Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0027

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0027
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет"
Название доклада
Прикладные научные исследования в области низкотемпературной керамики на основе микронных, субмикронных и наноразмерных порошковых составов.
Докладчик
Полюшко Владимир Анатольевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью исследований являются разработка научных основ технологии низкотемпературной совместно обжигаемой керамики для микроэлектронной техники и телекоммуникационной промышленности, получение значимых научных результатов, позволяющих переходить к созданию новых видов научно-технической продукции.
Реализация проекта позволит отказаться от импорта композиционной керамики для микроэлектронной, космической техники и ее замена отечественной продукцией повысит технологическую независимость и безопасность страны.
Положительный экономический эффект от внедрения результатов проекта ожидается в микроэлектронной, аэрокосмической, телекоммуникационной, автомобильной и других высокотехнологичных отраслях индустрии.
Актуальность и новизна исследования
Разрабатываемая технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC) предназначается для получения керамических изделий для аэрокосмической, телекоммуникационной и других высокотехнологичных отраслей индустрии.
При производстве радиоэлектронной аппаратуры несомненным преимуществом обладают электронные модули (блоки),выполненные на основе плат из низкотемпературной совместно-обжигаемой керамики, керамические подложки с металлическим электропроводящим слоем. Низкотемпературная керамика позволяет интегрировать и создавать различные типы систем с малыми потерями и лучшими диэлектрическими характеристиками по сравнению с традиционными системами.
Положительный эффект от внедрения результатов ПНИ ожидается в плане импортозамещения известных зарубежных запатентованных образцов. Отказ от импорта композиционной керамики для космической техники и ее замена отечественной продукцией повысит технологическую безопасность и независимость страны.
Потенциальные потребители результатов проекта дочерние и зависимые организации ОАО «РОССИЙСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА», компании, использующие LTCC - технологию.
Описание исследования

Исследованы процессы получения компонентов керамики . Проведен аналитический обзор современной научно-технической литературы и патентный поиск. Проведен анализ химического состава и характеристик компонентов LTCC керамики. Разработан эскизный проект установки по получению  нано и субмикронных компонентов.

Проведено математическое моделирование процессов получения и свойств керамики. Разработаны математические модели  процессов получения низкотемпературной керамики.  Разработаны чертежи установки по получению  нано и субмикронных порошковых компонентов керамики.

Проведено физическое моделирование процессов получения компонентов низкотемпературной керамики. Проведен анализ характеристик исходных  нано и субмикронных порошковых  компонентов. Создано рабочее место экспериментальных исследований.

Проведен анализ элементного состава нано и субмикронных компонентов низкотемпературной керамики.

Оптимизация по результатам моделирования смесевого состава порошковой массы перед обжигом для получения заданных характеристик.

Разработка программы и методик исследовательских испытаний экспериментальных образцов низкотемпературной керамики.

Физическое моделирование процессов получения экспериментальных образцов нано и субмикронных порошковых компонентов низкотемпературной керамики.

Обобщение результатов исследований для построения физических моделей исследуемых процессов.

Получение нано и субмикронных порошковых компонентов низкотемпературной керамики.

Анализ характеристик имеющихся исходных нано и субмикронных порошковых компонентов низкотемпературной керамики.

Обобщение результатов физического моделирования для выбора оптимального состава экспериментальных образцов нано и субмикронных компонентов низкотемпературной керамики.        

Получены экспериментальные образцы керамики . Проведен анализ характеристик полученных образцов. Проведены экспериментальные исследования установки  по получению  нано и субмикронных компонентов

Расчет физико-механических характеристик экспериментальных образцов низкотемпературной керамики на основе результатов математического моделирования.

Получение экспериментальных образцов нано и субмикронных порошковых компонентов различной дисперсности для низкотемпературной керамики, анализ их характеристик.

Разработка проекта  лабораторного технологического регламента получения низкотемпературной керамики.

4 Изготовление экспериментальных образцов низкотемпературной керамики.

Исследование физико-механических характеристик экспериментальных образцов низкотемпературной керамики.

Определение факторов, влияющих на основные физические и радиофизические свойства керамики.

Сравнение полученных физических характеристик экспериментальных образцов низкотемпературной керамики с результатами математического моделирования.

Определение эффективных путей получения низкотемпературной керамики с требуемыми свойствами.

 

Результаты исследования

Проведены работы по оптимизации смесевого состава порошковой массы перед обжигом для получения заданных  характеристик. Нахождение оптимального состава исходной композиции для получения низкотемпературной керамики возможно при модификации состава стекольной массы, применяемой для подготовки порошковых компонентов. Разработана программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов низкотемпературной керамики. Проведено физическое моделирование процессов получения экспериментальных образцов нано и субмикронных порошковых компонентов низкотемпературной керамики. Установлено, что для получения субмикронных и наноразмерных  порошков с узкой шириной распределения по размерам частиц необходимо проводить процесс, связанный с многократной перегонкой (перечисткой) перерабатываемого материала. В результате моделирования процессов получения порошковых компонентов керамики обнаружено, что изменение рН водной дисперсии частиц оксида алюминия влияет на эффективность процессов его диспергирования и классификации в пневматическом циркуляционном аппарате. В результате диспергирования и фракционирования оксида алюминия, нитрида алюминия, боросиликатного стекла пневмоциркуляционным методом и их смешивания с добавками получены нано и субмикронные порошковые компоненты различного состава для низкотемпературной керамики. Использование в качестве низкотемпературного спекающего компонента полученных фракций боросиликатного стеклянного порошка позволяет проводить процесс спекания при температуре ниже 1000 °С.Проведен расчет физико-механических характеристик экспериментальных образцов низкотемпературной керамики на основе результатов математического моделирования. Оценка эффективных физических характеристик подтверждает то, что условия формирования каркаса тугоплавких компонентов на различных иерархически расположенных уровнях структуры вносит решающий вклад в формирование всех параметров керамики. Результаты моделирования показали, что использование в составе исходной шихты смеси тугоплавких керамических компонентов с полимодальным распределением частиц по размерам в области крупных и средних фракций, удовлетворяющих условию достижения плотной упаковки смеси полидисперсных частиц, позволяет получать максимально плотную структуру керамики, обеспечивающую достижение требуемых характеристик.Получены экспериментальные образцы нано и субмикронных порошковых компонентов различной дисперсности для низкотемпературной керамики. Разработан проект лабораторного технологического регламента получения низкотемпературной керамики.Изготовлены экспериментальные образцы низкотемпературной керамики, исследование характеристик которых показало, что параметры полученной керамики в целом соответствуют нормативным требованиям. Сравнение  характеристик экспериментальных образцов низкотемпературной керамики с результатами математического моделирования показало необходимость введения в расчетные модели дополнительных данных по составу компонентов, включая более подробный фракционный состав частиц тугоплавкого компонента, форму частиц, объем пор исходных компактов и т.д.

Практическая значимость исследования
Разрабатываемая технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC) предназначается для получения керамических изделий для аэрокосмической, телекоммуникационной и других высокотехнологичных отраслей индустрии. При производстве радиоэлектронной аппаратуры несомненным преимуществом обладают электронные модули (блоки),выполненные на основе плат из низкотемпературной совместно-обжигаемой керамики, керамические подложки с металлическим электропроводящим слоем. Низкотемпературная керамика позволяет интегрировать и создавать различные типы систем с малыми потерями и лучшими диэлектрическими характеристиками по сравнению с традиционными системами.