastische Polymer, welches für das flüchtige Bindemittel im Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst Homopolymere oder Co-Polymere wie Polyäthylen, Polyurethan, Polypropylen, Polykarbonat, Polyazetal, zelluloseförmige Polymere, Nylon oder Polystyren und besteht vorzugsweise aus einem Vinylharz, wie Vinylchlorid/ Vinylidenchlorid, Vinylchlorid/Azetat oder Vinylchlorid/Butanal-Copolymer oder einem Acrylharz wie Butyl-Methacryl-Säureester-Polymer oder einem Vinyl-Butanal-Polyraer. Ein besonders geeignetes Vinylchlorid-Copdymer ist bekannt durch das Warenzeichen Geon 222 von B.P. Goodrich Chemical Co., welches ein Vinylidenchlorid/ Vinylchlorld-Copolymer ist, mit einem spezifischen Gewicht von 1,52 g/cc und einem geschätzten Molekulargewicht von 37,000 bis 40j000. Die in spezifischer Viskosität ausgedrückte Kettenlänge beträgt 0,17 und die innere,Viskosität betagt 0,39 (ASTM D12-43). Ein geeignetes Polystyren 1st bekannt unter dem Warenzeichen Styron 330 von Dow Chemical Co.. Ein besondcss bekanntes Polyurethan ist bekannt durch das Warenzeichen Estane 5701 Fl, angemeldet von der Firma B.F. Goodrich Chemical Co.. Ein besonders geeignetes Butyl-Methacryl-Säureester ist bekannt durch Merck und ein besonders geeignetes Vinyl-Rutanal ist bekannt durch das Warenzeichen Butvar 76 von Monsanto. Ein Piastiziermittel, im allgemeinen ein gut kochender Ester, wird dem Co-Polymer hinzugefügt, um die Temperatur zu reduzieren, bei welcher das Copolymer zu fHessen beginnt. Das besondere Plastiziermittel hängt von dem verwendeten thermo-plastischen Polymer · ab, sowie ferner von der Eigenschaft des Piastiziermittels, sich in dem organischen Lösemittel aufzulösen. Ein" besonders geeignetes Piastiziermittel zur Verwendung mit Geon 222 Polymer ist Triglykol-di-2-äthyl-Hexoat, welches durch das Warenzeichen "Flexol Plasticizer 3GO" von der Union Carbide Corporation bekannt ist.

Bei dem Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung

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.-tng- Helm t·«·'. PotentenwoH D —8 MOnthen 81. Gwimarttaf.o 81 Telefon: (0811) 483820

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wird flie MibJhungs des Lösungsmittels der aktiven Tonerde und des thermo-plastischen Polymers zusammengemischt und als eina Platine ausgebildet. Die Platine kann in jeder beliebigen Weise ausgebildet sein, jedoch erfolgt die Ausbildung derselben vorzugsweise durch Ausziehung und zwar mittels Durchführens zwischen zwei Rollen. Um zu verhindern, dass die Mischung an den Rollen hangen bleibt, und das Polymer j zu plastizieren, ist es wünschenswert, ein Wachs dem Polymer als Schmiermittel zuzusetzen, und es sind mehrere Wachsarten dem dtand der Technik nach bekannt. Bei der Geon 222/ =C0-Zusammensetzung hat sich herausgestellt«' dass Carbowachs 750, ein Warenzeichen für Methojtyl-Poiyäthylen-Glykol, angeredet von der Union Carbide, sich. besonders¹ dafür eignet. Die Polymer/Plastiziermittel/iJachc-iüsammensetzung wird in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel aufgelöst, wefches eine Löaung mit der Bindemitte!zusammensetzung bilden kann, welche Zusammensetzung aus Toluen, Xylen, Methyiathyl-Keton, oder Azeton besteht. Toluen wird vorzugsweise angewandt, da es venig kostet und eine geeignete Flüchtigkeit aufweist. Das Verhältnis zwischem dem Polymer-Plastiziermittel-Wachs und dem Lösungsmittel kann frei gewählt werden. Es hHngt lediglich von dbm Vorhandensein dertelementarbestandteile ab. Z.B. kann eine Erhöhung der Viskosität des Polymers dadurch ausgeschaltet werden, dass grossere Mengen von PlastiziermitteJ.n oder Wachs oder jedes beliebigen anderen Lösungsmittels zugesetzt werden. Jedoch ist es gemäss dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wesentlich, dass nur ein bestimmtes Volumen ah Bindemittel vorhanden ist, um die einzelnen ;'■ Tonerde-Partikel voneinander zu isolieren oder zu trennen. Wenn wesentlich mehr Bindemittel vorhanden ist, kann eine Oberflächenstruktur in dem gebrannten keramischen Substrat nicht erhalten werden. Ferner ist es wichtig, dass genügend -Lösungsmittel In der Platine vorhanden ist, die durch die Rollen unter hoher Scherkraft hindurchgeführt wird, um ein ν

-._ .. ; t-j_j^»-« auf keinen Fall

.; Auseinanderbrechen der Platine

TO 988Ϊ/ToA4

H.ini U«er. Potenlonwcill D-δ Mßnd.tn 81. Cosimosttofje 81 · felclon: (0811) 48 3820

aber könnenlichen' entä^eri^'tt6hn Brüche in der Platine · entstehenrkm^rdais keraralfsplieuSwbstrat auf dem elektrischen Gebiet' nicht" ■te'ähr.'knget'iMclt^^erdcn J Die Anwesenheit von Sicken njirtlert did ÖbisrflächenglStte. Das in der ur-8prÜngllch@!& ISlschimg enthaltene Lösungsmittel reicht deshalb au», um die'Flafcisie zu bilden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stellt das Lösungsmittel der Mischung ein Optiimmr dar, um diia Platine zu bilden, kann die Menge des in "A®t Platine enthalte«©!* ι LöBindemittel verringert cöer

. "vergf öeeezii*^; v©Msiis ψ ■ tmbrsi ;■ die ■ Plttinö I vorzugsweise - ,einer '. Atmosphäre■ d@st' t«ÖÖWngßinittels.^: untsrmirfen wird. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung/ die Mischung direkt zu den nolleis aus ttartstfihl und mit höher Scherkraft arbeitend zusmführeii/ *i®lch© Rollen als Steahgpxressmittel dienen, um die Platisl© tu''bllueh·'-eowi'© '«iiaßh entsprechend die OberflMchen-

■ ': haut' attf- '.der' 'Piktlas ■·■ su bildesi.; Die' .^erwendung dieser mit hoher Sctierkreftriiarbeitendon Rbllen^Öowie der Strangpressroller bringt jeÄchviölepräktisch'aNachteiile mit sich, und zwar deshalb, veil Teile dar Mischung sich auf den Rollen ablagern

• können, was bell den'Strangpressrollen durchaus der Pail sein^ darf;, bei deti mit hoher ScherkEft arbeitenden Rollen jedoch; kann die Anwesönheit solcher Teile nicht geduldet werden,j weirdie Oberfläche der Platine,während des Rollens der Platine dadurch ©rstört; wird*JVom praktischen Standpunkt aus gesehen,

\ wird die Mischung* die im .ail^amöinen aus einer kohärenten Masse besteht, einem j Paar vcn Forratoilen zugeführt, die die Platine bilden, wobei der Betrag des Lösungsmittels in der ,Mischung optimal gewählt ist, um die Platine zu bilden. Die ausgebildete Platine wird dann einem Rollen unter hohen Scherkräften unterworfen, nachdem der Gehalt des Lösungsmittels reguliert worden istjν

Die Wahl d^sV^Wafeiöf^iisätischen Poiyirner-Plastiziermittel- ■ Waehe-Löeungsmittel-Systemes wird dbshalb getroffen, weil die dadurch entstehende flüchtige Bindemittel-Zusammensetzung ein visco-elasttlsches Material ist, welches die Platine ,unter Rollen mit hohen Scherkräften bilden kann,

