§ 2.7. Внутренняя отделка корпусов

Электрические характеристики устройств СВЧ зави­сят от удельного сопротивления металла токонесущих поверхностей и их микрогеометрии.

Коррозия токонесущей поверхности ведет к появле­нию на ней диэлектрического (AI2O3), полупроводнико­вого (СигО) или проводящего слоя. Если продукт кор­розии диэлектрик, то токи СВЧ текут под окисным слоем, если — полупроводник или проводник, часть тока течет в коррозионном слое, что вызовет рост активных потерь. Кроме того, коррозия может изменить микро­геометрию и микроструктуру поверхностного слоя, уве­личить шероховатость токонесущей поверхности. Поэто­му даже, если продукт коррозии диэлектрик, затухание растет.

Устойчивость к коррозии зависит от использования защитных покрытий или материалов, не поддающихся воздействию окружающей среды.

Покрытия делятся на проводящие и непрово­дящие. Проводящие покрытия — это гальванические осадки. Если толщина покрытия больше глубины про­никновения, то оно становится токонесущим слоем и за­тухание зависит уже не от конструкционного материала стёнок волновода, а от шероховатости поверхности осад­ка, его удельного сопротивления (которое является функ­цией структуры и пористости осадка) и рабочей частоты. При нанесении гальванических покрытий, если не при­няты специальные меры, чистота поверхности ухудшает­ся по сравнению с чистотой базового металла. В табл. 2.!9 приведены коэффициенты приращения затухания для некоторых покрытий, вызванного шерохова­тостью токонесущей поверхности.

Структура осадков и их удельное сопротивление за­висят от способа нанесения, режимов осаждения и со­ставов ванн. Поэтому при изготовлении волноводов не­обходимо выбирать режим, при котором осадки имеют наименьшее удельное сопротивление. Коррозионная стой­кость и устойчивость параметров осадков к воздей­ствию окружающей среды определяются их пористостью. Основой повышейия стойкости покрытий является умень­шение пористости, а ее величина определяется составом электролита и катодной плотностью тока. Скорость раз­вития коррозии в порах зависит от режимов промывки. Пористость осадков появляется и при колебании катод­ной плотности тока, если электропитание осуществляется от нестабилизированного источника. Разброс расстояний между покрываемой поверхностью и анодом, глубины погружения в ванну ведет к разбросу пористости покры­тий для партии устройств.

Наиболее широко применяется покрытие токонесу­щих поверхностей серебром из цианистых ванн, кото­рое выполняет защитные функции, а также уменьшает активные потери. Цианистые электролиты имеют хоро­шую рассеивающую способность и высокое качество осадков. Однако у них есть существенные недостатки: они ядовиты, неустойчивы, малопроизводительны.

При покрытии серебром изделий из меди и ее спла­вов их поверхность предварительно амальгамируется в растворе следующего состава (гл):

ртуть двухлористая HgCl₂-2H₂0 7—7,5

аммоний хлористый NH₄C1 . . . 3—4

серебро хлористое AgCl .... 35—39

калий цианистый KCN 20—35

Колебание'плотности тока (0,2—0,5 а/дм²) при галь­ваническом серебрении из цианистых электролитов и их температуры (18—35° С) незначительно влияет на удель­ное сопротивление получаемых осадков.

При серебрении длинных волноводных трактов, для того чтобы обеспечить равномерность толщины покры­тия на внутренней поверхности, используется принуди­тельная циркуляция электролита сквозь волновод. При этом целесообразно периодически изменять направление

движения электролита. Однако при серебрении с прину­дительной прокачкой электролита толщина покрытия по длине волновода неравномерна и качество его неодина­ково. Так, для волноводов сечением 7,2 X 3,4, длиной 500 мм с одним изгибом при толщине покрытия у тор­цов 16—18 мкм в середине эта толщина составила 5—6 мкм при рыхлой и пористой структуре. В ’результа­те при такой технологии покрытия приходится увеличи­вать его толщину на краях волновода, чтобы в середине получить покрытие желаемой толщины. Это значительно удлиняет технологический процесс изготовления волново­дов и повышает их стоимость.

Хорошие результаты дает применение внутренних анодов (рис. 2.20), в качестве которых используются серебряная проволока диаметром не менее 0,8 мм. До­полнительный анод протягивается через волновод. На один из фланцев надевается заглушка со штуцером, позволяющим присоединить резиновый шлаиг насоса, прокачивающего электролит. Другой фланец погружает­ся в электролит. Корпус волновода соединяется с катод­ной штангой, а дополнительный анод — с анодной. Этим способом можно покрыть волноводы сечением не менее 7,2 X 3,4. При меньших размерах поперечного сечения серебряные покрытия получают химическим осаждением.

