RU2234167C1 - Method for manufacturing substrate for mgo-ceramic and silver base high-temperature superconductor coatings - Google Patents
Method for manufacturing substrate for mgo-ceramic and silver base high-temperature superconductor coatings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2234167C1 RU2234167C1 RU2003110635/28A RU2003110635A RU2234167C1 RU 2234167 C1 RU2234167 C1 RU 2234167C1 RU 2003110635/28 A RU2003110635/28 A RU 2003110635/28A RU 2003110635 A RU2003110635 A RU 2003110635A RU 2234167 C1 RU2234167 C1 RU 2234167C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silver
- mgo
- ceramic
- substrate
- firing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к криоэлектронике и может быть использовано при изготовлении пленочных элементов, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью (ВТСП).The invention relates to cryoelectronics and can be used in the manufacture of film elements having high-temperature superconductivity (HTSC).
Известны способы изготовления подложек для ВТСП покрытий, при которых на MgO-керамику наносят слой серебра [1]. ВТСП покрытия на таких подложках имеют более высокие характеристики, однако при высокой температуре вжигания ВТСП покрытия, серебряные покрытия плавятся и коалесцируют, обнажая участки керамики для контакта с ВТСП покрытием.Known methods for the manufacture of substrates for HTSC coatings, in which a layer of silver is applied to MgO ceramic [1]. HTSC coatings on such substrates have higher characteristics, however, at a high temperature of the HTSC coating, the silver coatings melt and coalesce, exposing ceramics to contact with the HTSC coating.
Известен керамический способ изготовления подложек для ВТСП покрытий, при котором готовят смесь порошков MgO и серебра, затем прессуют эту смесь, после чего прессовки подвергают обжигу [2].A known ceramic method of manufacturing substrates for HTSC coatings, in which a mixture of MgO and silver powders is prepared, then this mixture is pressed, after which the pressing is calcined [2].
В этом случае серебро хорошо связано с керамикой, однако подложка вследствие действия высокой температуры обжига (более 1600°С) оказывается обедненной серебром, а повышение исходной концентрации серебра более 20% приводит к образованию соединяющихся пор и вытеканию из них серебра при обжиге подложки [3].In this case, silver is well connected with ceramics, however, the substrate, due to the high firing temperature (more than 1600 ° C), is depleted in silver, and an increase in the initial silver concentration of more than 20% leads to the formation of connecting pores and the leakage of silver from them when the substrate is fired [3] .
Техническим результатом изобретения является повышение качества ВТСП покрытий вследствие увеличения поверхностной концентрации серебра в керамической подложке путем увеличения его объемной исходной концентрации от 30 до 70 мас.% и удержания его в подложке.The technical result of the invention is to improve the quality of HTSC coatings due to an increase in the surface concentration of silver in the ceramic substrate by increasing its initial volume concentration from 30 to 70 wt.% And retaining it in the substrate.
Технический результат достигается тем, что в процесс изготовления подложки вводят дополнительные операции: промежуточный обжиг; уплотнение поверхностей подложки и шлифование рабочей поверхности. В исходную шихту добавляют необходимое количество серебра, затем ее прессуют, придавая нужную форму, и обжигают. Температура обжига керамики MgO достигает 1700°С, температура плавления серебра составляет 961°С. В зависимости от концентрации исходного серебра возможны два варианта спекания подложки при обжиге. Если содержание серебра составляет менее 20 мас.%, оно образует изолированные друг от друга включения. Если же концентрация серебра более 30 мас.%, эти включения соединяются и образуют разветвленную, пространственную сеть. При температуре, большей температуры плавления, серебро переходит в жидкое состояние и удерживается внутри керамики капиллярными силами. Поскольку поверхностное натяжение большинства металлов больше поверхностного натяжения окислов, то смачивание в системе является неполным. При повышении температуры поверхностное натяжение и вязкость серебра уменьшаются. В процессе спекания может произойти выход жидкой фазы [3]. Если содержание серебра более 70 мас.%, то возможно образование сплошной матрицы серебра с включениями керамики. Такая система не относится к керметам и имеет низкую температуру плавления, близкую к температуре плавления серебра [3]. Для системы MgO-керамика - серебро выход серебра происходит при температуре 1100°С. После спекания (Т=1700°С) в керамике не остается серебра. Капилляры оказываются пустыми. Чтобы удержать серебро внутри керамики, предлагается остановить подъем температуры обжига при 1000°С, когда прочность керамики увеличится (предварительный обжиг), уплотнить поверхности подложки внедрением в поверхность порошка MgO или другого тугоплавкого материала. После уплотнения поверхностей проводят обычный обжиг подложки, уплотненные поверхности удерживают серебро внутри капилляров. После охлаждения проводят шлифовку рабочей поверхности подложки, удаляя поверхностный слой до серебросодержащей области. Сопоставительный анализ заявленного технического решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается тем, что исходная концентрация серебра составляет 30-70 мас.