Dipi-lng. Heim lesser, Paltrttanwolt D— 8 MOndvm 81. Cosimostiafso 81 TcIf ·η: (0311) 433820

wobei ein Streckbelastungswerfc, wie schon erwähnt, erzielt werden kenn. Daraus folgt, dass, w©nn das Bindemittel viscoelffitisch ist, und eine Spannungs-Dehnungs-Kur'e darstellt, die charakteristisch für dieses Material bei lern unter hohen Scherkräften erfolgenden .-.Rolfen ist, das Bindemittel-sowie die aktiv© Tonerde im ungebrannten Zustand el Unfalls viscoelatisch sim] und ebenfalls eine solche Kurve darstellen, da das aktiv© Tonerde selbstjkeine innere P. istizität aufweist. Der Ausdruck "visco-elastisches Material" kann auf jedes .Material .'bezogen sein» es neist die charakteristischen Eigenschaften' ein^^^ und hat zudem noch elafclsche Eigenschaften, ν'.. ■ .,' ■, "■■.'■,

päs;wSrraebeständ3.g© Matorial, welches das Substrat gemäss der Erfindung"bildet,:ist;aktive Tonerde. Die aktive Tonerde ist nützlich für das Verfahre», gemäss der vorliegenden Erfindung, und unterscheidet sich wesentlich von dem bekannten Material, welches sonst als aktive Tonerde b-zeichnet wird. Während beids aktivön: Tonerden im wesentlichen Aluminiumoxid sind, unterscheidet sich:; jedoch ihre Punktionsweise und die chemißieha. Qualität voneinander wesentlich. Die aktive Tonerde wird hergestellt dujffch Kalzinierung von Al^O₃, die Struktur und die Reaktionskinetik der Tonerde lassen sie als ausgezeichnetes Absorptionsmittel erscheinen, z.B. von Wasserdampf, die,Tonerde ist demnach chemisch aktiv im Gegensatz zu Aluminium, welches relativ nicht aktiv ist, und zwar bei, Raumtemperatur, das Material wird nur als Reagenzmittel verwendet und nicht als keramirches Material. Die aktive Tonerde gemSss dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung sintert jedoch bei, niedriger Temperatur und in kürzerer Zeit, als die normale aktive Tonerde. Der Grund dafür liegt nicht in der chemischen Zusammensetzung, sondern in der geringen Grosse der Kristalle, der unterschiedlichen Partikel-Grössenverteilung und in gewissem Ausmasse auch der OberflSchenmorphologie der Partikel. Aktive Tonerde ist gekennzeichnet durch eine hohe "grüne" Dichte, wobei gebrannt wird bei niedrigen Tcmperaturbedin^ ngen und in

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Dipl.-Ing. Heini lesjei, Potentonv/oH D —· 8 MCip.dien 81, Coiimoslrofje 81 · Telefon: (0811) 483820

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kurzer Zeit. Substrate anderen wärmebeständigen Materials, die gemäss dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind sehr teuer in dor Herstellung und weisen deshalb Mängel auf, well ei© die vorerwähnten wünschenswerten Eigenschaften nicht besitzen, die erforderlich sind, um das Substrat zur Verwendung in der Dtinnfilm-Mikrostromkreis-Techni^ anzubringen. Nicht aktive Tonerden sintern bei hohen Temperaturen von ungefähr 17OO°F oder darüber, welche Temperaturen die Lebensdauer der Brenneinrichtung verkürzen, so dass die Substrate, die aus der nicht aktiven Tonerde hergestellt werden, ßehr teuer in der Herstellung werden. Um eine· hohe Dichte und eine glatte Oberflächenstruktur des substrates bei der aktiven Tonerde zu erhalten, sollte dieses Substrat eine Gröase von weniger als Jm und vorzugsweise eine Grosse im Bereich zwischen 0,3^ bis 0,5 u aufweisen. Um die erforderlichen phyischen und chemische« Eigenschaften des Substrates der aktiven Tonerde zu erhalten, sollte diese eine hohe Reinheit aufweisen, und auch möglichst sintern. Um den Sintervorgang zu fördern, können auch Zusatzstoffe wie MgO anwesend sein, sowie ein Hemmstoff, der bis zu 0,05 Gew.-% ausmacht. Die Anwesenheit eines geringen Betrages von Gamma-Tonerde kann geduldet werden, da diese beim Verfahren in die Alpha-Form Überführt wird. Eine typische aktive Tonerde, die\äiesen Anforderungen Genüge leisten kann, beträgt ungefähr 90 % in der Alpha-Phase und 10% Gamma- oder Zwischenphase und hat eine Partikelgrösse von ungefähr 0,3/U. Aktive Tonerden können von verschiedenen Firmen erhalten werden , und es hat sich herausgestellt, dass 0,3^ Tonerde-Pulver, bezogen von Adolph Meller Co. of Rhode Islands für das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ausreicht. Dieses Material hat die folgenden Eigenschaften»

Chemische Formel Al₃O₃, Alpha-Phase

Kristallgestalt Hexagonal
Härte (Ska)e nach

Mohs) ⁹·

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!230339

Dipl.-lng. Helm im%et, Patentanwalt O — 8 Mondän 01, Cosifttacttofje 81 · T«l^|on: (0311) 483820

- 14 ^:-

Zl

Partik«lgro©e<3	■°f?/tt
Dichte	O.r25 g/cc
Schmelzpunkt . Λ,	;.Z-, .'.!'205JO0C, ;
Reinheit	.; ... ,:.S.S>i:SÖ ',%; ■'·'

Ander© geeignete ,älttive Tonerden werfen verkauft vcm <fer .. · Aluminium Co. of Ants rl ca' Inc. .gemäsn den Warenzeichen .,

XA 15 (wobei das Partikel 1 bis 2'λχ lang ist vrna eisio Dicke

■ ■■■■ ■ /''■■.■'

von 3/4_yu aufbist, eö; enthalt MgO. ;ln-einem Gehalt von 0,05 bis 0,.I % als Sirafeerhllfe_P, wm jährend des .BrennvorgangelB ein Körnungsv^chistun zu fördern) , ßpwle Warenzeichen XA 16 (welches ^&rtikel weniger als jl_yu beträgt) wnd Linde A, wobei das Tonerde-Pulver·, von 0,,3/U von der Union Carbide Corporation zur Verfügunggößtellt werden kann.

ΙΛη das Verfahren gete*l©e der vorliegenden Erfindung sowie einem AusfOhrungsbeispiel der Erfindung anwenden zu können, werden das Polymer, das Piastiziermittel und das Wachs gelöst und zwar zu 50% in dem Lösungsmittel, welches vorzugsweise Toluen ist, und zwar bei ständigem Rühren und schonender Erwürmuh?* Oie aktive Tonerde wird dann dem Lösungsmittel zugeführt, odor auch umgekehrt, und zwar in einem solchen Verhältnis, dass zwischen 9 bis 40 Gew.-% Pulver des Bindemittels anwesend ist. Dementsprechend können auch das Trocken-Harz^Copolymer, das Plastiziermittel, das Wachß und die aktive Tonerde miteinander vermischt werden, und das Lösungsmittel wM dann hinzugefügt. Dar genaue Betrag des Bindemittels hängt von der exakten Grosse der Partikel der aktiven Tonerde ab, jedoch imss in allen Fällen das Bindemittel nur in einem bestimmten Volumen vorhanden sein, um die einzelnen Pülvet-Partikel voneinander zu trennen, überschüssiges Bindemittel darf, nicht vorhanden sein, da sonst das Bindemittel plastiziert wird, ohne dass eine Bewegung der aktiven .Tonerde-PnrtiUcl zueinander hin stattfindet. Wenn nicht genügend bindemittel vorhanden kann es zu einem Bruch des Materials kommen. Der Gewichts-

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uj. H*in* Uw... Patent™*** 0-

