Электроизоляционная керамика


Министерство образования Российской Федерации

Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет

Кафедра автоматизации производственных процессов

Реферат на тему:

“Электроизоляционная керамика”

Выполнил:

Ст. гр. АЭ-01-01 Швыткин К. Е.

Проверил: Прахова Т. Ю.

Уфа 2004

СОДЕРЖАНИЕ :

стр.

1. Классификация и основные свойства электроизоляционной

керамики 2

2. Основные сырьевые материалы для производства электро-изоляционной керамики 6

3. Технология производства электрокерамических материалов

и изделий 9

4. Механическая обработка и металлизация керамических из-

делий 18

Приложения 22

Список литературы 31

1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРО-ИЗОЛЯЦИОННОЙ КЕРАМИКИ

Электроизоляционная керамика представляет собой материал, получаемый из формовочной массы заданного химического состава из ми­нералов и оксидов металлов. Любая керами­ка, в том числе и электроизоляционная,- мате­риал многофазный, состоящий из кристалличе­ской, аморфной и газовой фаз. Ее свойства зависят от химического и фазового составов, макро – и микроструктуры и от технологических приемов изготовления./ 1/

В электрической и радиоэлектронной про­мышленности керамическая технология широко применяется для изготовления диэлектричес­ких, полупроводниковых, пьезоэлектрических, магнитных, металлокерамических и других из­делий. В настоящее время, особенно с прони­кновением в быт электронной техники, из электроизоляционной керамики изготавливаются десятки тысяч наименований изделий массой от десятых долей грамма до сотен килограм­мов и размерами от нескольких миллиметров до нескольких метров. В ряде случаев изделия из керамики, главным образом из электрофарфора, покрываются гла­зурями, что уменьшает возможность загрязне­ния, улучшает электрические и механические свойства, а также внешний вид изделия./ 14/

Электрофарфор является основным кера­мическим материалом, используемым в произ­водстве широкого ассортимента низковольт­ных и высоковольтных изоляторов и других изоляционных элементов с рабочим напряже­нием до 1150 кВ переменного и до 1500 кВ постоянного тока./ 8/

Преимущества электрокерамики перед дру­гими электроизоляционными материалами со­стоят в том, что из нее можно изготовлять изоляторы сложной конфигурации, кроме то­го она имеет широкий интервал спекания. Сы­рьевые материалы мало дефицитны, технология изготовления изделий относительно проста./ 15/ Электрофарфор обладает достаточно высокими электроизоляционными, механическими, тер­мическими свойствами в области рабочих тем­ператур; он выдерживает поверхностные раз­ряды, слабо подвержен старению, стоек к воздействию атмосферных осадков, многих хи­мических веществ, солнечных лучей и радиаци­онных излучений./ 8/

В связи с передачей энергии высоким и сверхвысоким напряжением на дальнее рас­стояние резко возросли требования к качеству высоковольтных изоляторов, главным образом к механической прочности./ 12/

В последние годы выпускаются надежные высокопрочные изоляторы оптимизированной конструкции из электрофарфора высокого ка­чества. Известно, что прочность фарфора при сжатии в 10-20 раз выше прочности при из­гибе или растяжении.

По назначению компоненты фарфора раз­личаются на пластичные и отощающие, а по роли при термической обработке – на плавни и кристаллорбразующие.

Механическая прочность фарфора в значительной степени зависит от механических свойств и кристаллической структуры отощающего материала, а также образованных в процессе обжига сетчатых волокнистых микроструктур кристаллической фазы (в частности, игл муллита). Стеклофаза в структуре фарфора ухудшает механическую прочность, так же как и наличие пор, неблагоприятно влияющих на распределение напряжений.

Наравне с обычным фарфором налажен выпуск фарфора с повышенным содержанием муллита, фарфор кристобалитовый и корундовый. В последнем кремнезем в шихте частично заменен корундом./ 13/

Большинство корундовых кристаллов при обжиге остается в исходной форме и благодаря высокому сопротивлению упругой деформации образует прочный каркас микроструктуры. Незначительная часть растворяется в стек-лофазе и является причиной возникновения вторичного муллита. Как следует из табл. 1 (см. приложения), механическая прочность корундового фарфора значительно выше прочности обычного фарфора.

Наиболее перспективным является корундовый фарфор./ 16/

Следует ожидать, что традиционные спо­собы производства, т. е. литье изоляторов в гипсовые формы, а для больших опорных изо­ляторов – склейка отдельных элементов до обжига, заменяется пластическим прессовани­ем, выдавливанием массивного цилиндра или трубки с дополнительной обработкой на копи­ровальных станках, а также изостатическим прессованием заготовок с последующей авто­матической обработкой. Использование послед­него способа производства изоляторов суще­ственно сократит технологический цикл и объ­ем трудозатрат./ 5/

По ГОСТ 20419-83 (соответствует СТ СЭВ 3567-83) “Материалы керамические электро­технические” эти материалы по их составу клас­сифицируются следующим образом:

Группа 100 материалы на основе щелоч-

ных алюмосиликатов

(фарфоры):

Подгруппа силикатный фарфор, со-

110 держащий до 30% А12 О3 ;

Подгруппа силикатный фарфор тон-

110.1 кодисперсный;

Подгруппа силикатный фарфор прес-

111 сованный;

Подгруппа силикатный фарфор вы-

112 сокой прочности;

Подгруппа глиноземистый фарфор

120 (содержащий 30-50 %

А12 03 );

Подгруппа глиноземистый фарфор

130 высокой прочности, со­- держащий свыше 50 % А12 03 .

Группа 200 материалы на основе си­- ликатов магния (стеати –

ты) :

Подгруппа стеатит прессованный;

210

Подгруппа стеатит пластичный;

220

Подгруппа стеатит литейный

220.1

Группа 300 материалы на основе ок­-

сида титана, титанатов, станнатов и ниобатов;

Подгруппа материалы на основе ок-

310 сида титана;

Подгруппа материалы на основе ти-

340 танатов стронция, вис-­ мута, кальция;

Подгруппа материалы на основе ти-

340.1 таната кальция;

Подгруппа материалы на основе

340.2 стронций-висмутового ти-

таната;

Подгруппа материалы на основе

350 титаната бария с εr до

3000;

Подгруппа материалы на основе ти-

350.1 таната бария, стронция,

висмута;

Подгруппа материалы на основе ти-

351 таната бария с εг свыше

3000;

Подгруппа материалы на основе ти-

351.1 таната бария, станната и цирконата кальция.

Группа 400 материалы на основе алюмосиликатов магния (кордиерит) или бария (цельзиан), плотные:

Подгруппа кордиерит;

410

Подгруппа цельзиан.

420

Группа 500 материалы на основе алюмосиликатов магния, пористые:

Подгруппа

510 материалы на

Подгруппа основе алюмосиликатов

511 магния, пористые термо

Подгруппа стойкие;

512

Подгруппа высококордиеритовый

520 материал, пористый;

Подгруппа высокоглиноземистый 530 материал, пористый, тер­- мостойкий.

Группа 600 глиноземистые материа-­ лы (муллитокорундовые):

Подгруппа глиноземистый матери-

610 ал, содержащий 50 -65 % А12 03 ;

Подгруппа глиноземистый матери-

620 ал, содержащий 65 -80 % А12 03 ;

Подгруппа глиноземистый матери-

620.1 ал, содержащий 72 -77 % А12 03 .

Группа 700 высокоглиноземистые ма­- териалы (корундовые):

Подгруппа высокоглиноземистый

780 материал, содержащий

80-86 % А12 О3 ;

Подгруппа высокоглиноземистый

786 материал, содержащий

86-95 % А12 О3 ;

Подгруппа высокоглиноземистый

795 материал, содержащий

95-99 % А12 О3 ;

Подгруппа высокоглиноземистый

799 материал, содержащий свыше 99 % А12 03 ./ 1/

Электроизоляционные керамические мате­риалы по назначению классифицируются со­гласно табл. 2 (см. приложения)./ 16/

Если поры керамики сообщаются между собой и поверхностью изделия, то она назы­вается “пористой”, т. е. имеющей “открытые” поры.

Все керамические материалы более или менее пористые. Даже в обожженной до мак­симальной плотности керамике объем пор (за­крытых) составляет 2-6 %, а в пористых ма­териалах- 15-25 %.