%, после прессования проводят предварительный обжиг при температуре порядка 1000°С, затем уплотняют поверхности внедрением тугоплавкого материала и после обжига проводят шлифование рабочей поверхности, что в данной совокупности признаков в известном техническом решении отсутствует, обуславливая тем самым новизну технического решения. Технические решения, в которых проводят предварительный обжиг, уплотняют поверхность подложки и шлифуют поверхность на необходимую глубину после обжига авторам неизвестны, кроме того, совокупность признаков, состоящая из проведения предварительного обжига подложки, последующего уплотнения поверхностей и шлифования рабочей поверхности после обжига позволит обнаружить у предложенного способа изготовления подложки для ВТСП покрытий иные, в отличии от известных, свойства, к числу которых можно отнести:The technical result is achieved by the fact that additional operations are introduced into the manufacturing process of the substrate: intermediate firing; compaction of the surfaces of the substrate and grinding of the working surface. The required amount of silver is added to the initial charge, then it is pressed into the desired shape and fired. The firing temperature of MgO ceramics reaches 1700 ° C, the melting point of silver is 961 ° C. Depending on the concentration of the starting silver, two options are possible for sintering the substrate during firing. If the silver content is less than 20 wt.%, It forms isolated inclusions from each other. If the silver concentration is more than 30 wt.%, These inclusions combine and form a branched, spatial network. At a temperature higher than the melting point, silver goes into a liquid state and is retained inside the ceramic by capillary forces. Since the surface tension of most metals is greater than the surface tension of oxides, wetting in the system is incomplete. With increasing temperature, the surface tension and viscosity of silver decrease. During sintering, the liquid phase can exit [3]. If the silver content is more than 70 wt.%, Then the formation of a solid matrix of silver with inclusions of ceramics is possible. Such a system does not belong to cermets and has a low melting point close to the melting point of silver [3]. For the MgO-ceramic-silver system, silver is released at a temperature of 1100 ° C. After sintering (T = 1700 ° C), no silver remains in the ceramic. The capillaries are empty. To keep silver inside the ceramics, it is proposed to stop the rise in the firing temperature at 1000 ° C, when the ceramic strength increases (preliminary firing), to seal the substrate surfaces by introducing MgO or other refractory material into the surface of the powder. After sealing the surfaces, the substrate is usually fired, and the densified surfaces retain silver inside the capillaries. After cooling, grinding of the working surface of the substrate is carried out, removing the surface layer to a silver-containing region. A comparative analysis of the claimed technical solution with the prototype shows that the claimed method is characterized in that the initial silver concentration is 30-70 wt.%, After pressing, preliminary firing is carried out at a temperature of about 1000 ° C, then the surfaces are densified by the introduction of refractory material and grinding is carried out after firing work surface, which in this set of features in the known technical solution is absent, thereby causing the novelty of the technical solution. The technical solutions, which carry out preliminary firing, compact the surface of the substrate and grind the surface to the required depth after firing, are unknown to the authors, in addition, the set of features consisting of preliminary firing of the substrate, subsequent compaction of the surfaces and grinding of the working surface after firing will allow us to detect the proposed method the manufacture of substrates for HTSC coatings are other, in contrast to the known, properties, which include:
- возможность изменять величину поверхностной концентрации серебра, регулируя глубину удаления поверхностного слоя, что позволяет влиять на характеристики ВТСП покрытий;- the ability to change the surface concentration of silver by adjusting the depth of removal of the surface layer, which allows you to influence the characteristics of HTSC coatings;
- возможность избежать потерь серебра в печи при его выделении во время обжига;- the ability to avoid losses of silver in the furnace when it is released during firing;
- возможность формирования криволинейных (например, цилиндрических) подложек с однородной поверхностной концентрацией серебра;- the possibility of forming curved (for example, cylindrical) substrates with a uniform surface concentration of silver;
- возможность регулировать поверхностное сопротивление подложки, изменяя исходную концентрацию серебра, время обжига и глубину удаления поверхностного слоя. Таким образом, иные, в отличие от известных технических решений, свойства, присущие предложенному способу, доказывают наличие существенных отличий, направленных на достижение технического результата.- the ability to adjust the surface resistance of the substrate, changing the initial concentration of silver, firing time and the depth of removal of the surface layer. Thus, other, in contrast to the known technical solutions, properties inherent in the proposed method, prove the presence of significant differences aimed at achieving a technical result.