81 ■ Tttcfon, (OSIt) /183820

_y ^: nmü

Dichte ab,

'-ein®.'relativ

te. wsi" li^::^!52-^:tettC$iet_f 'herausgestellt,

'9 bis 4ό % g basierend 'auf <3©ro FiE- feisiöeraitte'l.rait

Akrylharza,

fünf oder 6 % im Gogsnsßta bemerken f dass dniilü.'idient, die gerollt©

iird von ü©± Platin® ' Deshalb ist es erfordßrlich,

•dass 'nttrein mtniimlor-. Ertrag von Bindemittel vorhanden ist, ^; _Uni^;den/■vorerwähnten Anforderungen Genüge zu leisten. Das Volumen ßss Bindemittels wird unter anderem bestimmt durch ^;'_iden'--Ob®rfia<Aöribe?r^;9ieai''äeif Tonerde-Partikel und der verwendetenj ■...JBihdeiBlttol-tfartikeiv^iesas Volumen kann leicht durch ©in ieinfaches EKpeiMmsnt ermittelt werden. Dl© Mischung erfolgt ;in de^roeÄsten'railön'dwrc^gJlchzeitiges Messen durch ■■ eine "Miller'sch® -Mieonmaschine¹¹ (Muller type mixer). Bel dem Mlschvorgang werden.wenigstens einige der einzelnen Partikel vollständig mit Bindemittel überzogen, so dass eine dünn© Bindemittelschicht die angrenzenden Partikel trennt. Das erhalten® I^wkt ist verhältntsmässig trocken, und bildet eine kohärente Hass©,; die vlsco-elastisch ist, sie wird-Umm eiBem Strangpressverfahren unterzogen, wobei sie vorzugswsls® ötarch Strangpressrollen in die Platine läuft. Der Rollvorgang erfolgt normalerweise zwischen Rollen» die auf fiine solche Temperatur erwärmt werden, wie sie aus dem plastikverarbeitungs-Verfahren des besonderen Bindemittelsyütemes bekannt sind, wenn die visco-eIstische Masse entsteht, die Temperatur liegt dabei im allgemeinen zwischen 40° und 7O°C zur Erleichterung der Arbelt. Eine Rollgeschwindigkeit von ungefähr 5 Umdrehungen per Minute hat sich al« zufriedenstellend für die Verwendung von Rollen mit u"■ ■ burciunesser herausgestellt. Es wird ein _s? hoher ftoildruck angewendet und 5 bis 10 Stiche des,Materials

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* f jt

Dipl.-Ing. Heins leiwei. Potentonwolt D —8 Mimd.rn 81, Cosimostroft«. 81 Teitfon: (0811) 48 3820

dusrchdi.® Rolfen w®rdra!H bewirkt. Ein einzelner Stich verursacht ■■Veine'.ysR'S'Ä-ngertt'ng ö®r Grööse'· von IO bis 50 %_f das Rollen wird ©olenge fortgesetzt, bis die gewünschte Dicke erreicht ist V.Nach.4®r Einfassung dar Ecken der.Platine wird dieselbe .·. !■i-vorÄUtpmitä© in einer ÄteosphSre des Lösungsmittels eingerollt ; ■;■ um d@s*;.I^sungs!titfcel-C^halt auf ein Optimum zu regulieren', ■ um..ein.:Brechen: csdsr' ®itm Blasenbildung zu verhindern» wenn ■■-.·■ das Material, «wischen clan mit Chromstahl versehenen ,Bear-. ■-'; beitungsröllsifi .himiaissrclTigofuhrt wird,, wobei der Durchführgang soifflnig© fortgöisetst wird_? bis die gewünschte Oberflächengüte auf der Oberfläche der Rollen erhalten ist. Um eine einheitliche Oberflächengüte der Platine zu erreichen und ein einheitliches Schrumpfen während des Brennens der Platine zu errr.ichen_r ist es wünschenswert, die Platine zwischen , den Rollen in beiden Richtungen hindurchzuführen, das hisst, längs und quer der Platine. Das so entstandene Produkt ist ein,biegsamer Matorialstreifen, welcher einen Glanz aufweist. Der Ausdruck "Glanz" bedeutet eine Oberflächengüte, welche ^! sich als ein Spektralglanz Sussert, der als Spektralreflektion mit einem schräg einfallenden Licht bei 45° äussert. Je höher der Spektralglan« ist, desto niedriger wird der Einfallswinkel des Lichtes, bei welchem die Spektraireflektion definiert werden kann. Unterschiede von 1 -oder 2,u können ausgeschaltet *?ard@n durch visuelle Beobachtung, und man kann deshalb sagen, dass der unter hohen SchnrkrHften st ttfindende Rollvorgang eine ungebrannte Oberfläche von ungefähr 1 bis 2yU ergibt. Das Substrat hat bei diesem Pun ;t seine endgUltige Dicke, die üngofähr bei O,004 inch bis 0,40 inch (0,1 * 10,2 mm) liegt, jedoch vorzugsweise im Bereich zwischen 0,004 bis O,o3 inch liegt. Nach dom unter hohen Scherkräften ,stattfindenden RollVorgang werden die Pl&inen öder Streifen ; in angemessene Grossen geschnitten, wie sie für. das Substrat _v benötigt werdenu ' ■"" ; ,_; ' ■ ■

Die abgaschnittisnen Stücke werden I dann einem Trockenbrenn-

fjfVprgftftg tenter^rourfem,',welcher die Endgültige Oberflächengüte ■--■ ..^ der Substrate bestimmt.; Wenn die Substrate bei zu hohen

DipWng. Heim le»or. Pole

ntonwalt D-B Mond.cn 81. Cos?

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dass «.ich ate ,winterte Korngras« zwischen V-I «na vorsug^ise ,wischen 1 bis 1 V» «* 3-

dass Tonerde-Substrate nicht über 1625 C die Verweilet sollte dabei 4 Stunden nicht \m"w* gewährleisten, dass die durchschnittliche der gesinterten.Partikel nicht grosser wird ale 5-nal die Grosse der ursprünglichen Korngrösse. Die tatsächliche Bremvselt und die Temperatur hangen im wesentlich®ⁿ ™ der ausgewählten aktiven Tonerde ab. Wenn XA 16-Tonerdegebrannt wird, 1st eine Veweilwit von einer Strafe bei 155O°C ausreichend. Der Brennvorgang wird normale«·*· . mit Luft durchgeführt, und «war bei 85O°C, wob_@i dann soviel Sauerstoff vorhanden ist, um das kohlenstoffhaltig Material *u verbrennen. Der cVad der Enranmmg hängt von«^» Binde- »itteigehalt ab, sm*ie von der Ttch* der einzelnen Platinen. m nur verhaitni_Smit_SSi<r wsnig flüchtiges Material vorhanöen, ■■ i«t,^: muss ai© BrwawencFnrate vorher genau bestinmt werden^ so dass die warm^nt^icklung des Gases in einem beetimtan ..; Mftsee hSlt. Eine überschüssige Wärmeentwicklung könnt® diö Obmttl&dhB das Hitteriale zerstören. Der Brennvorgang kann.■ . dadurch aws^fiührt^r^n, indem die Platine au« fefe^JLeg a«fgebracht werden, und ferner in eine Schmelze fracht ^rden, oder eine Brennvorrichtung, wie sie am Stand .dar ^ehnik nach bei dar Herstellung von Kar«ik_TOtari^l *·" wird, im Anfangestadium des Brennvorganges war^n di* «ttrch einen tunnalartlgen Brennofen auf einem Kisien von •rwarmter Luft gelagert. Die Luft kann entlang dar ■«»»*· «••Brennofens erwämt werden, so das. «in Temperaturgra von ungefähr Raumtemparatur von 25O°C in der *«^£ΜϊΤ£ ■ Rinrichtung hergestellt wird. Eine Platine von »3. 0,010

-233W3-8—,

Dipl..ln₉. Ηβίηχ lc,,«,, Pott-Monwol» D ~ 8 MOncNen 81, CesimiKtrofi« Bl · Telefon: (pBil) 483820

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(ca, O, 25 mm) Dicke würde durch den T®raperaturgr©dienten in 3 1/2 ν bis 4 Stunden zu einem.Tcraperaturbereidh von 110 bis 150 c gebracht werden^ indem sich grosses fangen flüchtigen Materials entwictei.ru In di^ssa Bareich wird die Erwärmungsrate vorzugswaisa halbiert·: Di® «walte ·.Bffenrivorrichtung hebt die -Tempssirattflr vofc&vigwi®iBG vmd in allgemeinen von 250 auf- die Verweil« odor'sintöiptomparatav,. uia innerhalb vott 2.4 Stunden ausgesucht wird. t!n«&i dor Vezw@ilselt, die