Открытая пористость измеряется значени­ем водопоглощения, т. е. количеством воды, по­глощаемым материалом до насыщения и отне­сенным к массе сухого образца.

В тех случаях, когда водопоглощение об­разца не превышает 0,5 %, для определения пористости часто применяется качественный метод: прокраска образцов в 1 %-ном спирто­вом растворе фуксина. Наличие открытой пористости определяется по проникновению кра­сителя в толщу образца.

Для характеристики плотности керамики употребляют параметр – кажущаяся плотность, ее значение 1800-5200 кг/м3 ./ 13/

2. ОСНОВНЫЕ СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОД-СТВА ЭЛЕКТРОЛЯЦИОННОЙ КЕРАМИКИ

Сырьевые материалы для производства электрофарфора. Для изготовления электро­фарфора основными сырьевыми материалами служат огнеупорные глины, кварц, пегматиты, полевые шпаты, каолины, глинозем, ашарит и циркон (для производства соответственно гли­ноземистого, ашаритового и цирконового фар­фора), мел и доломит (в качестве плавней, главным образом, в глазури) и др.

Огнеупорные глины и каолины представ­ляют собой тонкозернистые (от коллоидной дисперсности до размеров частиц менее 2 мкм) водные алюмосиликаты; для них характерна слоистая структура.

Основными составляющими тонкозернистой фракции глинистых пород являются минералы каолиновой группы с химическими формулами А12 О3 x x2SiO2 – 2Н2 О (каолинит), А12 О3 – 2SiO2 – 4Н2 О (галлуазит) и др. Для производства вы­соковольтного фарфора отечественными заво­дами используются глины и каолины, химиче­ский состав которых и потери по массе при прокаливании приведены в табл. 3 и 4 (см. приложения).

Кварцевые материалы. Кристаллический кремнезем SiO2 является одним из основных компонентов фарфоровой массы, который вво­дят в состав шихты в виде кварцевого песка или жильного кварца. Размер гранул кварце­вых песков составляет 0,05-3 мм. Кристалли­ческий кремнезем существует в нескольких по­лиморфных формах; три основные – кварц, тридимит и кристобалит. В свою очередь кварц и кристобалит имеют α- и β-модификации, тридимит – α-, β- и γ-модификации. Стабиль­ными формами являются β-кварц (при темпера­туре ниже 573 °С), α-тридимит (870-1470 °С) и α-кристобалит (1470-1710°С). Переход из одной модификации кремнезема в другую со­провождается изменением объема, плотности и других параметров. При производстве электро­керамики используются пески и жильный кварц, химический состав которых приведен в табл. 5 (см. приложения).

В зависимости от месторождения кварце­вые пески имеют примеси (Fe2 O3 , TiO2 , A12 O3 , CaO, MgO и др.), наиболее нежелательные из которых Fe2 O3 и ТiO2 (допустимое содержание не более 0,15 %), СаО и MgO (не более 0,2 %).

Полевые шпаты представляют собой без­водные алюмосиликаты, содержащие щелочные (Na+ , К+ ) и щелочно-земельные (Са2+ ) катио­ны. Основные виды применяемых в керамиче­ском производстве полевых шпатов: калиевый (микроклин) с приблизительной формулой К2 О-А12 O3 -6SiO2 , натриевый (альбит) Na2 O-Al2 O3 -6SiO2 , кальциевый (анортит) СаО-А12 О3 -2SiO2 и бариевый (цельзиан) ВаО-А12 О3 -2SiO2 . Полевые шпаты всегда содержат примеси оксидов железа, магния, кальция и др./ 18/

Лучшим для изоляционной керамики по­левым шпатом является микроклин. Из-за повышенного содержания Na2 O в полевом шпа­те снижаются температура обжига, вязкость стеклофазы керамики и существенно ухудша­ются его электрофизические свойства. Чем больше соотношение К2 О и Na2 O в полевом шпате, тем лучше свойства керамики.

В связи с ограниченностью запасов высо­кокачественного полевого шпата для производ­ства высоковольтных изоляторов используют пегматиты.

Пегматиты представляют собой крупнозер­нистые кристаллические породы – смесь полевого шпата с кварцем. Химический состав пег­матитов и полевых шпатов приведен в табл. 6 (см. приложения).

Глинозем – безводный оксид алюминия Al2 О3 – представляет собой порошок со сред­ними размерами сферических гранул 50- 200 мкм. Глинозем широко применяется как основной компонент электро­фарфора и ультрафарфора (на основе корун­да) и в качестве самостоятельного материала для изготовления высоковольтных, высокочас­тотных изоляторов, конденсаторов, деталей вакуум-плотных узлов (корпусов предохраните­лей, колб натриевых ламп, корпусов полупро­водниковых вентилей, обтекателей антенн, плат для интегральных схем и др.).

Безводный оксид алюминия существует в нескольких кристаллических модификациях, из которых самой устойчивой является α-А12 О3 (корунд). Эта модификация характеризуется малым tgδ≈2-10-4 , высоким ρ≈1014 Ом-м, высокой теплопроводностью и стойкостью к термоударам, наибольшей плотностью (3999 кг/м3 ).

Две другие модификации: γ-А12 О3 и β-А12 О3 , последняя из которых представляет собой со­единение глинозема со щелочными и щелочно­земельными оксидами, имеют меньшую плот­ность (соответственно 3600 и 3300-3400 кг/м3 ) и более высокие значения tgδ (≈50-10-4 и 1000-10-4 ). Технический глинозем представляет собой в основном γ-А12 О3 с частичным содержанием гидратов глинозема.

При нагреве γ-Аl2 О3 переходит в α-А12 О3 с уменьшением объема на 14,3 процента. Для уменьше­ния усадки керамики при обжиге технический глинозем предварительно обжигают при темпе­ратуре 1450-1550 °С.

Спектрально чистый корунд плавится при 2050 °С, а изделия из него при небольшой ме­ханической нагрузке могут быть использованы даже при температуре до 1800°С.

Для производства электроизоляционной ке­рамики применяются технический глинозем (шесть сортов), электроплавленный корунд и глинозем особой чистоты в зависимости от на­значения керамики.

Кальцит – карбонат кальция СаСО3 , пред­ставляющий собой плотный кристаллический агрегат, называется мрамором, а при тонко­дисперсной структуре – мелом. При нагреве СаСО3 разлагается с выделением СО2 соглас­но реакции СаСО3 → СаО + СО2 ↑. Скорость раз­ложения зависит от скорости подъема темпе­ратуры и от давления воздуха. При нормальных условиях температура разложения состав­ляет порядка 900 °С.

Для производства электроизоляционной ке­рамики в основном используют мел Белгород­ского месторождения с содержанием СаСО3 не менее 98 %.

В керамике карбонат кальция использует­ся как основной компонент кристаллических фаз титанатов, станнатов и цирконатов каль­ция, анортита, волластонита, а также входит в состав стеклофазы различных электрокерамик и глазурей.

Ашарит – борат магния 2MgO-B2 O3 -H2 O является стеклообразующим оксидом. Его твер­дость по Моосу – 4. Он добавляется в керами­ческие массы в количестве 2-3 %. Ашарит в состав ашаритового фарфора вводится в виде предварительно приготовленного спека из гли­нозема, ашарита и полевого шпата в количест­ве до 60 % массы, для улучшения электроизо­ляционных свойств фарфора.

Циркон ZrO2 -SiO2 (цирконовая руда) име­ет твердость 7-8; плотность его около 4700 кг/м3 . Руду обогащают, в результате получен­ный циркон содержит ZrO2 не менее 60 % и Fe2 O3 не более 0,15 %. Циркон используется в качестве основного компонента в стойкой к тер­моударам керамике и в виде части кристалли­ческой фазы цирконового фарфора. В послед­нем случае циркон вводится в состав фарфора вместо кварца, кристаллическая фаза керами­ки в таком случае представлена цирконом и муллитом. Химический состав сырья, содержа­щего цирконий, приведен в табл. 7 (см. приложения)./ 13/

Сырьевые материалы для производства других видов керамики. Тальк разных место­рождений имеет состав, близкий к 3MgO-4SiO2 -H2 O или 4MgO-5SiO2 -H2 O, с незначи­тельным количеством других оксидов. Лучшие разновидности талька отличаются малым со­держанием СаО (от 0,2 до 1 %) и Fe2 O3 (от 0,3 до 0,8 %). Тальк должен иметь однородный состав без прослоек, а потери массы при про­каливании не должны превышать 5-7 %.

