Из большого числа выпускаемых промышленных керамик только специальные сорта пригодны для изготовления деталей вакуумных приборов. В случае использования керамики в качестве вакуумной оболочки, которая обязательно должна иметь, спаи металл — керамика или стекло — керамика, число пригодных сортов керамики становится еще меньше.

Впервые керамику начали использовать вместо стекла в качестве изоляционных материалов для вакуумных систем в. 1940-х гг. в ряде развитых стран. Проводились исследования керамических материалов, обладающих малыми диэлектрическими потерями, применительно к устройствам микроволновой техники. Эти керамические материалы производились из стеатита (тальк, жировик) и содержали в основном метасиликат магния MgO-SiO2. Они позволили получить вакуумно-плотные соединения с металлами.

Типичная керамика такого типа содержит 70—80% талька (3MgO-4Si02-H20) и 20—30% каолина (Al2O3•2SiO2•2H2O) с добавками в качестве флюса оксидов щелочных или щелочноземельных металлов. Получающаяся в результате обжига при температуре около 1400 °С керамика получила название стеатитовой. Таким образом, стеатитовая керамика в основном представляет собой кристаллы MgSiO3', связанные стеклянной фазой, содержащей значительное количество оксидов щелочных металлов. Интервал температур обжига3) стеатита очень узок и составляет 10—2O⁰C Это требует очень точного контроля температуры обжига в процессе производства.

Улучшенный керамический материал, содержащий повышенное количество окиси магния в стеатите, называется. форстеритом (2MgO-SiO2). Этот материал обладает более широким интервалом спекания, а также пониженными диэлектрическими потерями. Коэффициент его термического расширения превышает 101*10^-7 К^-1, т. е. близок к соответствующей характеристике легкоплавкого стекла, и, следовательно, форстерит может быть также спаян с железоникелевым сплавом и титаном (коэффициенты термического расширения титана и рассматриваемой керамики практически одинаковы). Кроме того, в 1940-х и в начале 1950-х гг. применялась циркон-силикатная керамика (ZrO2-SiO2). Керамика этого типа обладает очень низким коэффициентом термического расширения (почти таким же, как у молибдена) и вследствие этого устойчива к тепловым нагрузкам. Однако цирконсиликатная керамика имеет высокую диэлектрическую постоянную.

Что касается чисто оксидной керамики, то, ввиду ее дороговизны и высоких качеств, она применялась сначала лишь в особо ответственных случаях. С ростом потребностей в таких керамиках и совершенствованием технологии производства керамические материалы этого типа, особенно алюмооксидная керамика, стали более доступны и в настоящее время широко применяются в вакуумной технике. Существует большое число различных сортов алюмооксидных керамик, в которых содержание оксида алюминия А1203 составляет от 85% до практически 100%.

Эти керамические материалы обладают повышенной прочностью. Несмотря на их более высокий коэффициент термического расширения по сравнению с циркон-силикатной керамикой, они также способны противостоять высоким температурным нагрузкам. С повышением чистоты исходного материала механическая прочность и диэлектрические свойства алюмоок-сидной керамики улучшаются, но, с другой стороны, повышается ее стоимость. Степень очистки керамики также влияет на ее способность к металлизации. Температура спекан ия керамики с высоким содержанием оксида алюминия выше, чем для силикатной керамики, и составляет 1700—1850°С.

Кроме алюмооксидной керамики в вакуумной технике применяются также керамические материалы на основе оксидов циркония (ZrO2) и бериллия (BeO). Оксид бериллия превосходит А120з по теплопроводности, однако порошкообразный BeO обладает токсическим действием на организм человека1) и, следовательно, должен использоваться с особой осторожностью.

Важным достижением последнего времени явилась разработка стеклокерамик, выпускаемых под торговыми марками «пирокерам» и «кервит». Было обнаружено, что при соответствующей термообработке стекло может переходить в кристаллическое состояние, особенно если в стеклянную массу добавлено вещество, создающее центры кристаллизации. Изделия сначала изготавливаются из стекла с использованием обычной технологии (методом формования), а затем подвергаются специальной термообработке. Получаемый в результате непрозрачный керамический материал практически сохраняет первоначальные форму и размеры, но обладает большей прочностью и высоким сопротивлением термическим нагрузкам.

В дальнейшем на основе этого материала фирмой Corning был разработан новый сорт стеклокерамики, обрабатываемой механическими методами и получившей название «макор» [22]. В качестве исходного материала для нее берется тяжелая фракция центрифугированного белого опалового стекла, содержащего фторсодержащие включения. При последующем нагреве до 8250C образуются плоские кристаллы слюдяной фазы — фторфлогопита (KMg3AlSi3Oi0F2). Получающийся материал имеет микроструктуру в виде связанных между собой слоев плоских слюдяных кристаллов, диспергированных в хрупкой стекловидной фазе. Трещины, возникающие в процессе механической обработки, локализуются вследствие ветвления, отклонения на кристаллах слюды и притупления. Точность механической обработки определяется размерами слюдяных кристаллов, которые имеют диаметр порядка 20 мкм.