Способ изготовления керамического титаната бария

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз, Советских

Социалистических

Республик

<и> 945140 (22) Задавлено 18. 07. 80 (21) 2957276/29-33 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(51)М. Кл.

С 04 В 35/00 с присоединением заявки М (23 } Приоритет—

9кударстекнный ко1еитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.07.82. . Бюллетень М 27

Дата опубликования описания 23 . 07 . 82 (») УДК666,6 (088.8) Ф.А. Васютин, Н.Г. Илюха, Г.T. Левченко, М.Т. Мельник и В.А. Хращевский (72) Авторы изобретения

Г,—

1В.И. Ленина .::летия

Ии

Харьковский политехнический институт им. и Киевский политехнический институт им.

Великой Октябрьской социалистической рев (7l) Заявители (4) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ТИТАНАТА

БАРИЯ

Изобретение относится к производству сегнетоэлектрических материалов и может быть использовано для изготовления керамического BaTiОх для мишеней катодного распыления.

Известны способы получения сегнетоэлектрической керамики на основе

ВаТ10,включающие смешение компонентов, оформление заготовок нужного вида и спекание их при 1350-1320 С 1 о

Недостатками известных способов изготовления керамического титаната бария являются сложность технологии изготовления и низкий срок службы . мишеней при малой скорости напыления.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления керамики из титаната бария, включающий составление исходной шихты из сырьевых материалов ВаСО и Т102, помол и прессование брикетов с последующим синтезом. Затеи синтезированный материал измельчают, вводят в него в качестве минерализатора 13 окиси алюминия для снижения температуры спекания керамики, прессуют иэделия и обжигают при 1380-1390 С с вью держкой 1-3 ч (2).

Однако технология изготовления керамики по известному способу усложнена за счет двухкратной термообработки. Обожженные керамические мишени иэ-за термонапряжений, возникающих в процессе высокотемпературного обжига, обладают низкой термической стойкостью при распылении, что значительно сокращает их срок службы и не позволяет вести напыление ! с высокой скоростью, так как при повышении скорости распыления увеличиваются термические градиенты в мио шени

Мишени, изготовленные по извест- ному способу и распыленные в высокочастотной вакуумной установке типа, зо

3 9451

ИОН-1 В, выдерживают 1-2 цикла при скорости 0,065-0,07 нм/с.

Целью изобретения является увеличение срока службы мишеней и скорости напыления. 5

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления керамического титаната бария для мишеней катодного распыления, включающему приготовление шихты, содер- 1о жащей Ti0< и ВаСО>, прессование брикетов, синтез, .измельчение синтезированного материала и прессование мишеней, в шихту вводят 2-10 мас.3

А1 0, в измельченный синтезированный материал - 5-7 мас.3 воды и отпрессованные мишени выдерживают не менее 24 ч при комнатной температуре.

Введение 2-10";6 А1 0 в исходную 2о сырьевую шихту обеспечйвает образование в процессе синтеза шихты алюмината бария, необходимого для приобретения повышенной механической прочности мишени при твердении, 25 после затворения материала водой.

При введении окиси алюминия менее 24 снижается механическая прочность мишени, а при введении более

103 ухудшаются электрофизические свойства напыляемых пленок.

Воду вводят в количестве 5-7,03 и отпрессованную мишень выдерживают при 15-20 С не менее 24 ч для протекания процесса гидратации материала и приобретения достаточной механичес кой прочности для транспортировки и эксплуатации мишени в катодном узле высокочастотной вакуумной установки. са

Содержание воды ниже 53 не обеспечивает процессов гидратации и твердения материала, а выше 73 не позволяет формовать мишень методом, прессования.. о 45

Температура ниже 15 С резко снижает скорость гидратации, а выше

20 С приводит, из-за быстрого испаФ рения влаги, к растрескиванию отпрессованных мишеней.

Изготовление мишеней для катодного распыления сегнетоэлектрических. материалов осуществляют следующим образом.

Из сырьевых материалов: углекислого бария, оксида алюминия, двуокиси титана марок ХЧ составляют шихту следующего химического соста40 4

âeàa, мас.3: ВаО 65,17; Aly0> 4;

Т102 30,83. Затем проводят мокрый помол шихты. Размолотую сырьевур шихту высушивают при 100-105 С, брикетируют и обжигают при 1350400 С.