Химический состав тальков, используемых для производства стеатитов, приведен в табл. 8 (см. приложения).

Диоксид титана – мелкодисперсный поро­шок белого цвета с желтоватым оттенком. Для природного и полученного химическим путем диоксида титана характерен полиморфизм.

Технические данные диоксида титана при­ведены в табл. 9, химический состав – в табл. 10 (см. приложения)./ 17/

3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

В общем случае технологический процесс производства электрокерамических изделий можно представить схемой рис. 1 (см. приложения). Для каж­дого конкретного случая процесс будет не­сколько видоизменяться, однако можно отме­тить общие для большинства случаев основные этапы производства: приготовление формовоч­ной массы; оформление заготовок изделий; сушка, глазурование и обжиг изделий. В неко­торых случаях обожженные изделия могут подвергаться дополнительной механической об­работке./ 5/

Приготовление формовочной массы. Керамическая формовочная масса характеризуется размерами и распределением частиц; от этого зависят плотность упаковки, влагосодержание и прочность заготовки до обжига, технологиче­ские свойства материала, а также характери­стики обожженных керамических изделий.

Измельчение компонентов является одним из основных процессов при приготовлении фор­мовочных масс. Как правило, твердые мине­ральные компоненты массы сначала подверга­ют грубому измельчению в щековых дробилках и на бегунах, затем просеивают на виброситах для получения заданной фракции, далее про­изводят мокрый или сухой тонкий помол на ро­тационных шаровых мельницах периодического или непрерывного действия. Сверхтонкий по­мол производят в струйных мельницах с ис­пользованием сжатого воздуха.

Степень измельчения отдельных компонен­тов массы зависит от требований, предъявляе­мых к материалу, размеров изделий и приме­няемых способов оформления, сушки и обжига. При измельчении обычно происходит смешение компонентов массы. Степень измельчения про­веряют ситовым и микроскопическим анализа­ми, а в лабораторных условиях – седиментационным. Для удаления частиц железа измель­ченную массу пропускают через магнитный се­паратор.

Обезвоживание водного шликера после мокрого помола производится на фильтр-прес­се под давлением 0,8-3 МПа. Масса, остаю­щаяся между пластинами фильтра в виде кор­жей, в зависимости от назначения проходит различную обработку. При изготовлении масс для пластичной формовки коржи поступают для переминки в вакуум-прессы, с помощью ко­торых обеспечивается хорошее извлечение воздуха, окончательная переминка массы и выдавливание ее через мундштук, придающий заго­товкам определенный профиль. Заготовки ис­пользуются для формовки изделий пластичными методами.

Для приготовления водного литейного шли­кера коржи распускаются в шликерных мешалках в воде с добавкой электролита и доводят­ся до нужной влажности. После вакуумирования шликер подается на литье. Безглинистые массы или массы с небольшим содержанием глинистых веществ (например, конденсаторные массы с содержанием около 3 % бентонита) не подвергают обезвоживанию на фильтр-прессе, а используют как литейный шликер после вакуумировки.

При приготовлении масс, предназначенных для изготовления изделий методом прессова­ния, коржи с добавкой отходов формовочной массы подвергают сушке и дроблению. Затем масса просеивается, пропускается через маг­нитный сепаратор, вводятся связующие вещества, производится тщательное перемешивание и приготовляются гранулированные (гранулы размером 0,5-2 мм отделяют от пыли на соот­ветствующих ситах) пресс-порошки.

В качестве связующего и пластифицирую­щего вещества в глинистых массах служит во­да, а в безглинистых массах – растворы орга­нических веществ, например раствор поливини­лового спирта, бакелитовой смолы, воскообразные вещества – парафин, церезин и др.

Для приготовления гра­нулированного пресс-порошка широко приме­няют распылительные сушилки. При этом вод­ный шликер с влажностью 35-50 % распыля­ют форсункой или вращающимся диском в ба­шенной сушилке для подсушки и получения гранул заданной влажности. Шарообразные гранулы (размерами преимущественно 0,3- 0,5 мм) имеют более высокую текучесть, чем порошок, получаемый измельчением сухой мас­сы в мельницах ударного действия.

При применении распылительных сушилок достигается существенная экономия за счет ис­ключения из производственного цикла ряда операций, снижения трудовых и эксплуатаци­онных затрат.

При приготовлении шликера для горячего литья в металлические формы под давлением масса предварительно синтезируется, дробится, измельчается в барабанных или вибрационных мельницах до заданной дисперсности (обычно удельная поверхность 350-800 м2 /кг). Затем вводится парафин с добавкой олеиновой кис­лоты в обогреваемую до 70-80 °С лопастную, пропеллерную или иную мешалку.

Ориентировочное количество связующего, состоящего из 95-97 % парафина и 3-5 % олеиновой кислоты, в шликерах составляет око­ло 10 -15%.

Перед заливкой в формы горячий шликер вакуумируют в аппаратах различной конст­рукции./ 3/

Оформление заготовок изделий. В зависи­мости от состава, технологических особенностей приготовления массы, конфигурации, габаритных размеров и масштаба производства изде­лий в основном применяются следующие спо­собы изготовления заготовок: пластичное фор­мование, прессование из пресс-порошков, литье водного шликера в гипсовые формы, горячее литье под давлением в металлические формы и высокотемпературное прессование./ 2/

Пластичное формование относится к важ­нейшим методам оформления электротехниче­ских изделий. Этот метод в основном применя­ется при массовом производстве различных фарфоровых изоляторов, иногда для изготов­ления специальных изделий, стеатитовых, кордиеритовых, конденсаторных, глиноземистых и др., в том числе и из масс, не содержащих глины, но пластифицированных органическими связующими.

При изготовлении изделий пластичным формованием керамическую массу подвергают тщательной обработке, многократной перемеш­ке в ленточном прессе, вакуумированию.

Сплошные толстостенные трубчатые кера­мические изделия оформляются из пластичной массы с помощью мощных вакуум-прессов. Окончательная конфигурация заготовок дости­гается пластичным формованием во вращаю­щихся гипсовых или металлических формах и механической обработкой резанием. Этот ме­тод применяется при изготовлении крупногаба­ритных высоковольтных изоляторов и подоб­ных им изделий. Трубки, оси, стержни с одним или несколькими каналами и другие изделия с постоянным поперечным сечением изготавлива­ют из пластичной массы способом протяжки через фильерные мундштуки на поршневых винтовых, гидравлических или шнековых прес­сах. Этот способ является основным для оформ­ления заготовок различной конфигурации при изготовлении конденсаторов, резисторов и дру­гих изделий.

Изделия, не имеющие форму тел вращения, при небольших выпусках изготовляются мето­дом ручной лепки в гипсовых формах.

Прессование из пресс-порошков является одним из распространенных и производитель­ных способов изготовления полностью оформленных изделий заданной конфигурации или заготовок для последующей механической об­работки изделий.

В зависимости от конфигурации прессуе­мых изделий, степени пластичности пресс-по­рошка и требований к изделиям прессование можно осуществлять различными способами. Так, широкий ассортимент установочных дета­лей из стеатита и форстерита, высоковольтные конденсаторы и другие изделия изготовляются сухим прессованием с применением малоплас­тичных пресс-порошков с неводными органиче­скими (парафин, смесь парафина с керосином и др.) или гидроорганическими (водный рас­твор поливинилового спирта) связующими. Для малопластичных пресс-порошков в СССР ис­пользуют 2-5 %-ный водный раствор поливи­нилового спирта или 6-14 %-ный раствор па­рафина в бензине или керосине.

Штампование применяется главным обра­зом для установочных деталей различной кон­фигурации из высокопластичных материалов с большим содержанием глин (фарфора, радио­фарфора, ультрафарфора и т. д.) и добавкой гидроорганических пластификаторов.

Изостатическое прессование основано на всестороннем обжатии засыпанного в эластич­ную форму пресс-порошка или предварительно оформленной каким-либо способом заготовки жидкостью или сжатым газом. Изостатическое прессование в резиновой форме путем прило­жения гидростатического давления жидкости обычно называют гидростатическим прессова­нием. Этот способ применяется для оформле­ния заготовок некоторых видов изоляторов, пьезокерамических элементов и других подоб­ных изделий. Он обеспечивает получение плот­ных и однородных заготовок.