4 Stunden

1625⁰C .nicht

sollt®, -

©in soll,

überschüssiges Korngrössenw&ch'8tW.Vßrhlmi®r& 'Werden die gebrannten Platinen' lmgmssa abgekühlt» vorzugsweise in der Brertnvorrlchtung. Der Kühlvorgasig kann bis su 10 Stunden in Anspruch¹ '.neliui^sirilifiaer fe@i©st_f also auch über Nacht, jedoch'muss die.ses. nicht'."unbedingt ffe'fttge legt, sein.

ist ein Substrat C.L.A.

einer

Dicht© der Tonerde,

dar'der Das'PrcdwItt hat

jdielektrisdlt© Festigkeit,

J·. ■ Dais" Produkt gemäss ,der vorliegenden ..· 'r'tÄt 'einer' Oberflächengiätte vötl

Mtcenter line average), vörb«nd|*n > 'von wenigstens 90 bis 95% dar undciner Oberflächenschicht von eng

Kristallen, mit ■;;' an' genQ»3n©n' Di cht©:^; d©r ' eine höh© Biegefestigkeit.,

'(i ^:..!iet vollständig gasdicht. '';Mf°.iöor" öbarflüche Hetallpartikgl drihg©n'_:-niehi: ¹In..die ^i:Ol3®rflach® üin und die •:·,^;'höhe''Dichte'der Oberfläche': r©lcht ^:a«s,' um sogar'Tinte' nicht '■.-•-•Ändiringen.Bü' ΙβββΦΐίίί.-,>?1©;;schon gesagt,· niirait reasi aa, dass .'lpalatyOVktta und;h©t>©'Dichte.:'der^:OberfiSelie den unter hohen . ■ "'-;^: ßoh«rkrii ften βtattfindenden. fiptlvorgan<s. »«gute kcüisfe, w® lchem

Verfahren das Material unt«?srti©rfan 'wird. Pi®

wirken auf die überzogenen;Partikel a®r®z%, ... Sintern oder nach d$n,eintervorgnng ©ine koaprakt®

'-ν Pie■■■ vorliegende Eriindung.-wlrd.ia. Bn<S»folgend«n «n Hand

einiger Beleplela und . erm^tert· In den Beieipieilaifv iflfc

Dipl.. Ing. Heim lcwsr. Patentanwalt D — 8 München 81, Cosimdslio&e 81 · 1cl«fon: (0811) 483820

gemeint, welches Obarflächepunregelmässigkeiten misst. Eine
"Talysurf"-Maschine misst die durchschnittliche ObeifLächenabweichung von der endgültigen Oberflächenglätte und ist
dem Stand d®r Technik bekannt. Der Ausdruck "Talysurf"
ist ein eingetragenes Warenseichen der Herren Taylor und Hobson

Es zeigen: '

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Geon 222-Biridemittels, welches zur Herstellung der aktiven Tone^de-Zusaiwheneetzungen der verschiedenen Partikelgröss^n verwendet

. wird, ■ ..' . ; .■['. : ■■■;'"■,^:/. ■μ.'μ :' : '.■ . ·■'..;■'■ '.'" ■ ■:' 'Tr -.-·.·' Fig ,ρ 2a eine mit einem Äbtast-*Elektronen-rMikroskop herge·^·
stellte Fotographie, und zwar in 2000-facher
Vargrösserung, des hergestellten Substrates gemäss'
dera Verfahren nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2b einö mit einem ABtast-ßiektiioneh-Mikröskop gemachte '

' Potographie/mitteln'sr 2O(Ki»^achen';Vergrc^s®rung':^des;-J^ ■' ; '.- Herklfetmlichen: kötf^iechen'^^

Fig. 3a ein Talysurf-Bilä, waiches! Idie Öberfiachenebehheit

• ..·.■■ .■■■!.;■ ' ■■■■■: -.· '■''-■■ :■;■■.■,::■'■' ^: ' f,:M|:■■..-.■. .;■ \. ..■..■■··..-■,- ^; ■■.:,:.V ^.■■■■■··;; ·.'■■

■ ·■ , , . des. Substrates gemtÜ8'3 Fig'i-: 2a -'darstellt« .■;'■'. -■_; ■■'....'"- .'■ '^:·'

Fig. 3b «ebenfalls ein Tälysurf-BiId ,,welches die öberfX8«?1ienebenheit des Substrates geroMns Fig. 3a darstellt*

Fig. 4a '¹'"^:'ⁱ ■■ ^] ;'.\ ■■";;'!::■■■!::■:' i^;i'^;·' \ ■ ■■■ '.;^..V;· -rr[ T'r'irh^^r'■":'.i biß « mit einem Abtast^Eldktroneh-Mikroskop'^

-^{1 {/} ttatographliah' mit;"iöo-facherf' 5OO-facher, lO'bÖ-facherv 2iKm-fikcKä»:--^d;;lo..ooo-f aclii^r _: ^:Vörgröesörttng-;_:d<sr. ■■■ ^:··; ;_:r';

¹ Clmrf lSeltei 'des kerjäfiiischehj-^:lSubstrates, welches' · durch .'· '*^J «le« Verfahren"--gemaes¹ Beispiel 1 ^hergestellt'ward©,/;.'.:_:

6b _r 6c wiederum Fotographien in 5000-facher, 7 SOO-fache ir und

" lO.OOO-fechör Vergrösserung des gebrannten keramischer

*'' ^K' StibetratesV'Wai-theöίdiarch: das Verfahren gemase·' ' ,'.v" ■

¹ '' Beiepiel i h©rgs8teilt v?ord©n ist, ' ■ _ [..,■'■.<

D —8 München 81. Cosimnstrofv Γ0 Telefon: (C811) 18 3820

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Dipl.-Ing. Heini lower. PolentonwoU

Fig. 7a

7b schematische perspektivische , nd räumliche Darstellungen eines einzelnen "onerde-Krlstalles mit einheitlicher Struktur der Keramik-Substrates, welches durch das Verfahren gnäss Beispiel 1 hergestellt worden ist,

Pig. 8a eine Fotographie mit 10.000-fr ;her Vergrößerung der Oberfläche des kramischen Substrates, welches gemäss dem Verfahren nach Beispiel 1 hergestellt wordei ist, wobei die Richtung der c-Achee der Kristallwachstums-Bereiche dargestellt ist,

Fig.8b ein schematisches Diagramm der Kristallstruktur gemäss Fig. 8a_r

Pig. 9 eine Fotographi« bei 4500-fach-r Vergrösserung des Keramiksubptrates gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei sich die Korngrössen der Oberfläche wenig verändert haben, und

Fig. 10 eine Fotographie mit 3OOO-facher VergrÖsserung des Substrates, wobei die organischen Stoffe entfernt worden sind.

Beispiel 1

46OO g von XA-16-Tonerde (eine aktive Tnerde, hergestellt von der Aluminium Co. of America mit elr-.ir Partikelgrösse von weniger als l.u) und 790 g von Geon 222 Vinylchlorid-Copolymer werden im trocknen Zustand in einem Mischer für 10 Minuten vermischt. _h .

130 g 3 GO-Plastiziermittel und 50 g Carbowachs 750 werden in 100 ml Toluen aufgelöst und der Tröckenmischung in de» Mischer hinzugefügt für zwei bis drei Minuten, Venn sich der Mischer in Betriebsstellung befindet, um eine möglichst ebene Verteilung zu erreichen. Zusätzliche 400 ml Toluen wenden langsam für sechs Mi nuten hinzugefügt.