Полученный продукт размалывают. в фарфоровой мельнице до удельной поверхности 4000-4500 см /r. В мо2 лотый материал добавляют 6 воды и прессуют мишени.,Отпрессованные мишени приобретают достаточную механическую прочность в течение 24 ч при 15-20 С.

Зависимость физико-технических свойств мишеней от количества вводимой воды, окиси алюминия, температуры и времени выдержки приведены в таблице.

Мишени, изготовленные по предлагаемому способу, выдерживают 1620 циклов распыления при скорости напыления 1,2 нм/с.

Таким образом, по предлагаемому способу технологический процесс изготовления мишеней для катодного распыления сегнетоэлектрических г материалов .значительно упрощен, так как производят только одну высокотемпературную обработку вместо двух по известному, по которому необходимо, проводят> еще и высокотемпературт ный обжиг отпрессованных мишеней.

Механическая прочность мишеней, изготовленных предлагаемым способом, объясняется образованием гидратных соединений, которые химически активизируют поверхность зерен титаната бария, что способствует твердению и синтезу прочности.

Увеличение срока службы мишеней в 8- l0 раз и повышение скорости напыления в 18 раз по сравнению с известным способом обуславливаются структурой мишени.

Основой структуры мишени являются зерна титаната бария, между которыми находится прослойка из гидроалюминатов бария и гидроокиси титана, образующиеся при взаимодействии материала с водой. Вода в гидроалюминатах бария носит цеолитный характер и при распылейии удаляется в широком интервале температур без разрушения кристаллической решетки алюмината бария, что обеспечивает сохранение механической прочности

S мишеней, и при этом увеличивается микропористость последних за счет возникновения молекулярных пор. .Такой характер микропористой структуры смягчает возникающие при

945140 d распылении термические напряжения и мишень длительное время не разрущается, выдерживая при этом повышенные мощности распыления.

aOФаOooЬФФ4

Показатели

1Ьвестиый

1базоеы11 объект) аааФюЮее

Химический состав, ° ес.Ь

65 95 ° 65,45 65,17 64,59 62,59 65,74

ВаО

32,55 30,83 27,41 25.41 . 34,26

Т10

33,05

Д1аоЗ

11редел прочности пр» сжатии; кгlсм, В воды

1,00

2,00

60

180

I50

350

300

100

120

230

Температура выдержки, С а

140

I0-15

250 300

300 350

270 325

15-20 б

20-25

180

150

160

130

Время выдержки, ч

50 75

180 300

200 320

I5

100

350

25

150

36

Число рабочих циклов при распылении (24 v выдержки при 15-20 С) 370

170

1 2

20

1,2 0,065-0,07

0,2

1,2

1,2

1,2

I400-1600 1400-1600 1400г1600 1400- 1600 1400-1600 140И600

0,01-0,03 0,01-0,03 0,01-0,03 0,02-0,04 0,06-0, 10 0,01-0,03 и

Трещины появляются ° первом цикле i

Скорость напыления, нмlс

Диэлектрическая проницаемость полученных пленок титаната бария

Тангенс угла диэлектрических потерь полученных пленок титаната ия.

4,00 8,00 . 12,00 1 ° 00

Формула изобретения

945140 8 водят 2-10 мас. 3 А 1 0>, в иэмель— ченный синтезированный материал5-7 мас.4 воды и отпрессованные.мишени выдерживают не менее 24 ч при комнатной температур4.

Составитель Н. фельдман

Техред А. Бабинец Корректор М. Коста

«j

Редактор Л. Лукач

Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5252/32. Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ изготовления керамического титаната бария для мишеней катодного распыления, включающий приготовление шихты, содержащей Ti и ВаСО, прессование брикетов, син тез, измельчение синтезированного материала и прессование мишеней, отличающийся тем, что, с 10 цеХью увеличения срока службы мишеней и скорости напыления, в шихту

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР и 654580, кл. С 04 В 35/46, 1977.

2. Глозман И.А. Пьезокерамика.

"Энергия", 1972, с. 244.