Высокотемпературное прессование приме­няется преимущественно для получения неко­торых специальных изделий простой формы. Оно заключается в спекании керамического ма­териала под давлением при высокой темпера­туре в нагревостойких формах, при этом оформ­ление и обжиг изделий совмещаются в единой операции. Исходный материал применяется в виде порошков или гранул. Давление, темпе­ратура и продолжительность прессования оп­ределяются составом материала, размером и конфигурацией изделий и т. п.

Литье водных шликеров в пористые формы является одним из самых старых способов оформления керамических изделий. Этот способ широко применяется и сейчас, главным обра­зом для изделий из специальных видов кера­мики – для крупногабаритных керамических конденсаторов, антенных обтекателей, а также различных изделий сложной формы.

При заливке шликера в пористую, чаще всего гипсовую форму, вследствие поглощения влаги стенками формы на ее поверхности об­разуется достаточно плотный и прочный слой керамической массы.

Различают два основных способа отливки изделий. При сливном способе после образо­вания на внутренней стороне формы слоя мас­сы требуемой толщины оставшийся шликер вы­ливается из формы. При наливном способе от­фильтрованная масса заполняет всю полость формы. Для оформления заготовок с внутрен­ней полостью наливным способом в форму вставляется пористый сердечник.

Горячее литье под давлением применяется преимущественно для изготовления изделий сложной формы с точными размерами из не­пластичных материалов и толщиной стенки не более 10 мм. Литье производится на специаль­ных аппаратах в металлические формы при температуре 70-80 °С и избыточном давлении 0,1-1 МПа.

В форму заливается вакуумированный шликер, который поступает под давлением в полость металлической формы и хорошо ее за­полняет. Затвердевание шликера происходит при охлаждении формы. Метод оформления из­делий очень трудоемок.

Обточка необожженных керамических изделий широко применяется при изготовлении изоляторов и других изделий, имеющих форму тел вращения.

Заготовки для последующей обточки полу­чают методом протяжки (экструзии) пластич­ной массы. В некоторых случаях заготовки мо­гут быть получены и другими способами – изостатическим прессованием, шликерным литьем и т. п.

Для обточки используют горизонтальные и вертикальные токарные станки, снабженные специальными резцедержателями. На обточку материал подается либо в подвяленном (влаж­ная обточка), либо в сухом состоянии (сухая обточка). В некоторых случаях производится обточка заготовок, прошедших предваритель­ный (утильный) обжиг./ 5/

Сушка, глазурование и обжиг электрофар­форовых изделий. Сушка. Электрофарфоровые изделия, полученные методами протяжки, прессования и другими методами и прошедшие обточку на станках, содержат 17-18 % влаги; несколько меньшую влажность имеют заготов­ки установочных изделий. Для удаления влаги до остаточной влажности 0,2-2,0 % фарфоро­вые изделия подвергаются сушке в сушильных камерах различной конструкции. Чем больше габаритные размеры и толщина стенки изоля­торов, тем меньше должна быть остаточная влажность./ 6/

Существуют следующие виды сушки изде­лий: конвективная, при которой изделия на­греваются теплым воздухом, уносящим испа­ряющуюся влагу; радиационная, при которой лучистая энергия поступает от электрических нагревателей; радиационно-конвективная, в ко­торой сочетается конвективный и радиацион­ный нагрев. Этот способ наиболее эффективен при сушке крупных и средних изоляторов. Сушка токами промышленной и высокой час­тоты применяется для провялки крупногаба­ритных влажных заготовок.

Для сушки используются сушильные агре­гаты периодического и непрерывного действия. Первые, главным образом, используются для крупногабаритных изоляторов. Для изделий среднего габарита и мелких в основном при­меняют сушилки непрерывного действия (кон­вейерные, туннельные) с большей производи­тельностью.

По способу нагрева изделий существуют сушилки конвективные, радиационные и конвективно-радиационные, по способу использо­вания газов – однократного и многократного насыщения, а также использующие воздух в замкнутом цикле, по способу движения изде­лий в сушильных камерах и каналах – туннельные (с периодическим перемещением из­делий) и конвейерные (с непрерывным гори­зонтальным или вертикальным). Горизонталь­ная конвейерная сушилка представляет собой камеру длиной 8-10, шириной 3-5 и высо­той 3-4 м, вертикальная конвейерная сушил­ка – камеру длиной и высотой 5-6 м. Туннельные сушилки непрерывного действия представляют собой камеру длиной 20 – 25, высотой 2,5-3,5 м. Их ширина зависит от ко­личества параллельно идущих в туннеле ваго­неток с изоляторами.

Глазурование. Электрокерамические изде­лия покрывают тонким (0,1-0,3 мм) слоем гла­зури (стекловидный покров), что значительно повышает их механические свойства, изолиру­ет от воздействия окружающей среды, улучша­ет внешний вид и электроизоляционные свой­ства, обеспечивает самоочистку изоляторов в процессе эксплуатации.

Химический процентный состав (по массе) глазури, используемой при изготовлении изоля­торов в электротехнической промышленности: SiO2 -66,0-72,2; А12 О3 -11,7-17,2; RO-5,7-7,7; R2 O-4,2-5,4. Для приготовления коричне­вых глазурей обычно вместо части кварцевого песка вводят фарфоровый бой и красители, со­держание которых в шихтовом составе состав­ляет 16,0-35,4 %.

Красители для глазурей применяются для придания глазури определенного цвета. В ка­честве красителей обычно применяются оксиды железа, хрома, марганца и др., чаще всего – хромистый железняк, марганцевая руда и пиро­люзит. Содержание красителей в глазури со­ставляет 8-13 %.

Химический процентный состав коричневой глазури: SiO2 -65,7-68,3; А12 О3 (ТiO2 )-13,4-13,8; Fe2 O3 -2,1-2,3; СаО -3,8-5,1; MgO-3,7-4,7; Na2 O-1,2-2,1; К2 О-1,9-2,2; Сr2 О3 – 2,6-3,1. Сырьем для этих глазурей служат природные материалы.

В радиотехнической и электронной про­мышленности для глазурования широко исполь­зуются стеклоэмали различных марок с темпе­ратурой размягчения 560-710°С. Такие стек­лоэмали на основе силиката свинца с добавкой оксидов металлов BaO, Na2 O, K2 O и др. харак­теризуются высокими электроизоляционными показателями, приведенными в табл. 11 (см. приложения).

От качества глазурного покрытия зависит механическая прочность глазурованных изделий (наличие микротрещин и других дефектов мо­жет служить причиной снижения этого пока­зателя). Возникновение начальных трещин в глазури зависит от степени гладкости ее поверхности и от обеспечения состояния сжатия глазури на керамическом изделии. Значения на­пряжений в глазурованных изделиях и их рас­пределение зависят от условий обжига и ох­лаждения, от соотношения значений ТКl кера­мики и глазури, от степени развития промежу­точной зоны на контакте керамика – глазурь. Наиболее существенный фактор – различие в значениях ТКl керамического материала и гла­зури. Возникновение цека и отскакивание гла­зури также зависит от значения ТКl. Глазурь только тогда повышает механическую проч­ность керамики, когда она находится в состоя­нии сжатия. Когда ТКl глазури больше ТКl ке­рамики, создается напряжение растяжения, и механическая прочность керамики снижается. Так, при ТКl глазури (4,5-5,5)/10-6 К-1 проч­ность при разрыве глазурованного фарфора со­ставляет 140-130 МПа, а при ТКl глазури (6-7) – 10-6 К-1 – 120-70 МПа.

Высушенные заготовки изоляторов перед обжигом глазуруются методами полива, окуна­ния или распыления глазурной суспензии плот­ностью 1400-1700 кг/м3 . Глазурование в за­висимости от размеров заготовок изоляторов осуществляют с применением станков кару­сельного типа, конвейерных машин и подъем­ных устройств для крупных изоляторов.

В проходных и подвесных изоляторах элек­трическое поле по поверхности изоляторов не­равномерно, а в увлажненных и загрязненных изоляторах степень неравномерности резко уси­ливается и приводит к частичным разрядам, а иногда и к перекрытию. В ряде случаев для выравнивания электрического поля, а также для защиты от радио – и телевизионных помех применяют изоляторы полностью или частично покрытые полупроводящей глазурью. Удельное поверхностное сопротивление полупроводящей глазури составляет 102 -109 Ом.