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Dipl.-ing. Heiiu leiser, PatentoiWt D —8 MOnJien 81, Cojin-aslrafjo 81 · Telefon: (0811) 483820

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während der Miachvorgang ständig fortgeführt wird. Nach einem 4-minutigen Mischvorgang, wird die Mischung ausgeworfen in einem dampf dichten Toluen-Behälter und wird solang«* dort festgehalten, bis die Mischung für den Rollvorgang baradtigt wird. Die Rollenpaaro .dar 13 im Durchmesser Rollmühle (Mtihl® No. 1) vrardon auf 45°C erw&rmt*/und die Mischung wird in Schmslscm W5iterh©arbeitet, al® 7S0_:bl6.-10p0£ fassen kann» Di® Rollen sind ausreichend nah®■ asi©isias!,d®r '" _:yM_: ■·.'·■ angeordnet, bo dass ,sich die Mischung·^:auftürmst·-kanr tevor V 'I;''. die Mühl© voll gaflUlt ißt.: Dsr ; Ho¹Xl Vorgang ■ (5 ' tft^?@h«ngeit _: V';-. per Minuta) wird für ,3LO. Minuten ausgeführt, w©te®i dt© ■ Beken^:-.v;.^: der Platin® den». Z©ntrrai sugsführt wsrdan. Dieses .lUüllsn *^/; ^¹:' g©währl®ist©t ©in® · lÖC30-ti-lgQ ' VorlÖngarung d©r' Läng© sowie ' dar Br@it«s. Nachdem di© Platinen garollt worden sind, sie sind jetst 0,025 inch (ca. 0,6 mm) dick, w©rd@n si© auf eine Temperatur zwischen 80° bis 90° C getrocknet, um einen wesentlichen Teil dss. Toiuens¹· entfernen su können. Di© getrockneten Platinen werden dann unter hohen Scherkräften gerollt, undsswar wi®dar in beiden Richtungen, und awar auf Rollen einer awsiten Rollmuhle (Mühle No. 2), bis keine weitere Verbesserung d@r Oberflächengüte erhalten werden katm, wenn sie durch die visuelle Inspektion mittels dea - Spektralf glanzes gemessen wird. Die "grünen" Platinen werden dann i auf eine endgültige Grosse gebracht, und werden bei einer Temperatur von 20°C pro Stunde auf eine Temperatur von 250° C gebrecht, um wenigstens teilweis® das Harz-Bindemittel zu zerstören·* Die vorgebrannten Teile werden dam« auf Setzziegel aufgebraht, und zwar zu einer Bickley-Modal 2320-6-Brenrtvortichtung und werden innerhalb von 7 Stunden auf 155O°C gebrannt, wobei dann eine Verweilzeit von einer Stunde bei gleichmäßiger Temperatur erfolgt. Die Energiezufuhr wird dann abgeschaltet, und die Platinen werden.in ' einem Ofen auf eine Temp©ratur yon 300⁰C abgekühlt, bevor sie wieder entfernt werden. Dadurch erhält man Tonerde-Keramik-Platinen mit einer Obßrflilchenebenheit von, 3 bis 5 mikroinch (O,O76^u bi«J 0,13^u) und anderen Eigenschaften/

209382/10^;4λ!^: ~

D —8 Munch«* 81. Ccmmodmfy* 81 · leltfoti: (0811) 483320 DipUng. Heini Uw. Patentanwalt

de*:Ma®fs@ bei 25 C

1 Khz bei 25°C

zer β treuungs f a)ctpr

φ>ν j f idi'fiepst ,«äiÄÄ'

"ipl.-lng. Hein« Uwsr. Patentanwalt D —8 München 01, Coiimmtrcftn 81 · telefon: (0811) 483820

DIpI.-Ing.

■ tHil· ι;..,¹,. . ;

gebracht. Das flachs «MTdes Piastiisierraittel-wurden entfernt-^ und das Bars wurde teilttäloo- ebenfalls, entfernt.- Am -~ ^Λ~ $_eT r.«*^vt^e^n-n'rennvflis?s^;Ä€!httt!»g--OE^:©chienen die

dunkle, braun«, apröih ' .Platte, mit einer glänzenden · Oherf lach

01®

_;tmsrö@si- ja'knh In einen 'Gasofen,

inch· (56-ic 50

StUcke aufgebracht

Die'Temperatur erhöhte pich ^aiaf 155O°C innerhalb von .24 Stunden und würde·.boi ßäfeocr Temppratwr gehalten für 4-Stünden> Die Ziegel wurden äsmn obgsktthlt in dem Ofen auf 3OÖ C ; ■■■;

innerhalb von IO Stunden. Die co hergestellten Substrate wiesen ahnliche Eigenschaften wie das Produkt gemSös Beispiel

Eine An&ahl von.-yerechiee-anon Hustöirn von aktiver Tonerde > das heisst,'Muster 1 bis 7, in Figur 1, mit ahnlibher Zusammensetzung^ das! heißet, ^!β1β:^;βΑ1ίΙι.β1^βη'90;,ββ^·*^-Αΐρηβ-Al O und ΊΟ Gew.-% GöEßia-Al_?>O₃' ,werden -'geanäss, dem ^Verfahren nach Beispiel 1 gemischt»= «oba^.Gedn. :;222-Bind@mitt®l ■■:^; .■ ..;·. zugesetst wird, und wbd'i diö^lisc'hung ' gerollt -wird« dem Verfahren nach

und die durclischnittlicfe©'^.artifeibi^röeee· dar■' aktiven'Tönerde in der¹ Mischung-..wurde"'Mr, ßolche;-Mischungen; festgehalten^ .■'.· die eufrled^msttellend' to'^: Pl^tinösiigemBss dar .vorliisgenden ;

kesmton. Di© ■· Ergebnis®® sind -.:

also dabai¹, d©r osrfordssrliche

Proxentftats Gzstm' 2>2-Bi^eMttol .abgeleisen 'werden^J-kann.ji■■_;.·, .'■/■ um Plstinen aus aktiver T-ffaor«3o imit .v@rschie"d@ndr Partikalg^rQ der ZuBßs5»ns©tsung^; geffiües -Mn Beispielen h©rstellön · *u könneni 'öas Muater β ist eiisiü^! ektit¹^, T®sierd@ mit vSllig anderer ■".'■; -r

und

Erfindung

in Figur 1 dargestellt

^: " ΑΓ0

ttmd IO Gffitf.-^'.^^-aS¹. ■ ti&n wird: beimarken,'dass der ·. Prozentsats an Gern 222 fS^ar dleöeir Kurve liegt, so dass daraus gefolgert werden. kann _v class dies mit der verschiedenen Zusamroensetttarag der aktiven Tonerde ha

2.09802/ V ⁱ

Di'pl.-lng. Huint letter, Pntentonwolt D-C Möndien 81, Cosimoslrolje 81 · Telefon: (0811) 983820

- 24 - η -

Beispiel 3

100 Gramm einer XA 16~Tonerde warden mit einem Binder vermischt, der 9,17 Gramm Polyvenylbutyl ("Butvar B 76" der Firma Monsanto Company), 1·86 Gramm eines 3 GO Plastiflziermlttels und 2.72 Gramm vom Carbowax 4OO gelöst in 75 cc einer Toluol/Methanol-Mischung im VolumenverhSltnis von 60/40.

Die erhaltene Aufschlommung wird in einer Walzeinrichtung Nr. In ähnlicher Weise wie bei Beispiel 1 bei einer Walzenöffnung von etwa 0,25 mm bis ca. 3 mm behandelt. Die Kanten der Platine werden zugerichtet und die Platine wird dann gefalten und durch die Walzeinrichtung mit einer Öffnung von 1.788 nun (0.070 ··) geschickt. Nach insgesamt 5maligem Palten verläßt die Platine die Walzeinrichtung Nr. 1 und hat eine Dicke in dem Bereich von 1,78 mm bis etwa 2 mm (0.070¹¹ bis 0.080'¹). Danach wird die Platine durch die Presseinrichtung Nr. 2 geschickt und wie in Beispiel 1 in einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Durchgängen auf die endgültig gewünschte Breite gewalzt. Danach wird die ι platine in Streifen von ca. 76 mm χ 250 mm (3¹¹ χ 10*') zerscnitten, denen in einer■weiteren Walzeinrichtung Nr. 3 eine endgültige Oberflächenglättung gegeben wird.