На фиг.1 представлен разрез участка подложки с изолированными включениями серебра 1. На фиг.2 представлен разрез участка подложки со сквозными порами 2 после удаления серебра при обжиге. На фиг.3 представлен разрез участка подложки после уплотнения поверхностного слоя 3 с заполненными серебром порами 4. На фиг.4 представлен разрез участка подложки после удаления поверхностного слоя.Figure 1 shows a section of a section of a substrate with isolated inclusions of silver 1. Figure 2 shows a section of a section of a substrate with through
Предлагаемый способ изготовления подложки для ВТСП покрытий был реализован следующим образом. Была приготовлена смесь, содержащая порошки MgO, серебро (≈30 мас.%) и органическую связку (3-5%). Смесь гомогенизировали, высушивали и прессовали под давлением 4-6 ГПа. Прессовки имели форму таблеток (D=40 мм, h=4 мм). Прессовки разделили на две партии. Образцы первой партии подвергали обжигу по типовой схеме: нагрев со скоростью 2°С/мин до 450°С; выдержка - 2 ч; нагрев со скоростью 4°С/мин до 1700°С; выдержка - 10 ч; охлаждение вместе с выключенной печью. Образцы второй партии обжигали с учетом данного технического решения: после прессования проводили промежуточный обжиг: нагрев со скоростью 2°С/мин до 450°С; выдержка - 2 ч; нагрев со скоростью 4°С/мин до 1000°С; выдержка - 10 ч; охлаждение вместе с выключенной печью. Затем проводили механическое внедрение порошка MgO в поверхности образцов. После обжига рабочую поверхность шлифовали до появления серебра. На все подложки по толстопленочной технологии наносили пасту, состоящую из ВТСП порошка Bi (2212) и органической связки. Образцы вжигали по типовой схеме (максимальная температура - 1000°С, выдержка - 24 ч при 870°С). После охлаждения ВТСП покрытия исследовали на величину плотности критического тока. Результаты исследований показали, что эта величина у образцов из второй партии на 50-70% выше. Визуальные исследования разрезов подложек говорят об отсутствии серебра в подложках из первой партии.The proposed method of manufacturing a substrate for HTSC coatings was implemented as follows. A mixture was prepared containing MgO powders, silver (≈30 wt.%) And an organic binder (3-5%). The mixture was homogenized, dried and pressed under a pressure of 4-6 GPa. The compacts were in the form of tablets (D = 40 mm, h = 4 mm). Pressings were divided into two parties. The samples of the first batch were fired according to the standard scheme: heating at a rate of 2 ° C / min to 450 ° C; excerpt - 2 hours; heating at a rate of 4 ° C / min to 1700 ° C; excerpt - 10 hours; cooling with the oven turned off. Samples of the second batch were fired taking into account this technical solution: after pressing, intermediate firing was performed: heating at a speed of 2 ° C / min to 450 ° C; excerpt - 2 hours; heating at a rate of 4 ° C / min to 1000 ° C; excerpt - 10 hours; cooling with the oven turned off. Then, mechanical incorporation of MgO powder into the surface of the samples was carried out. After firing, the work surface was ground until silver appeared. A paste consisting of HTSC Bi powder (2212) and an organic binder was applied to all substrates by thick-film technology. Samples were annealed according to the standard scheme (maximum temperature - 1000 ° С, exposure time - 24 hours at 870 ° С). After cooling, the HTSC coatings were examined for the critical current density. The research results showed that this value is 50-70% higher for samples from the second batch. Visual studies of the sections of the substrates indicate the absence of silver in the substrates from the first batch.