Для выравнивания электрического поля (особенно при покрытии внутренней поверхно­сти проходных изоляторов) более благоприятно низкое сопротивление полупроводниковой гла­зури, но при этом должны быть учтены осо­бенности конструкции изолятора. Кроме того, при низком сопротивлении глазури вероятнее возникновение теплового пробоя по глазури. Обычно верхний предел определяют экспери­ментальным путем в зависимости от термоус­тойчивости, сопротивления и условий эксплуа­тации изолятора. При этом под термоустойчи­востью подразумевается температура, при ко­торой удельное поверхностное сопротивление глазури уменьшается в 2 раза по сравнению с сопротивлением при температуре, принятой нормальной. Чем выше эта температура, тем выше термоустойчивость глазури.

Качество изоляторов с полупроводящей глазурью при их эксплуатаци в наружных уста­новках ухудшается вследствие эрозии проводя­щего компонента в местах контакта с металли­ческой арматурой. Износоустойчивость глазурных покрытий зависит от химического состава./ 6/

Полупроводящая глазурь представляет со­бой композиционный материал преимуществен­но с электронным характером электропровод­ности и состоит из 20-40 % (по массе) элект­ропроводящих кристаллических компонентов и 60-80 % стеклообразующих оксидов. В качест­ве электропроводящих компонентов использу­ют Fe2 O3 , TiO2 , Cr2 O3 , ZnO, SnO2 , Sb2 O3 и др. оксиды и их твердые растворы или химические соединения, а в качестве стеклообразующих компонентов обычно применяют оксиды SiO2 , А12 О3 , CaO, MgO, BaO и др.

Полупроводящую глазурь приготовляют различными способами. По одному способу электропроводящие и стеклообразующие окси­ды измельчают и смешивают помолом мокрым способом. Полученный шликер необходимой консистенции наносят на поверхность заготов­ки изолятора по принятой технологии глазурования.

При применении других способов электро­проводящий компонент синтезируют отдельно в виде химического соединения или твердого раствора путем обжига. Полученный продукт измельчают мокрым способом в известных про­порциях, затем осуществляют помол со стекло-образующими компонентами.

Применяемая в электротехнической про­мышленности полупроводящая глазурь для изо­ляторов имеет следующий процентный хими­ческий состав (по массе): F2 O3 -7,9; А12 О3 -13,4; SiO2 -52,5; TiO2 -20,2; CaO-1,07: MgO-1,2; R2 O-2,4; потери при прокаливании-2,18. Из такой смеси совместным мокрым помолом в шаровых мельницах приготовляется глазур­ная масса, которая наносится на поверхность заготовки изолятора. Обжиг изоляторов произ­водят в туннельной печи или в горне при тем­пературе 1320-1420 °С. Удельное поверхност­ное сопротивление имеет значение 10-80 МОм, термостойкость составляет 60-70 К, механи­ческая прочность при статическом изгибе гла­зурованных стандартных образцов повышается примерно на 15-20 %.

Опубликовано большое количество работ с описанием получения полупроводящей глазури. Используя оксиды металлов в качестве прово­дящего компонента глазури ТiO2 -10÷40, Fe2 O3 -50÷10, Сг2 О3 -40÷50% (по массе) и стеклообразующие оксиды SiO2 – 73÷77, А12 О3 – 12÷17, MgO -2÷9, CaO-2÷8 % (по массе), совместным смешением можно получить глазури с удельным сопротивлением 10-1000 МОм. Сопротивление глазури может быть уменьшено за счет уменьшения концентрации ТiO2 . Полупроводящая глазурь на базе окси­дов металлов Fe2 O3 -16, ТiO2 -7,2, SnO2 -13,6 в качестве электропроводящего компонента и оксидов металлов SiO2 -44,1, А12 О3 -8,6, CaO- 2,9, MgO-1,7, R2 O-2,2 % (по массе) в каче­стве стеклообразующего компонента может иметь удельные поверхностные сопротивления 3,4-12,2 МОм, термостойкость 70 К.

При этом следует иметь в виду, что с изменением температуры обжига изоляторов сопро­тивление глазури вследствие кристаллизации изменяется в широких пределах.

Температура об­жига, °С 1270 1320 1350 1380

Удельное поверх­ностное

Сопро­тивление, МОм 12,0 3,4-8 18-23 1500-3500

Японская фирма “Нихон Гайси” в качестве электропроводящего компонента полупроводя­щей глазури рекомендует смесь оксидов SnO2 и Sb2 O5 , а в качестве стеклообразующего компонента – обычную глазурную массу (SnO2 -85÷94 и Sb2 O5 -6÷15 %, в молярных долях). Приготовление глазури осуществляется следу­ющим образом. Компоненты SnO2 и Sb2 O5 смешивают и обжигают при 1000-1300°С в окислительной атмосфере; 25-45 % (по мас­се) обожженного материала измельчают до среднего размера частиц 44 мкм, смешивают с 55-75 % (по массе) обыкновенной глазурной массы для изоляторов и обжигают в течение 2 ч в окислительной атмосфере при 1200-1430 °С. Полученный спек измельчают до среднего раз­мера частиц 44 мкм. Далее, не менее чем 70 % спека смешивают с глазурной массой (не бо­лее чем на 30 %). Глазурование производят по принятой в керамической промышленности тех­нологии. Обжиг глазурованных заготовок изо­ляторов осуществляют в восстановительной ат­мосфере согласно принятому режиму обжига. Наилучшие результаты при испытании подвес­ных изоляторов были получены при технологи­ческом процессе приготовления полупроводя­щей глазури, описанном далее. Соотношение электропроводящих оксидов: SnO2 -88, Sb2 O5 – 12 % (в молярных долях). Смешение компонен­тов с частицами размером не более 44 мкм производится в фарфоровых барабанах, и та­кая смесь для образования твердого раствора замещения обжигается в электрической печи при 1150°С в течение 2 ч. Электропроводящий порошок в количестве 35 % (по массе) смеши­вают с 65 % глазурной массы для изоляторов и обжигают в электрической печи в течение 2 ч при 1350°С. Спек измельчают. Удельное по­верхностное сопротивление такого спека 5-12 МОм. Спек измельчают до среднего размера частиц 44 мкм. Производственная полупрово­дящая глазурь содержит 80 % измельченного порошка спека и 20 % каолина или глины. Гла­зурованная поверхность имеет слегка серова­тый цвет, сопротивление 26-42 МОм. Изоля­торы выдерживают 16-16,5 кВ без пробоя в условиях сильного загрязнения и увлажнения. По опубликованным данным такие глазури об­ладают высокой коррозионной стойкостью по отношению к электролитам и высокой термо­стойкостью (более 100 К).

Обжиг фарфоровых изделий является важ­ным, в ряде случаев завершающим процессом производства. В процессе обжига, преимущест­венно в стадии нагрева, удаляется вода, выде­ляются газы, происходят полиморфные превращения материала, изменяются размеры и плот­ность, образуются кристаллические и аморфные фазы и происходят другие процессы. Обжиг и охлаждение ведутся при заданных температурном, газовом и гидравлическом режимах с учетом габаритов изделий и конструкции приме­няемых печей. Для обжига фарфоровых изде­лий используют пламенные печи периодического и непрерывного действия, для малогабаритных изделий и изделий специального назначения – электрические печи периодического и непрерыв­ного действия с использованием силитовых и других нагревателей и на основе дисилицида молибдена, а иногда нагревателей с защитной средой. Обжиг керамических изоляторов явля­ется наиболее дорогостоящей операцией техно­логического процесса приготовления фарфора. Для обжига крупногабаритных изоляторов также используют пламенные печи периодичес­кого действия, круглые (горны), прямоуголь­ные, одно-, двух – и трехэтажные, со стационар­ным или выдвижным подом. Рабочий объем круглых печей, используемых в производстве, составляет от нескольких до 120 м3 . Нагрев пе­чей производится за счет тепла от сгорания жидкого или газообразного топлива; продукты сгорания поступают в рабочую камеру и обо­гревают находящиеся в горне изоляторы; ох­лаждение производится воздухом, проходящим через камеру с обожженными изоляторами. Об­жиг изделий в пламенных печах периодического действия производится в капселях, устанавли­ваемых на поду печи. Обжиг в больших круг­лых печах требует большого расхода топлива и затрудняет механизацию процесса загрузки изоляторов.