Die Streifen werden dann in einer ähnlichen Weise, wie im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschrieben, gebrannt, und zwar in der folgenden Weise:

a) Die Temperatur wird über 7 Stunden hinweg nach und nach auf 150 Grad C erhöht,

b) Die Temperatur von 150 Grad C wird für 5 Stunden aufrechterhalten,

c) Die Temperatur wird Über einen Zeitra m von 20 Stunden hinweg nach und nach auf i 550 Grad c erhöht,

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Dipl.-Ing. Heini Utter. PolentonwaU _D_8 MOnd-en 81. C-im—ofc. 81 ■ To.efon:

fo 3 9

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ι «η γυ-λΛ c wird für die Dauer

d) Die Temperatur von 1 550 Graa c wxru

von 7 Stunden aufrechterhalten und

e) Die Kühlung auf Raumtemperatur wird über einen Zeitraum von 13 Stunden hinweg durchgeführt.

Dies ergibt eine Gesamtzeit von 52 Stunden. Das erhaltene Substrat übertrifft an Zusammensetzungsreinheit 99,5 % Al₃O₃. Das spezifische Gewicht dieses Substrates ist 3,92 g/cc, die Ebenheit der Oberfläche liegt zwischen "75 und 127 (3 bis 5 microinches CLA."

In dem vorstehend beschriebenen Verfahren wurde Butvar B 75 ersetzt durch Butvar B 79 und Butvar B 98; es wurden jedes Mal Substrate ähnlicher Eigenschaften erhalten.

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.-lng. Heinz U„_er. Po!en.u,.a!.

D - C MOnd™ 81. Cosin.o.t.06. 81 ■ Telefon:

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Geringfügige Veränderungen in den oben erwähnten Beispielen hinsichtlich des Harzes/Wachs/Plastiziermittel-Verhältnisses können vorgenommen werden, ferner kann das Verhältnis Bindemittel/Tonerde und die Zeit und Sintertemperatur verändert werden. In allen Fallen hat sich herausgestellt, dass eine Zunahme der Sinterzelt eine VerschlecHsrung der Oberflächengüte hervorruft, eine Verringerung der Sintertemperatur verringert auch die endgültige Dichte. Diese Faktoren müssen gut aufeinander abgestimmt werden, um optimale physikalische und mechanische Eigenschaften zu schaffen.

Die Figuren 2a und 2b sind Fotographien, aufgenommen mit einem Abtast-Elektronen-Mikfoskop, mit einer 2000-fachen Vergrösserung der Oberfläche des hergestellten Substrates nach dem Verfahren gemäss Beispiel 1, die Figuren zeigen weiter ein hergestelltes Substrat gemäss dem herkömmlichen Verfahren durch American Lava, dieses Substrat wird auch verkauft von der American Lava. Beide Substrate wurden von einem ähnlichen Aluminium-Material mit gleicher Partikelgrösse hergestellt, ferner haben beide Substrate gleiche chemische Eigenschaften. Jedoch besteht ein entscheidender Unterschied in der Oberflächenmorphologie der beiden Substrate. Die Oberflächenmorphologie des Substrates gemäss 2b besteht aus einem vorbestimmten kiesähnlichen Granulat, fihnllch dem durch Sintern hergestellten kristallinen Tonerde. Im Gegensatz dazu besteht die Oberflächenraorphologie des Substrates gemäss Figur 2a aus einer hexagonälen Prisma- ■ . ■' Kristall-Struktur, welche teilweise durch kiesähnliche Kristall-Strukturen bedeckt ist. Bei dem Substrat gemäsc Fig. ab hängt die Oberflächengüte vollständig von der Partikelgrösse d«r Kristalle ab, in Abwesenheit der hexagonälen Prisma-Kristall-Oberflächenmorphologie, es hat sich ferner herausgestellt, dass das Substrat gemäss Figur 2a eine bessere Oberflächengüte aufweist, als das gemäss Talysurf der Fig. 3a und 3b, wobei die Oberflächengüte des Substrates gemäss

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Figur 2a weniger als 4 mlcroinch (ca. °'V^;^ _gemäss (center line average) beträgt, ur.d die des Substrats g Figur 2b 10 microinch (ca. O,25_/u)C.C.A.Uberschreitet. Weiterhin hat das Substrat gemäss Figur 2a eine wesentlich höhere Dichte.

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Die Oberflächenmorphologie des Substrates gene der vorliegenden Erfindung, hergestellt durch das Verfεaren gemäß Beispiel 1, ist in den FigurenMa_r b,:c, d und e gezeigt. Diese Figuren sind ebenfalls Phptographien des gleichen Bereiches des Substrates mit verschiedenen Vergrößerung η, aufgenommen mit einem Elektronenmikroskop, welches die hexagonale Prismakristallinstruktur zeigt, ferner sind die Ton-rdekristalle, gezeigt, sowie die Tonerde-Hejcagonalkristalle, die die kiesähnliche Struktur auf der Oberfläche der hexagonal η Prismastruktur bilden*

Um die Kristallstruktur der Oberfläche des Substrates eines keramischen Substrates, hergestellt durch das Verfahren gemäß Beispiel 1, besser erkennen zu können, wurde dieses geteilt, es wurde eine Photogra. hie mit einem Elektronenmikroskop gemacht, die Figur 5 zeigt. Die Figur 5 reigt ferner große Massen von kristalliner gesinterter Ton-rde, während die genaue Kristallstruktur der geteilten OberflS he nicht klar erkennbar ist. Um diese Kristallstruktur besser erkennen zu können, wurden mehrere Muster des keramischen Substrates, hergestellt durch das Verfahren gemäß Beispiel 1, gebrannt, und zwar über längere Zeiten bei 1550 Grad C, um die Korngröße ssu erhöhen, d. h., sie wurden übergebrannt. Dia mit dem Elektronenmikroskop aufgenommenen Photographien der Substrate mit verschie denen Vergrößerungen gemäß den Figuren 6a, 6b und 6c zeigen, daß aufgrund der überbrennung der kristallinen Tonerde die kies-| ähnliche Struktur allmählich in die kristalline Infrastruktur · durch feste Ausbreitung übergeht, wenn der Si^tervorgang weiter ausgeführt wird, werden große Flächenbereiche der Tonerdenkornpartikel freigelegt, diese Bereiche bestehen dabei erkennbar aus hexagonalen Tonerdekristallen, die mit ihren Korngrenzen dicht aneinanderliegen, so daß sich eine außerordentlich dichte Struktur mit praktisch keiner Undurchlässigkeit ergibt. Auf diese Weise erhält man eine Dichte mit weniger als 1 % des theoretisch möglichen Wertes. Auf diese Weise ist ersichtlich,

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daß die Tonerdekristalle eine hexagonale Prismaform ©u£%$sis@n, wobei die Ausbildung der Kristalle bei parallelem Wachstum erfolgt, wie dies sehematiBch in den Figuren 7a und 7b gazeigt ist. Es ist ferner ersichtlich, daß die c-Achsen der Kristalle verschieden zu der Oberfläche orientiert sind, und daß demnach die Stirnflächen der Kristalle stufenweise willkürlich xu der Oberfläche verlaufen, wie dies in den Photographien gezeigt ist. Es wurde weiterhin festgestellt, daß die Richtung der c-Achse im Bereich der Korngrenzen, die die Kristalle voneinander trennen, sehr verschieden ist und daher völlig willkürlich erscheint, wie dies die Figuren 8a und 8b zeigen.

Die Struktur des kiesähniichen Tonerdekrictalls an der Oberfläche des ungebrannten Substrats, wie es im Zusammenhang mit Beispiel 1 auftritt, ist so gestaltet, wie in Figur 9 gezeigt. Figur 9 ist eine Photographic, die mit Hilfe eines Elektronenmikroskops hergestellt ist. D.h. es handelt sich um eine Photographie, die mit Hilfe eines abtastenden Elektronenstrahls hergestellt wird. Dabei wird angemerkt, daß das Bild wenig kontrastreich erscheint; als Grund dafür wird das mosaikartige Aus sehen und das Fehlen von kiesartigen und insoweit vorstehenden Kristallen angenommen. Die kiesförmigen Kristalle bilden eben eine dicht gepackte Struktur.

