Реферат: Электроизоляционная керамика

--PAGE_BREAK--/13/

Сырьевые материалы для производства других видов керамики.Тальк разных место­рождений имеет состав, близкий к 3MgO•4SiO2•H2Oили 4MgO•5SiO2•H2O, с незначи­тельным количеством других оксидов. Лучшие разновидности талька отличаются малым со­держанием СаО (от 0,2 до 1 %) и Fe2O3(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 компонентовявляется 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 шликерапосле 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 коржираспускаются 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 литьяв 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 формованиеотносится 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-порошковявляется 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 прессованиеосновано 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 прессованиеприме­няется 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 формыявляется 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 давлениемприменяется 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; А12О3—11,7—17,2; RO—5,7—7,7; R2O—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 глазурейприменяются 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; А12О3(ТiO2)—13,4—13,8; Fe2O3—2,1—2,3; СаО —3,8—5,1; MgO—3,7—4,7; Na2O—1,2—2,1; К2О—1,9—2,2; Сr2О3— 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, Na2O, K2Oи 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 ТКlкера­мики и глазури, от степени развития промежу­точной зоны на контакте керамика — глазурь. Наиболее существенный фактор — различие в значениях ТКlкерамического 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 ТКlглазури больше ТКlке­рамики, создается напряжение растяжения, и механическая прочность керамики снижается. Так, при ТКlглазури (4,5—5,5)/10-6 К-1 проч­ность при разрыве глазурованного фарфора со­ставляет 140—130 МПа, а при ТКlглазури (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 Fe2O3, TiO2, Cr2O3, ZnO, SnO2, Sb2O3и др. оксиды и их твердые растворы или химические соединения, а в качестве стеклообразующих компонентов обычно применяют оксиды SiO2, А12О3, CaO, MgO, BaOи 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): F2O3—7,9; А12О3—13,4; SiO2—52,5; TiO2—20,2; CaO—1,07:MgO—1,2; R2O—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, Fe2O3—50÷10, Сг2О3—40÷50% (по массе) и стеклообразующие оксиды SiO2— 73÷77, А12О3— 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 Fe2O3—16, ТiO2—7,2, SnO2—13,6 в качестве электропроводящего компонента и оксидов металлов SiO2—44,1, А12О3—8,6, CaO— 2,9, MgO—1,7, R2O—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 Sb2O5, а в качестве стеклообразующего компонента — обычную глазурную массу (SnO2—85÷94 и Sb2O5—6÷15 %, в молярных долях). Приготовление глазури осуществляется следу­ющим образом. Компоненты SnO2и Sb2O5 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, Sb2O5— 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 изделийявляется 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.    продолжение
--PAGE_BREAK--/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 оС 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 — А12О3, ТiО2, Сr2О3, 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
:

<img width=«622» height=«715» src=«ref-1_465951369-13487.coolpic» v:shapes="_x0000_s1091 _x0000_s1092 _x0000_s1093 _x0000_s1094 _x0000_s1095 _x0000_s1096 _x0000_s1097 _x0000_s1098 _x0000_s1099 _x0000_s1100 _x0000_s1101 _x0000_s1102 _x0000_s1103 _x0000_s1104 _x0000_s1105 _x0000_s1106 _x0000_s1107 _x0000_s1108 _x0000_s1109 _x0000_s1110 _x0000_s1111 _x0000_s1112 _x0000_s1113 _x0000_s1114 _x0000_s1115 _x0000_s1116 _x0000_s1117 _x0000_s1118 _x0000_s1119 _x0000_s1120 _x0000_s1121 _x0000_s1127 _x0000_s1129 _x0000_s1130 _x0000_s1131 _x0000_s1134 _x0000_s1135 _x0000_s1137"> <img width=«315» height=«3» src=«ref-1_465964856-184.coolpic» v:shapes="_x0000_s1150"> <img width=«534» height=«57» src=«ref-1_465965040-1334.coolpic» v:shapes="_x0000_s1122 _x0000_s1123 _x0000_s1151">       <img width=«3» height=«63» src=«ref-1_465966374-165.coolpic» v:shapes="_x0000_s1149"><img width=«3» height=«63» src=«ref-1_465966374-165.coolpic» v:shapes="_x0000_s1148"><img width=«87» height=«3» src=«ref-1_465966704-171.coolpic» v:shapes="_x0000_s1147"><img width=«315» height=«3» src=«ref-1_465966875-221.coolpic» v:shapes="_x0000_s1146"><img width=«3» height=«243» src=«ref-1_465967096-182.coolpic» v:shapes="_x0000_s1145"><img width=«3» height=«63» src=«ref-1_465966374-165.coolpic» v:shapes="_x0000_s1144"><img width=«387» height=«3» src=«ref-1_465967443-203.coolpic» v:shapes="_x0000_s1143"><img width=«387» height=«3» src=«ref-1_465967646-184.coolpic» v:shapes="_x0000_s1142"><img width=«288» height=«3» src=«ref-1_465967830-189.coolpic» v:shapes="_x0000_s1141"><img width=«2» height=«147» src=«ref-1_465968019-176.coolpic» v:shapes="_x0000_s1140"><img width=«4» height=«198» src=«ref-1_465968195-274.coolpic» v:shapes="_x0000_s1139"><img width=«4» height=«83» src=«ref-1_465968469-245.coolpic» v:shapes="_x0000_s1138"><img width=«2» height=«63» src=«ref-1_465968714-174.coolpic» v:shapes="_x0000_s1136"><img width=«3» height=«183» src=«ref-1_465968888-178.coolpic» v:shapes="_x0000_s1133"><img width=«3» height=«411» src=«ref-1_465969066-187.coolpic» v:shapes="_x0000_s1132"><img width=«3» height=«67» src=«ref-1_465969253-183.coolpic» v:shapes="_x0000_s1128">



Таблица 1. Фазовый состав и основные свойства электрофарфора



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 ёмкости

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

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

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

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

Прося-новское

Нео-бога-щён-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-гащён-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-щён-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-гащён-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-щён-ный

69,0

21,1

0,95

0,65

0,32

-

-

6,99

Обо-гащён-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-гащён-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-щён-ный

54,6-57,1

30,2-32,3

0,1-0,8

0,7-1,2

0,28-0,3

-

0,28

-



    продолжение
--PAGE_BREAK--Таблица 5. Кварцевые материалы

Сырьё

Содержание оксидов, %

Потери при прока-лива-нии, %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

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

Сырьё

Содержание оксидов, %

Поте-ри при прока-лива-нии, %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

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 сырьё

Сырьё, место-рожде-ние

Содержание оксидов, %

Потери при про-калива-нии, %

SiO2

K2O

TiO2

ZrO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

Бадделе-ит, Бразилия

0,69-0,19

-

-

96,84-98,9

,13

,37-0,82

0,21-0,06

-

0,98-0,28

Циркон-фавас светло-коричне-вый, Бразилия

15,35

-

0,51

81,64

,9

1,00

-

-

0,63

Циркон-фавас аспидно-серый, Бразилия

2,05

-

0,56

92,87

,7

3,50

-

-

0,52

Циркон-фавас чистый, Бразилия

0,48

-

0,48

97,19

,4

,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 (Вишнё-вые горы)

32,63

,48

1,22

63,53

,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

Al2O3+TiO2

Fe2O3

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

Твёр-дость по Мо-осу

Показатель прелом-ления света по двум направ-лениям

Тем-пера-тура пере-хода в ру-тил, 0С

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

Fe2O3

SO3

P2O5

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


    продолжение
--PAGE_BREAK--