Для этого используют автокаталитическое осаждение серебра из цианистого раствора при ионно-адсорбцион- ной подготовке поверхности. Катализатором процесса служит латунь стенок волноводного корпуса.

Технологический процесс состоит в следующем. Пред­варительно корпус обезжиривают в бензине и обрабаты­вают при температуре 18—20° С в течение 5—10 сек в . растворе следующего состава (г/л):

натрий едкий 30—50

натрий углекислый 20—30

тринатрийфосфаг 50—70

жидкое стекло 10—15

Затем корпус декапируют в 5—7%-ном растворе циани­стого калия при 18—20° С в течение 5—7 мин и серебрят при температуре 18—20° С в течение 2 ч в растворе сле­дующего состава (в пересчете на металл), г/л:

цианистое серебро 3—6

цианистый калий 16—19,5

дистиллированная вода . . . . —

При этом получается осадок серебра толщиной 5—7 мкм на всей поверхности волноводного корпуса. Процесс ве­дется при циркуляции электролита через канал волново­да. Серебреный узел пассивируется в 1%-ном растворе бихромата калия.

Измерения, проведенные для серебреных латунных волноводов, показали, что величина затухания для них на h = 3 см на 34% выше расчетной. Различие между теоретической и расчетной величинами затухания объяс­няется прежде всего пористостью и шероховатостью по­крытия. Его можно уменьшить при использовании несим­метрично выпрямленного тока или реверсирования тока, дающего более плотные и блестящие покрытия (рис. 2.21). Интенсифицировать процесс серебрения мож­но применением ультразвука. В связи с этим исключает­ся предварительная операция амальгамирования, рабо­чие плотности тока могут быть повышены до 10—12 а/дм², скорость осаждения увеличивается в 5—6 раз, осадки имеют высокую плотность.

При серебрении латунных волноводных корпусов, паянных мягкими припоями (ПОС-61, ПСр2, ПСрЗ, ПОС-40), принимают специальные меры для качествен­ного покрытия швов. При рассмотренной технологии се­ребрения паяные швы не покрываются серебром, так как припои содержат большое количество олова и свинца — материалов, имеющих высокий электроотрицательный нормальный

потенциал: —0,14 и —0,13 в соответственно. Это способствует контактному выделению серебра в мес­тах паяных соединений. Поэтому покрытия имеют малую адгезию к базовому металлу и легко снимаются. Для ка­чественного покрытия на покрываемый узел наносят подслой металла, ионы которого в момент электрокри­сталлизации имеют нормальный потенциал, близкий к потенциалу олова и свинца. Таким металлом является, например, медь. Меднение необходимо вести из электро­литов на основе пирофосфата и этилдиамина.

В результате проходящего в них комплексообразова- ния нормальный потенциал меди становится отрицатель­ным (для пирофосфатного электролита —23 в). Исполь­зование сернокислых электролитов не дает положитель­ных результатов — медь в них имеет электроположитель­ный потенциал. Дальнейшее серебрение обычно произ­водят в железосинеродистых электролитах. Для увели- • чения коррозионной стойкости покрытий и удаления остатков электролита из микропор в местах паяных соединений серебреные волноводные корпуса промывают в дистиллированной воде с наложением ультразвуковых колебаний.

Серебрение волноводных корпусов из алюминия и его сплавов имеет свою специфику. Наиболее серьезная трудность этого процесса заключается в том, что на поверхности алюминия и его сплавов образуется окисная пленка, которая после ее удаления стремится к регенера­ции. Кро^е того, усложняют процесс серебрения высокий электроотрицательный потенциал и тенденция к контакт­ному выделению металла на поверхности узла в момент погружения в электролит. Все это препятствует прочно­му сцеплению между покрытием и основным металлом.

Высокое качество серебряных покрытий достигается при предварительном нанесении на обезжиренную и про­травленную поверхность алюминия слоя химически вос­становленного никеля толщиной 10 мкм. С помощью это­го можно получить равномерный по толщине и однород­ный по плотности осадок на всей поверхности волновод­ного корпуса.

Химическое никелирование ведется из кислых раство­ров при 91—96° С и pH = 4,3 — 4,1 следующего соста­ва (г/л):

никель уксуснокислый 15

кальций гнпофосфит 13

Оптимальная загрузка составляет 3—4 дм²/л, продол­жительность процесса при этом 45—60 мин, толщина осадка 10—12 мк. При химическом никелировании свар­ных волноводных корпусов необходима предварительная обработка в растворе цинката, так как иначе места сварки могут оказаться непокрытыми. Никелируемые трубы должны быть расположены в ванне вертикально, при этом улучшается перемешивание электролита пу­зырьками выделяющегося водорода и покрываемые по­верхности не загрязняются шламом.