Auf diese Weise wird bei der Endform des fertig gebrannten Substrates eine Reihe von einheitlichen Charakteristiken erhalten, von denen die wichtigste die außergewöhnlich hohe Dichte In der einheitlichen Kristallstruktur der Oberfläche ist, wobei diese Dichte annähernd den theoretischen Dichtewert der kristallinen Tonerdo erreicht. Es ist verständlich, daß bei einem derart hohen Packungeanteil, wie er erreicht wurde, eine entsprechend geringere Porosität erhalten wird. Die Oberfläche des keramiechen Substrate wird von einer Lage von Kristallen gebildet und hat

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ein kiesShniiches Aussehen*<;_:βήα "von]'fen .hexaflronaien-'Tonerdekiietäilen--init^:-abgerünÄoteti''leiten'ha'itftührt» 'die in.,einem hohen Maß dicht aneiBand©reehii©Gend ähnlich-einem Mosaik ang©- · ordnet'sind.' Die'tiesfo'do'rSchichfer iaie über dl© gebrannte Struktur verteilt ist, betragt In der'.Regel die" Abmessung'eines oder mehrerer Körner. .Die; sieh tor die Oberfläche erstreckende Grundstruktur bsatehtaus einer groOstt Anzahl von Tonerde-Kristallen hexagonal-pri'öniätiecher.'Pörm, die an den Korngrenzen eng aneinander liegen und damit ein® ¹^ extrem dichte Struktur bilden, die praktisch'!fcäiiie. 'Porosität¹¹ !«ufweist.' Daher erreicht man eine Dichte ii.ner.halb einiger weniger Prozent Abweichung vom theoretisch möglichen Wert. Die Orientierung der Kristalle ist zwar willkürlich, aber jeder Kristall ist durch und durch in hexagonaler Form gewachsen. Besonders ins Auge fallend sind Stereobilder, die von einem Abtast-Elektronenmikroskop aufgenommen werden, und die zeigen, daß diese Körner an den Korngrenzen nicht miteinander verbunden sind, da die Kristalle wachsen, bis die Substanz verbraucht ist, und nicht miteinander verwachsen, sondern völlig Isoliert bleiben. Diese Kristalle Hind aber sehr dicht aneinander angeordnet, was als epitaxiales Phänomen anzusehen ist. Es wurden eine Reihe von Stereobildern aufgenommen," und zwar mit einsm Abtast-Elektronenmikroskop mit Winkelmesserstufung und einem Vairgröß^ungsbereich von 2000 bei einem linken Aufnatet^intel v®ft 51 (Hrad und einem rechten Aufnahmewinkel von 45 Grad, %Äi ein Si:ereowinkel von 6 Grad auftritt Solche Photographies! wurden von dem Substrat gemäß Beispiel Y gemacht, ebensolche Photographien wurden von dem Subetrat gemäß Figur 2b hergestellt (American Lava). Die einzelnen Partikel erscheiheiri in/beiden Fällen kieselartig, die letzteren Partikel aber sind etna 2-bie 3mal so groß wie die Partikel von Sujstrat©n nach dem Stand der Technik und in beiden F811«n besteht das Innere aus großen Körnern, die im Korngesintert eind, was man hier und da an entsprechen* Teilen der Kieietraktttr erkennen kann. Xm Falle

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tafelförmig, Während

Lava, nicht-deutlich

*Wlechih;^;^din

.Belgen-;-_; ^:"ibe*telit ,die

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^der Kristall Substrates g©raä® offensichtliche; ©!©.sich in de*

; Substratp^^

kUrlich abgelegt

Bei dem im Zusammenhang mit Figur I geschilde<;tön JHerstellungsverfahren ist das von dem Mixer erhaltene Material vlsco-elastisch und weist willkürlich obsr. einheitlich verteilte Toncrdepartikel auf. Nach dem Waieen in der Prosseinrichtung Nr. 1 wird ein Teil der. Platine..einem;Spannunge*-Dehnunge-Teet (^MinstroA Tester") unterworfen, wfesi,die erhaltene Kurve eine Form solcher Materialeigenschaften auf^Uh, wie¹ si© viskosen Maßen ohne Streckwert im Sinne der Definition von Bingham eigen isti hinaus zeigt sich nur eine geringe oder keine Elastizität» so daß sich die kunststoffelg-ssJisB Eigenschaften nicht feststellen lassen. Beim Brennen pines '«solchen;;'Substrates Über 4 1/2 Stunden hinweg bei einer Te«perat«ff ;V08i-!t5?O;.6räd C zeigt die Abtast^- Elektronenmikroskop-Phot©fraphi© Iceine ersichtliche Oberflächendifferenaierung, es istleJliglich ein geringes Wachstum hexagonal-prismatischer Kristalle zu beobachten. Die Oberfläche des Substrates ist noch völlig rauh.

Nach Vielterführüng des Substrates von der Presseinrichtung Nr. durch die Presseinrichtung Hr. 2,wodurch das Substrat auf die gewünschte Dicke gebracht wird und das glatte Aussehen eines "grünen" (lederharten) SdbWtrates erhält, wird ein ähnlicher Test wie nach Durchgang durch die Presseinrichtung Nr. 1 durchgeführt. Die Spannungs-Dehnungs-Kurve zeigt in ihrem Anfangsbereich ein wesentlich höheres elastisches Verhalten gegenüber

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dem aus der Presseinrichtung Nr. 1 erhaltenen Material, wodurch der Arbeitsbereich des Kunststoffs erheblich erweitert ist. Das Substrat zeigt nun zwei sehr glatte äußere Oberflächen, die ein Kunststoff-Verhalten aufweisen_r d.h. sie haben eine beträchtliche Elastizität hinsichtlich der Streckgrenze nach Bingham«, Die Platin© ist nun etwa 0,65 mm dick und ist durch und durch visco-elastisch bei einem relativ niedrigen Streckgrenzwert; es zeigt keine erhebliche Elastizität aber es ist in der Lage, unter Scherbeanspruchung visco-elastisch zu "fließen". Die dieser Zusammensetzung bzw. diesem binären Material eigenen physikalischen Eigenschaften sind denen von Flußstahl ähnlich. Das Material, aus weichem das Substrat gebildet ist, ist inkompretsibel und daher kann sich der Abstand zwischen den Partikeln durch die hydrostatische Kompression während der hohen Scherbelastung durch dass Malzen nicht ändern. Während der hohen Scherbeanspruchung beim Walzen wird die Oberfläche jedoch so starken Scherkräften ausgesetzt, daß sie verzogen wird. Das innere Material muß unter der Belastung der Rollen fließen, da keine Volumenänderung stattfinden kann, wirkt sich dieses Vergrößern der Oberfläche der Platine in einer entsprechenden Abnahme der Dicke aus*. Der Walzprozess ist daher nicht ein solcher unter hydrostatischer Kompression, sondern ein solcher unter Scherbeanspruchung, d.h. die Oberfläche wird gestreckt und das Zentrum kehrt visco-elastisch zurück und steht am Ende unter einer Zugbeanspruchung von praktisch Null. Diese Eigenschaft zeigt die Spannungs-Dehnungs-Kurve.

Es ist hervorzuheben, daß die Größe des Streckwertes völlig unabhängig von der Dicke der Platine ist, dennoch kann der Streckwert genau gemessen werden und ähnelt nicht der über die gesamte Platine hinweg gesehen unregelmäßigen Bruchfestigkeit. Wenn die Platine daher die Presseinrichtung Nr. 2 verläßt, so hat sich ihre Oberfläche elastisch ausgedehnt, es hat eine Rückbewegung stattgefunden bis zu einer bleibenden Ausdehnung in Walzrichtung.