За последние годы начали применять прямоугольные камерные печи объемом до 80 м3 с высоким подом, особенно для обжига однотип­ных крупногабаритных заготовок изоляторов стержневого типа, применение которых позво­ляет механизировать и трудоемкие технологи­ческие процессы, повысить производительность труда, сократить цикл обжига, снизить удель­ный расход энергии, автоматизировать режим и среду обжига.

Печи непрерывного действия дают возмож­ность бесперебойного выпуска готовой продукции при меньшем расходе топлива. Они значи-тельно экономнее периодических печей. Условия труда обслуживающего персонала значи­тельно лучше, чем при работе на периодических печах.

Туннельные печи дают возможность для механизации и автоматизации процесса обжига. По этим причинам туннельные печи широко применяются для обжига большого ассортимен­та изоляторов и являются наиболее перспек­тивными. Для обжига фарфоровых изоляторов используются туннельные печи нескольких типов длиной 140, шириной до 2,3 и высотой до 2,2 м. Обжигаемые изделия устанавливаются в вагонетках, футерованных огнеупорным ма­териалом. Режим обжига (температурные, га­зовые и гидравлические параметры) по всей длине печи контролируется контрольно-измери­тельными приборами и во времени остается по­стоянным.

Основой правильного ведения процесса об­жига является соблюдение температурного и газового режима (создание нейтральной, окис­лительной или восстановительной среды). Ре­жим обжига выбирается в зависимости от свойств материалов и размеров изделий. Фак­тическая температура обжига, изделий может несколько отличаться от оптимальной, что не отражается на качестве изделий (в пределах интервала спекшегося состояния). Этот интервал является важной производственной характеристикой электрокерамического материа­ла: для разных материалов он находится в пределах 10-80 К. Температура обжига для различных керамик составляет 1100-2000 °С и более./ 3/

4. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И МЕТАЛЛИЗАЦИЯ КЕРА-МИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Механическая обработка. В современной технике находят широкое применение керами­ческие изделия, соответствующие жестким тре­бованиям по точности размеров, форме и чи­стоте обработки поверхности. Обеспечить вы­полнение таких требований способами обычной керамической технологии не представляется возможным. Изготовленные изделия всегда имеют незначительные отклонения размеров от заданных, обусловленные некоторой неста­бильностью усадки в процессе сушки и обжи­га. Значения усадки зависят как от состава материалов, так и от некоторых технологиче­ских операций./ 7/

Для получения керамических изделий, имеющих точные размеры и высокую чистоту поверхности, используют механическую обработку обожженных изделий путем шлифова­ния. Для шлифования в основном используют шлифовальные круги и реже порошки из аб­разивных материалов: алмаза, нитрида бора, карбида кремния, электрокорунда и др. (см. приложения, табл. 12).

Механическая обработка керамических изделий всеми видами шлифования осущест­вляется абразивными инструментами из кар­бида кремния и алмаза различной зернистости. Для шлифовки применяют шлифовальные кру­ги, головки, бруски и сегменты соответст­венно шлифуемой поверхности.

Максимальная рабочая скорость абра­зивного инструмента обусловливается типом связующего материала. Так, для алмазного шлифовального круга на керамическом связую­щем рабочая окружная скорость составляет 25 м/с, а на фенолформальдегидном – до 35 м/с.

Для обработки керамических изоляторов, обладающих высокой твердостью и хруп­костью, наиболее эффективным является ал­мазный инструмент на металлическом и фе­нолформальдегидном связующем. Алмазный абразивный инструмент на металлическом свя­зующем используется в основном для черно­вого шлифования керамики, а на фенолфор­мальдегидном связующем – для окончатель­ного, чистого шлифования.

Алмазные круги на металлическом связу­ющем имеют более длительный срок службы. Для черновой обработки керамических изде­лий используют крупнозернистые абразивные круги, а для окончательной чистовой обработ­ки поверхности применяют тонкозеристые аб­разивные инструменты.

Для шлифования керамических изделий используют обычные металлообрабатывающие станки: токарно-винторезные со шлифовальной головкой, токарно-карусельные, шлифовально-карусельные, универсально-шлифовальные и др. Крепление керамических изделий на станке производится при помощи специальной технологической оснастки, обеспечивающей прочное и безопасное положение детали в работе.

Режимы шлифования керамических изделий зависят от свойств керамического материала, от показателей используемого абразивного инструмента и устанавливаются экспериментально. При черновой обработке изделий в большинстве случаев толщина слоя, снимаемого шлифовкой за один проход, составляет примерно 0,25 мм, а при чистовой – 0,005- 0,025 мм.

Для охлаждения в процессе шлифования применяют 2-5 %-ный водный раствор кальцинированной соды, который подают со ско­ростью 20 л/мин.

При круглом шлифовании наружной по­верхности изоляторов цилиндрической формы обрабатываемый изолятор и шлифовальный круг вращаются в одну сторону, а при обра­ботке круглых внутренних поверхностей кера­мических изделий шлифовальный круг и обра­батываемая деталь вращаются в противопо­ложные стороны. Шлифование торцевых по­верхностей цилиндрических изделий может производиться на плоскошлифовальном станке с использованием соответствующей оснаст-ки./ 10/

Металлизация керамики. Металлические покрытия на поверхности керамики могут слу­жить электродами конденсаторов, испытуемых образцов, витков катушки индуктивности или промежуточным слоем для соединения кера­мики с металлической арматурой посредством пайки.

Металлические покрытия керамики можно осуществлять методами вжигания металлосодержащей краски (пасты), испарения и кон­денсацией металла (серебра, золота, никеля, палладия и др.) в вакууме, химического осаж­дения, шоопирования и др.

Металлические покрытия должны обла­дать хорошей электропро-водностью (особенно для высокого напряжения высокой частоты) при малой толщине электродного слоя. Для таких покрытий чаще всего применяют благо­родные металлы (в основном серебро и пал­ладий), устойчивые к окислению. Покрытия, предназначенные для последующей пайки с металлической арматурой, производятся из тугоплавких металлов в сочетании с различ­ными добавками.

Вжигание паст – наиболее распростра­ненный способ металлизации. Основным ком­понентом металлосодержащей пасты является окись серебра, азотнокислое серебро или тон­кодисперсный порошок металлического сереб­ра. Для спекаемости покрытия и хорошей адгезии по отношению к поверхности керамики в пасту вводятся 5-7 % (по массе) плавней в виде борнокислого свинца, оксида висмута или других соединений висмута. Компоненты пасты смешиваются с органическими связую­щими, представленными раствором канифоли в скипидаре или смесью скипидара с касторо­вым маслом до получения однородной массы. Паста, изготовляемая промышленностью на специализированных заводах, содержит 55- 70 % (по массе) металлического серебра.

Нанесение серебряной пасты на керамиче­ские изделия производится вручную кисточкой, пульверизатором, окунанием, а в массовом производстве – шелкографией. Нанесенные покрытия сушат при температуре 80-150 °С в термостатах или в проходных сушилках. Об­жиг производится при температуре 750-850 о С в муфельных или проходных печах в воздуш­ной среде. В процессе обжига покрытия в ин­тервале температур 200-400 °С, т. е. при вы­горании органической связки, подъем темпера­туры должен быть замедленным во избежание вспучивания покрытия и образования трещин на металлизированной поверхности. Режим вжигания серебряной пасты устанавливается экспериментально. Он зависит от нагревостойкости керамики, размеров и конфигурации металлизируемого изделия. Длительность про­цесса может составлять 5-35 ч.

Толщина однократно металлизируемого слоя серебра составляет 3-10 мкм. В случае необходимости для получения покрытия с бо­лее толстым слоем деталь металлизируют 2 – 3 раза, проводя последовательно вжигание каждого нанесенного металлизированного слоя. Толщина металлизирующего слоя на из­делиях среднего размера составляет 40 – 50 мкм.

Металлизация составами на основе туго­плавких металлов применяется для различных вакуум-плотных керамических изделий из фар­фора, стеатита, форстерита и корундовой ке­рамики. В металлизирующий состав входят различные добавки: марганец, железо, крем­ний, оксиды металлов – А12 О3 , ТiО2 , Сr2 О3 , карбиды, бориды и специальные плавни.

Металлизация различных типов керамиче­ских материалов производится по схеме: очист­ка изолятора от загрязнений, обезжиривание, приготовление и нанесение металлизирующего состава, вжигание покрытия, зачистка, нанесе­ние второго металлизирующего состава, вжи­гание второго покрытия и контроль качества покрытия.