Использование предложенного способа изготовления подложки для ВТСП покрытий обеспечивает следующие преимущества:Using the proposed method of manufacturing a substrate for HTSC coatings provides the following advantages:
- возможность изготавливать ВТСП покрытия с более высокими характеристиками;- the ability to produce HTSC coatings with higher characteristics;
- возможность изменять поверхностную проводимость подложек.- the ability to change the surface conductivity of the substrates.
Источники информацииSources of information
1. Технология толстых и тонких пленок / Под ред. А.Рейсмана, Ч.Роуза. - М.: Мир, 1972, - с.9-13; 83-87.1. Technology of thick and thin films / Ed. A. Reisman, C. Rose. - M .: Mir, 1972, - p. 9-13; 83-87.
2. Вязников Н.Ф., Ерманов С.С. Металлокерамические материалы и изделия. - Л.: Матгиз, 1967, - 224 с.2. Vyaznikov N.F., Yermanov S.S. Ceramic-metal materials and products. - L .: Matgiz, 1967, - 224 p.
3. Керметы / Под ред. Тинклио Дж.Р., Крэндалла У.Б. - М.: ИИЛ, 1962, с.19-27.3. Cermets / Ed. Tinclio J.R., Crandall W.B. - M .: IIL, 1962, p. 19-27.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110635/28A RU2234167C1 (en) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Method for manufacturing substrate for mgo-ceramic and silver base high-temperature superconductor coatings |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110635/28A RU2234167C1 (en) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Method for manufacturing substrate for mgo-ceramic and silver base high-temperature superconductor coatings |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2234167C1 true RU2234167C1 (en) | 2004-08-10 |
RU2003110635A RU2003110635A (en) | 2004-10-27 |
Family
ID=33414306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003110635/28A RU2234167C1 (en) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Method for manufacturing substrate for mgo-ceramic and silver base high-temperature superconductor coatings |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2234167C1 (en) |
-
2003
- 2003-04-14 RU RU2003110635/28A patent/RU2234167C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SNOW | Improvements in atmosphere sintering of transparent PLZT ceramics | |
CN107188567B (en) | Preparation method of aluminum nitride ceramic with high thermal conductivity | |
Ba et al. | Comparison of aqueous-and non-aqueous-based tape casting for preparing YAG transparent ceramics | |
CN105732050A (en) | Preparation technology of net size transparent ceramic part in complex shape | |
CA2052210A1 (en) | Method for reducing shrinkage during firing of ceramic bodies | |
CN108585921A (en) | A method of it is cast based on freezing and prepares Functional Graded Ceramics/resin composite materials | |
RU2234167C1 (en) | Method for manufacturing substrate for mgo-ceramic and silver base high-temperature superconductor coatings | |
JP2003146741A (en) | Dielectric ceramic composition | |
CN107129301A (en) | A kind of PLZT/ alumina composite ceramics material and preparation method thereof | |
US3556843A (en) | Metallized ceramic and method and composition therefor | |
JPH04228466A (en) | Production of sintered material of tin oxide | |
US4119469A (en) | Insulating ceramic substances having controlled porosity and the method for preparing them by sintering | |
JP2693599B2 (en) | Target and its manufacturing method | |
Saha et al. | Fast firing of lead magnesium niobate at low temperature | |
CN112624759A (en) | Lead hafnate antiferroelectric ceramic material and preparation method thereof | |
JPS5895640A (en) | Manufacture of ceramic product | |
US3989794A (en) | Process of manufacturing ferrite bodies of low porosity | |
CN109704763A (en) | A kind of preparation method of low-temperature sintering ceramic dielectric material | |
Miclea et al. | Advanced technology for making PZT type ceramics by fast firing | |
RU2199505C2 (en) | Method of manufacturing ceramic substrate for high-temperature-superconduction coatings | |
Wang et al. | Lead Borate Glass-A New Sintering Agent for BaTiO3 Ceramics | |
JPH03150276A (en) | Multilayered ceramic material and production thereof | |
JP2680127B2 (en) | Si Lower 3 N Lower 4 Sintered body | |
JPS6197166A (en) | Manufacture of silicon carbide sintered body | |
JPS61183149A (en) | Manufacture of metal-ceramics conductor and use of method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050415 |