После никелирования осуществляют термообработку изделий при 220° С в течение 60 мин. При этом происхо­дит диффузия никеля в алюминий на глубину 3—5 мкм.

Для закрытия пор никелевого покрытия на поверх­ность никеля наносится гальваническая медь. Ее исполь­зование обусловлено высокой плотностью гальваниче­ских медных осадков и относительно низкой их стоимо­стью. Поры могут быть закрыты и слоем серебра, но при этом его толщина должна быть значительной. Оно вызовет рост себестоимости корпуса. Гальваническое меднение ведется в ванне цианистого меднения, обла­дающей высокой рассеивающей способностью. Повы­шают плотность осадков применением ударно-импульс­ного постоянного тока при меднении. Режимы осаж­дения:

плотность тока 14—16 а/дм|

длительность импульса ... 6 сек

длительность паузы 1 сек

выдержка под током .... 20—30 сек

Толщина покрытия при этом составляет 1,5— 2,0 мкм. Затем проводят серебрение из цианистых элек­тролитов по ранее рассмотренной технологии. Волновод­ные корпуса из алюминия и его сплавов выдерживают климатические воздействия и имеют затухание 0,18— 0,2 дб/м.

В процессе работы потери в серебреных волноводах заметно возрастают и могут достигнуть 200% от теоре­тической величины. Это объясняется тем, что продукты окисления серебра являются проводниками и вносят дополнительное затухание. Особенно окисляется серебро в присутствии сернистых соединений, образуя на поверх­ности сульфидную пленку.

Стойкость к воздействию сернистых соединений мож­но повысить обработкой серебряных покрытий в циани­стых растворах каптакса. Серебряные волноводные кор­пуса выдерживают в течение 4—6 мин в растворе, содер­жащем 8—12 г/л меркаптобензотиазола (каптакса) и 80 г/л цианистого калия. Такая обработка, замедляя коррозию, не влияет на электрические потери при пере­даче СВЧ энергии.

Внутренние поверхности волноводных корпусов, полу­ченные осаждением чистого серебра, имеют малую изно­соустойчивость, что затрудняет использование серебра

в устройствах СВЧ с механической перестройкой. Упроч­нения токонесущего покрытия можно достигнуть приме­нением электролитических сплавов на основе серебра, например сплава серебро — палладий (1—1,5%), имею­щего износоустойчивость в пять раз выше, чем у чистого серебра, и удельное сопротивление, близкое к сопротив­лению серебра. Сплав устойчив к воздействию окружаю­щей среды.

Иногда необходимо сохранить постоянство электри­ческих параметров волноводных корпусов во времени, если величина активных потерь не имеет большого зна­чения. Тогда используются покрытия, устойчивые к воз­действию окружающей среды, обладающие относительно высоким удельным сопротивлением — никель, хром, пал­ладий, кадмий, родий.

В табл. 2.20 приведены значения скорости осаждения различных металлов в зависимости от режимов осаж­дения.

Если от волноводных корпусов требуется повышенная температурная стабильность, то их токонесущая поверх­ность покрывается сплавами с нулевым температурным коэффициентом сопротивления, например манганином.

Из диэлектрических защитных покрытий широко рас­пространены лаковые пленки, предохраняющие токонесущую поверхность от воздействия окружающей среды. При использовании защитных лаковых пленок вносятся дополнительные потери энергии. Правильно вы­брать покрытие можно только при учете его влияния на электрические параметры волновода. Затухание, обус­ловленное наличием диэлектрической пленки на токоне­сущей поверхности прямоугольного волновода, рассчиты­ваем из выражения

В табл. 2.21 приведены рекомендуемые способы за­щиты в зависимости- от поперечных размеров латунных волноводов прямоугольного поперечного сечения и коли­чества изгибов при серебрении контактных поверхностей фланцев.

Использование лакового покрытия без предваритель­ного серебрения в волноводах с несколькими изгибами объясняется сложностью получения серебряного покры­тия равномерной толщины и высокой плотности. Лаковое покрытие должно отвечать следующим требованиям:

1. незначительно увеличивать активные потери в волноводе, т. е. иметь е близкое к единице, и минимальный tg б после климатических испытаний во всем рабо­чем диапазоне частот;

3. надежно сцепляться с покрываемой поверхностью;

4. не взаимодействовать химически с покрываемым материалом;

5. не изменять характеристик во времени и при кли­матическом воздействии.

Для покрытия токонесущих поверхностей волноводов используют л-аки BJI-931, JI3B-108, 976-1, СБ-1С, КПЭЦ, эмаль ЭП-74Т, фторопластовую эмульсию и т. д.