Для приготовления металлизирующих паст используют материалы, получаемые с завода-изготовителя в виде тонкомолотых порошков с удельной поверхностью 4000-5000 см2 /г для молибдена и 5000-7000 см2 /г для марганца.

Компоненты металлизирующей пасты, взя­тые в заданном соотношении, смешиваются с раствором коллоксилина в изоамилацетате или водно-спиртовый раствор полиамидной смолы. Смешивание компонентов производится в валковой мельнице со стальным барабаном до получения однородной пасты.

Процесс вжигания металлизирующих по­крытий производится в печах с защитной га­зовой средой при температуре 1200-1350 °С с выдержкой при конечной температуре 20-30 мин. Режим вжигания устанавливается опытным путем.

Вжигание покрытия проводится в печах периодического действия или толкательных пе­чах непрерывного действия в увлажненной или азотно-водородной среде при отношении азота к водороду 2:1 или 3:1. Керамические материалы, содержащие в своем составе до­статочное количество стеклофазы (фарфор, стеатит и др.), можно металлизировать па­стами на основе тугоплавких металлов без специальных добавок, а керамические матери­алы, содержащие менее 5 % стеклофазы, не­обходимо металлизировать пастами, в состав которых входят компоненты, образующие жид­кую фазу в процессе вжигания покрытия.

В табл. 13 (см. приложения) приведены составы для ме­таллизации вакуумплотных керамических ма­териалов.

Для увеличения толщины покрытия и об­легчения пайки на молибденовое покрытие методом вжигания или гальваническим путем наносится слой никеля (второе покрытие)./ 2/

ПРИЛОЖЕНИЯ :

Контроль

Очистка от песка

Рис. 1. Технологическая схема производства электрокерамических

изделий

Таблица 1. Фазовый состав и основные свойства электрофарфора

Показатель

Фарфор

Твердый

С повышенным содержанием муллита

Кристобалитовый

Корундовый

Состав, %

Муллит

25-28

35-48

23-25

10-12

Кремнезем

10-12

1-5

23-25

Кристобалит

20-25

Корунд

0-5

35-40

Стеклофаза

60-62

55-60

28-33

45-50

Основные свойства

Прочность при изгибе, МПа

70

120

110

170-220

Ударная вязкость, кДж/м2

1,5

2,0

2,2

2,5

Электрическая прочность, МВ/м

30

35

35

35

Таблица 2. Основные классы электротехнических материалов соот-ветственно применению

Класс

Применение

Вид керамики

Характерные особенности

1

Изоляторы для ус-тройств высокого и низкого напряжения, низкой частоты

Электрофарфор и глиноземистый фарфор

Хорошие электромеханические свойства, возмож-ность изготовления изоляторов любых размеров

2

Низкочастотные и вы-сокочастотные изоля-торы и конденсаторы малой емкости

Стетит, ультрафарфор, корундо-муллитовая керамика, цельзиановая керамика

Небольшое значение εr

3

Конденсаторы высо-кого и низкого напря-жения, высокой и низ-кой частоты

Рутиловая, перовскитовая, титано-циркониевая керамика, стронций-висмутовый титанат, алюминат-лантановая керамика

Высокое и очень вы-сокое значение εr, за-данное или не регла-ментированное зна-чение ТКε

4

Термодугостойкие узлы: искрогаситель-ные камеры, основа-ния нагревательных элементов и проволоч-ных резисторов, изоля-торы в вакуумных приборах

Кордиерит, литий-содержащая, высокоглиноземистая и цирконовая кера-мика

Высокая механи-ческая стойкость при нагреве и стойкость к термоударам

5

Высоконагревостойкие изоляторы

Керамика на основе чистых оксидов алю-миния, магния, бе-риллия и т. д.

Высокие электри-ческие свойства при высокой температу-ре, высокая тепло-проводность

6

Резисторы

Смесь керамики с са-жей или графитом; керамика на основе смешанных кристал-лов оксида цинка и оксидов металлов с переменной валент-ностью

Повышенная и высо-кая электропровод-ность, линейная и нелинейная вольт-амперные харак-теристики

Таблица 3. Огнеупорные глины

Место-рож-дение

Содержание оксидов, %

Потери при прокали-вании, %

SiO2

Al2 O3

Fe2 O3

CaO

MgO

K2 O

Na2 O

Часовъяр-ское

49,6-60,74

27,17-36,15

0,77-1,97

0,24-1,12

0,64-1,32

1,42-2,99

0,19-0,54

9,86-7,35

Дружков-ское

47,0-57,0

32,4-37,0

0,81-1,32

0,72-1,38

0,16-0,50

1,18-3,48

11,46-9,50

Торжков-ское

45,5-55,1

28,9-37,3

0,43-2,73

0,46-2,30

0,14-1,81

0,04-1,59

0,24-0,96

17,70-11,06

Таблица 4. Каолины

Место-рож-дение

Вид коалина

Содержание оксидов, %

Поте-

Ри при про-кали-вании, %

SiO2

Al2 O3

Fe2 O3

CaO

MgO

K2 O

Na2 O

Прося-новское

Нео-бога-щен-ный

65,0-69,7

21,7-26,4

0,84-1,0

0,4-0,7

0,08-0,3

0,27-0,83

7,9-4,9

Обо-гащен-ный

45,5-47,4

37,4-39,8

0,3-0,94

0,15-1,3

0,12-0,56

0,15-0,77

0-0,68

14,0-13,2

Глухо-вецкое

Нео-бога-щен-ный

65,3-69,6

22,2-26,2

0,2-0,5

0,32-0,45

0,13-0,15

8,7-7,9

Обо-гащен-ный

46,0-47,9

37,1-40,4

0,21-0,95

0,13-0,5

0-0,53

0-0,4

0-0,003

13,7-13,1

Кыштым-ское

Нео-бога-щен-ный

69,0

21,1

0,95

0,65

0,32

6,99

Обо-гащен-ный

45,7-49,2

36,3-38,2

0,5-2,2

0,46-1,6

0,28-0,76

0,39-0,80

0-0,59

13,7-12,1

Балай-ское

Обо-гащен-ный

45,5-51,1

34,2-37,2

0,6-0,8

0,3-0,88

0,1-0,2

0,7-0,96

Ангрен-ское

Нео-бога-щен-ный

54,6-57,1

30,2-32,3

0,1-0,8

0,7-1,2

0,28-0,3

0,28

Таблица 5. Кварцевые материалы

Сырье

Содержание оксидов, %

Потери при прока-лива-нии, %

SiO2

Al2 O3

Fe2 O3

CaO

MgO

K2 O

Na2 O

Кварцевый песок

Любе-рецкий

99,5-98,6

0,06-0,8

0,1-0,2

0,1-0,2

0,04-0,1

0,1

0,08-0,02

Авдеев-ский

96,6-98,8

2,7-0,7

0,1-0,2

0,2-0,6

0,1-0,2

0,1-0,3

Талшин-ский

99,3-99,7

0,3-0,2

0,04

0,06

0,03

0,04-0,1

0,1-0,4

ГДР

99,7-99,8

0,1

0,01

0,02

0,03

0,13-0,15

Кварц жильный

Нарын-Кунтин-ский

90,7-99,4

0,4-0,6

0,0-0,6

0,0-0,8

0,0-0,9

2,7-0,0

0,0-0,2

0,26

Таблица 6. Полевой шпат и пегматит

Сырье

Содержание оксидов, %

Поте-ри при прока-лива-нии, %

SiO2

Al2 O3

Fe2 O3

CaO

MgO

K2 O

Na2 O

Пегматит

Глубо-чан-ский (Тока-ров-ский)

