Высокотемпературная эмаль и алюмооксидный керамический материал для изоляции спирали нагревателя сферического ионизатора масс-спектрометра

Abstract

На цей час актуальним завданням є створення керамічних ізоляційних матеріалів з температурними коефіцієнтами лінійного розширення (ТКЛР) рівними ТКЛР ізольованих деталей. В статті розглянуті питання визначення складу високотемпературної емалі і ізолюючого керамічного матеріалу, розраховано їх ТКЛР. Визначено залежності усадки керамічного матеріалу від розміру частинок оксиду алюмінію, знайдено оптимальні розміри цих частинок і співвідношення між твердою та рідкою складовими в процесі обпалення. При спіканні запропонованого матеріалу створюється двофазна система, яка складається з зерен оксиду алюмінію з розмірами частинок 20...25 мкм та склофази складу Аl2О3, SiO2, В2О3 и Na2О з вихідними розмірами частинок 1...2 мкм. В результаті проведених досліджень розроблено склад високотемпературної емалі для ізоляції корпусів іонізаторів мас-спектрометрів від нагрівальних елементів, а також склад ізолюючого керамічного матеріалу, що має ТКЛР рівний ТКЛР молібдену і не має усадки при спіканні.

В настоящее время актуальной задачей является создание керамических изоляционных материалов с температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), равным ТКЛР изолируемых деталей. В статье рассмотрены вопросы определения состава высокотемпературной эмали и изолирующего керамического материала, рассчитаны их ТКЛР. Определены зависимости усадки керамического материала от размера частиц оксида алюминия, найдены оптимальные размеры этих частиц и соотношение между твердой и жидкой составляющими в процессе обжига. При спекании предложенного материала образуется двухфазная система, состоящая из зерен оксида алюминия с размером частиц 20…25 мкм и стеклофазы состава Аl2О3, SiO2, В2О3 и Na2О с изначальными размерами частиц в пределах 1…2 мкм. В результате проведенных исследований разработан состав высокотемпературной эмали для изо- ляции корпусов ионизаторов масс-спектрометров от нагревательных элементов, а также состав изолирующего керамического материала, имеющего ТКЛР равные ТКЛР молибдена и не имеющего усадки при спекании.

Development of ceramic insulating materials with the coefficient of temperature linear expansion, equal to the coefficient of temperature linear expansion (CTLE) of isolated details is of high importance nowadays. This article concerns questions of definition of high-temperature enamel and isolating ceramic material composition. Dependences of ceramic material shrinkage on the size of particles of oxide of aluminum are defined, the optimum sizes of these particles and a ratio between firm and liquid components in the course of roasting are found. Annealing of the suggested material results into a two-phase system consisting of grains of aluminum oxide with particles size of 20…25 microns and a glass phase of structure of Аl2О3, SiO2, В2О3 and Na2О with initial size of particles within 1…2. As a result of the conducted study the following conclusions may be drawn: the developed composition of high-temperature enamel provides reliable isolation of ionizers cases for mass spectrometers from heating elements; and the composition of an isolating ceramic material provides equality of CTLE of ceramics, of a material of the case and a heater spiral, and also no-shrink condition at agglomeration.