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.-lng. He!« I«»". Po.enlonwol» D-8 MunArn 81. Com.oslrof,* 2230339

Der Kern der Platine ist praktisch spannungsfrei und ist auf seinen Ursprungszustand zurUckgeschrumpft mit Ausnahme eines gewissen Lösungsmittelverlustes. Dabei sind die in der Oberflächenebene gelegenen Partikel in der Obörflächenebene entlang der Walzrichtung weiter gewandert, wogegen sie in Richtung senkrecht zur Oberflächenebene näher aneinander gerückt sind. Das folgt daraus, daß die Masse inkompressibel 1st. Es wird angenommen, daß bei der hohen Scherbeanspruchung durch das Walzen der Abstand zwischen den voneinander entfernten Partikeln durch deformierende Scherung geändert wird. Diese Eigenschaften der Oberflächenschicht bewirken ein hohes Maß von Glätte der Außenfläche durch einen Streckvorgang. Die Verdichtung der Oberflächenschichtung ist anisotrop, und die Sinterung erfolgt von innen her nach außen zu den Oberflächen, welche zuletzt sintern. Es wird angenommen, daß die Streckung der Oberflächenschicht und deren anisotrope Verdichtung das entscheidende Merkmal ist, das die außerordentliche Oberflächen Morphologie des gesinterten Substrates verursacht, welches durch die erfindungsgemäße Herstellung erzielt wird. Figur zeigt eine Abtast-Elektronenmikroskop-Photographie, aus der zu ersehen ist, daß ein aus der Walzeinrichtung Nr. 2 erhaltenes "grünes" Substrat, das zur Entfernung des Binders gebrannt worden ist und vom "grünen" in den "weißen" Zustand übergegangen ist. keine sichtbare Veränderung des oberflächenzustandes aufweist. Das Kristallwachgtum der Oberflächenschicht des keramischen Substrates gemäß der Erfindung tritt während der Sinterung des Substrates auf.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   gekennzeichnet dticeh ein®

   Massendichte von wenigstens SOS der theoretischen Dichte kristalliner Tonerde und eins Oberflächenschicht aus willkürlich orientiertest, dicht gepackten Tonerde

   Kristallen

   echicht eine Dichte vom do^ ^SnispiiioräiMaitg ß®r Dichte der die Oberflächenschicht bildenden Toasröekrlstalle verleihen, mit einer Porosität von praktisch null und

   di© der Oberflächen-

   als 0,2

   einer Oberf ISchenunetenheit von (8 wicroinch).

   Substrat nach Anspruch 1, gekennze lehne t

   durch eine Massendichte von tssmig&eras 3,9 g/cc.

   Substrat n»eh Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Massendichte von wenigstens 3,96 g/cc.

   Substrat nach einem dar^: vorfiergehesfeitm Itosprüch©, g β k e η η ζ e i c h η 'e fe durch

   eine Obsrflächenunebewheit tob (5 microinch).

   als O,15>«

   Substrat nach einem der voffhsrgefosRdSem gekennzeichnet durch

   ein© Dickenabmassung von- ca. ©,1 .Ra bis 1O,2 raa (o,004

   inch~O,4 inch). :

   Verfahren atir Herstellung ©isr-ss ksreraischen Substrates hoher H&ssemdlcht© mit einer ^Sj^fffiichenschich-t aaus dicht gepackten Tonerde-Itritsfenlleav Öi© d©r ©berflSsh® eine Dichte verleihen, die Ira tTssssitlichen ö©r Dicht® dieser Tonerde-Kristalle entspricht, wobei ein® entsprechend .geringe Porosität und eins CSrarflädteOTssset^nSioit von weniger als ca. 0,2/ι vorhsiffi-äsn ist, dadurch*

   Dipl.-Ing. Heinz letter, Palei¹ nwalt

   D — 8 Münden 81, CoMmoitfofjc Γ Uli-Jnn: (08J1 - 35 - , f

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   gekennzeichnet , dass aV, .ives Tonerde-Pulver einer Partikelgrösse kleiner 2 ,u mit einem visco-elastischen, thero-plastisehen Polymerisates als Bindemittel in einer gerade zur völligen Isolierung der Tonerde-Partikel ιasreichenden Menge ^Mnd mit einem leicht flüchtigen organischen Lösungsmittel vermischt wird, welch letzteres eine Lösung mit dem Bindemittel bildet, worauf eine visco-elastische lasse erhalten wird, die zu einer Platine geformt wird,, weiche dann unter hoher Scherbeansp-mchung mit; Hilfe hc -hglatter harter Walzen gepresst und auf Streckbeanspruchung belastbar wird., wobei der Gehalt an Lösungsmittel in der geformten Platine einerseits ausreichend zur Vermeidung von ina Gewicht fallenden Ris*,bildungen und andererseits nicht ausreichend zur Bildung von Hasen unter der hohen Scherbeanapruchu'ng beim Walzen gewählt wird., woraufhin die gerste Platine langsam auf die Sintertemperatur des Tonerde-Pulvers erwärmt wird, und,zwar unter Steuerung des Temperaturanstieges derart, dass das enthaltene Lösungsmittel verdampft υτ\ä das Bindemittel unter okidationsbedingungen ausgebrannt wird, ohne durch die gasförmige Ausscheidung die Oberfläche zu zerreiseen, wonach diel Platine mit der Sintertemperatur so lange gebrannt wird, bis die Partikel gesintert sind und ein Korm#achstuin in der Grössenordnung zwischen dem 1 1/2 - bis.- 5-fachen der ursprünglichen Korngrösse de«? Tonerde-Pulvers erreicht ist.

   Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass dag Lösungsmittel zunächst in einer Menge zugegeben wird, die die für das spätere Walzen erforderliche Menge übersteigt, worauf nach bzw. bei Formen der Platine die Lösungsmittelmengo an die für das spätere Walzen erforderliche Menge angepasst wird.

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   Dipl.-lng. Heii·» le«er, Patentanwalt D — 8 MOndie« 81. Cosimoilrofi»· 81 · letefon: (0811) 483820

   8. Verfahren. nach ©!»qu öo$r Ansprüche 6 und 7, dadurch go Ic on ns β Ichnot,

   gehalst© Platins in einer ersten Walszone auf

   ein© Temperatur von ca. 25O°C aufgeheizt wird tand

   mit einer Geschwindigkeit nicht grosser als pro stunda, vroboi das verblieben© Lösungemitte1 verdampft und das bindemittel wenigstens toilw'eiseabgehaut wird, worauf die Platine von ca. 25O°C auf die Sinterteraparatur dos Tonerde-Pulvers erhitzt wird, wnd swnr nicht schneller als um 6O⁰C pro '..:" ^: Stunde und untor Amrosenheit eines Oxidierungsgases, wobei das polymare Bindemittel entfernt wird.

   9. Verfahren nach einem <3©r Ansprüche 6'bis 8, dadurch gofeennseichnet, dass die Platine unter hohes: Scherbeanspruchung in iter LSngs- \mü ir< ihrer Querrichtung gewalzt wird

   10. Verfahren noch einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die MGüigo des Lösungsmittels in der Platine eingestellt wird, indem diese der Lösungsmittel'-atmosphäre ausgesetzt wird.

   11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,

   d a du r cn gekennzeichnet, dass die visco-elastincha Hasse mit Hilfe von E?etruder-ROll©n zu der Platin© geformt wird.

   12. Vorfahren nach einem d^r Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, ■ dösa Tonerde mit 0,05 bis O₇I G@w.-% H@0 als Sinterhilfe verwendet wird.

   13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, ·

   dadurch gekennzeichn et,

   - , a&sa ein visco-elastiocher Binder verwendet wird, . ' o&r ©inen UsBichmmehßr !aufweist·

   .-lnfl. Hulni letior, Patentanwalt D — 8 M'mclion BI, Cofimosiiafte 81 · Telefon: (0011) 483320

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   ©r tiionBO"plo!3ti©chQ Binder ©too, fei ©toffgrwppis^; ^t?j?^Vihylha*a©/'"Polyetyroi©,'

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   , wobei das Walzan In" über" öl® ■ Platin® · durchge©η Lösungsmltt©! in..der

   ^ig feiner-T®luol- , ©ILnuoBtelit wird_r dass .er hoch genug .'

   ^ Spalten eu' vermeiden_f ic|tr_::_;«si eirica'Blasenbildung untesr d©r^:BSjrmirhraaiiq^::e©ir:Wöl8e'tihörkrafte au verhindern, wonach dio ^ewalst® Flatin© in'- 'einem Brennofen unter etufenweisar¹ Tes^sroitttireffhöhung gabrannt wird, wobei di@ flüchtigen ojrgswi^iechon. Stoffe progressiv bis 155O⁰C entweichen und di@ Plntisi«B nicht lSng©r «ils 1' Stunde auf 8intert«p®r®tur gohaiten wird. . . ;

   Atmosphäre , ist» wi arm und

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