71,3-75,4

14,8-16,2

0,4-0,6

0,6-1,2

0,1-0,4

4,6-5,3

3,6-4,5

1,0-1,5

Прила-дож-ский

65,6-77,7

13,1-19,3

0,1-1,0

0,6-2,3

0-0,7

4,1-5,9

3,6-5,1

0,8-1,6

Елисе-евский

70,7-75,6

13,3-17,1

0,3-0,8

0,5-1,3

0-0,2

3,0-4,9

2,9-5,3

0,6-1,5

Алапаев-ский

65,5-74,4

13,9-19,7

0,2-0,4

0,2

0,1

7,9-12,0

1,9-3,5

Полевой шпат

Норвеж-ский

65-74,7

19,2-20,2

0,1-0,3

0,2

11,1-12,8

3,3-3,7

3,4-3,5

Применя-емый в США

65-68,6

17,3-19,9

0,1-0,3

0-0,5

0,03

10,5-12,0

2,7-3,3

3,6-3,9

Применя-емый в Швеции

64,0

19,4-

0,1

0,08

14,0

1,9

7,3

Применя-емый в ФРГ

68,5

17,6

0,3

0,2

0,1

10,6

0,7

15,8

Таблица 7. Циркониевое сырье

Сырье, место-рожде-ние

Содержание оксидов, %

Потери при про-калива-нии, %

SiO2

K2 O

TiO2

ZrO2

Al2 O3

Fe2 O3

CaO

MgO

Бадделе-ит, Бразилия

0,69-0,19

96,84-98,9

0,13

0,37-0,82

0,21-0,06

0,98-0,28

Циркон-фавас светло-коричне-вый, Бразилия

15,35

0,51

81,64

0,9

1,00

0,63

Циркон-фавас аспидно-серый, Бразилия

2,05

0,56

92,87

0,7

3,50

0,52

Циркон-фавас чистый, Бразилия

0,48

0,48

97,19

0,4

0,92

Сле-ды

0,38

Циркон, Шри Ланка

33,86

64,25

1,08

Циркон, Швеция

32,44

65,76

0,42

0,09

0,46

Циркон, Австра-лия

30,00

2,08

65,42

1,2

0,44

0,14

0,22

Циркон, Россия (Ильмен-ские горы)

34,79

0,91

57,95

2,88

1,94

1,85

0,15

Циркон, Россия (Вишне-вые горы)

32,63

0,48

1,22

63,53

0,37

0,88

0,61

0,07

0,35

Циркон, Россия (Жданов)

34,09

1,08

Нет

59,93

1,4

1,44

0,12

Таблица 8. Тальки

Тальк

Содержание оксидов, %

Потери при прока-лива-нии, %

SiO2

Al2 O3 +TiO2

Fe2 O3

CaO

MgO

Онот-ский

60,22-62,28

0,01-1,63

0,41-1,09

Следы-0,5

31,02-32,99

5,9-4,92

Шабров-ский (флотиро-ванный)

57,66-58,65

Следы-0,87

2,81-3,65

Следы-0,19

31,95-32,5

7,06-6,25

Миасский

55,3-56

0,43-2,14

7,3-8,1

0,19-1,1

28,5-29,5

5,6-5,3

Алгуй-ский

68,4

0,25

0,27

0,08

25,9

3,8

Кирги-тейский

60,7-63,8

0,04-0,09

0,09-0,3

0,36

31,8

4,6-4,7

Таблица 9. Показатели диоксида титана различных модификаций

Моди-фикация

Сингония

Кажу-щаяся плот-ность, кг/м3

Твер-дость по Мо-осу

Показатель прелом-ления света по двум направ-лениям

Тем-пера-тура пере-хода в ру-тил, 0 С

TKl, 10-7 К-1

εr

Ng*

Np**

Анатаз

Тетраго-нальная

3900

5-6

2,55

2,49

915

0,47-0,82

31

Брукит

Ромби-ческая

3900-4000

5-6

2,70

2,58

753

1,45-2,29

78

Рутил

Тетраго-нальная

4200-4400

6

2,90

2,61

>1000

0,71-0,92

89* 173**

* Максимальное значение

** Минимальное значение

Таблица 10. Технические требования к диоксиду титана различных марок

Марка

Содержание оксидов, %

Нераство-римый остаток, %

TiO2

SiO2

Fe2 O3

SO3

P2 O5

Конден-саторная

≥99,0

0,28

≤0,10

≤0,05

0,5

Пигмент-ная

94-98

0,02-0,05

Лигатур-ная

≥99,5

0,13

0,04

0,05

0,5

Специ-альная

≥99,5

0,2

0,1

0,04

0,05

0,3

Таблица 11. Электрофизические показатели стеклоэмалей

Номер стекло-эмали

104 tgδ при

ρ, Ом-м, при 2000 С

TKε, 10 К-1

εr

Температура, 0 С

200 С

2000 С

Размягче-ния

Каплеобра-зования

7

11

20

1010

70

10

560±10

820±10

272

10

12

1013

70,5

9

750

278-2

18

20

1013

70±5

9

710±10

840±10

43

23

25

5-1010

65±5

17

620±10

800±10

25

27

28

5-1010

77±5

Таблица 12. Основные физико-химические свойства образца

Материал

Плотность, кг/м3

Твердость по Моосу

Микротвердость, ГПа

Модуль упругости, ГПа

ТКl, 10-6 К-1

Алмаз

3490-3540

10

10

90

0,9-1,45

Кубический нитрид бора

3440-3490

9,9

9,25

72

2,1-4,0

Карбид кремния

3200

9,0

3,3-3,6

36,5

6,5

Электрокорунд

3950

8,5

2,0-2,1

7,5

Таблица 13. Составы для металлизации керамических материалов

Керамический материал

Компоненты пасты

Состав пасты в %( по массе)

Стеатитовая керамика

Молибден

Железо

98

2

Форстеритовая керамика

Молибден

Марганец

96

4

Коррундомуллитовая керамика УФ-46

Молибден

Марганец

80

10:20

Корундовая керамика

Алюмосиликатный плавень*

Молибден

Марганец

Борид молибдена

Глазурь

10

74

15

5

6

* Добавляется при 100% марганца

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ :

1. Электротехнические материалы : Справоч­ник/В. Б. Березин, Н. С. Прохоров, Г. А. Рыков, А. М. Хайкин. М.: Энергоатомиздат, 1993. 504 с.

2. Никулин Н. В., Кортнев В. В. Оборудова­ние и технология производства электротехнических конструкций. М.: Энергия, 1999. 416 с.

3. Белинская Г. В., Выдрик Г. А. Технология электровакуумной и радиотехнической керамики. М.: Энергия, 1997. 336 с.

4. Материаловедение и проблемы энергетики : Пер. с англ./Под ред. Г. Ф. Мучника. М.: Мир, 1992. 576 с.

5. Технология электрокерамики /Г. Н. Маслен­никова, Ф. Я. Харитонов, Н. С. Костюков, К. С. Пи­рогов. М.: Энергия, 1994. 224 с.

6. Масленникова Г. Н., Харитонов Ф. Я., Дубов И. А. Технологический расчет в керамике. М.: Стройиздат, 1994. 224 с.

7. Балкевич В. Л. Техническая керамика. М.: Стройиздат, 1944. 255 с.

8. Прозрачные поликристаллические керами­ческие материалы / Под ред. Г. А. Выдрика, Т. В. Со­ловьевой. Обзорная информация. Сер. Электротех­нические материалы. М.: Информэлектро, 1995. 49 с.

9. Попильский Р. Я., Пивинский Ю. Е. Прес­сование порошковых керамических масс. М.: Метал­лургия, 1993. 176 с.

10. Абразивная и алмазная обработка мате­риалов : Справочник/Под ред. А. Н. Резникова. М.: Машиностроение, 1997. 392 с.

11. Исследование и разработка материалов для реакторов термоядерного синтеза. М.: Наука, 2000. 183 с.

12. Синтез и исследование материалов на ос­нове силикатов и других тугоплавких соединений. Тр. МХТИ им. Д. И. Менделеева. Вып. 123. М.: 1993. 298 с.

13. Лазарев В. Б., Соболев В. В., Шпалыгин И. С. Химические и физические свойства про­стых оксидов. М.: Наука, 1993. 254 с.

14. Костанян К. А., Геворкян X. О. Керами­ческие и стеклянные диэлектрики в электронной технике. Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1994, 204 с.

15. Электрические изоляторы /Под ред. Н. С. Костюкова. М.: Энергоатомиздат, 1994. 296 с.

16. Самсонов Г. В. Тугоплавкие соединения: Справочник по свойствам и применению. М.: Металлургиздат, 1993. 398 с.

17. Самсонов Г. В., Кулик О. П., Полищук В. С. Получение и методы анализа нитридов. Киев: Наукова думка, 2000. 317 с.

18. Андреевский Р. А., Спивак И. И. Нитрид кремния и материалы на его основе. М.: Металлур­гия, 1998. 136 с.



Зараз ви читаєте: Электроизоляционная керамика