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% А1₂О₃;

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 %

                                  А1₂0₃);

Подгруппа      глиноземистый  фарфор

130                    высокой   прочности,   со­-
держащий    свыше   50 %
А1₂0₃.

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   ε_r до

                          3000;

Подгруппа     материалы на основе ти-

350.1                 таната   бария,  стронция,

                          висмута;

Подгруппа     материалы на основе ти-

351                    таната бария с ε_г 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 % А1₂0₃;                  

Подгруппа     глиноземистый матери-

620                   ал, содержащий    65 —80 % А1₂0₃;

Подгруппа     глиноземистый матери-

620.1                ал, содержащий    72 —77 % А1₂0₃.

Группа 700          высокоглиноземистые ма­-
                               териалы (корундовые):

Подгруппа       высокоглиноземистый

780                   материал, содержащий

                         80—86 % А1₂О₃;

Подгруппа      высокоглиноземистый

786                   материал, содержащий

                         86—95 % А1₂О₃;

Подгруппа      высокоглиноземистый

795                   материал, содержащий

                         95—99 % А1₂О₃;

Подгруппа      высокоглиноземистый

799                   материал,     содержащий                                  свыше 99 % А1₂0₃./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 А1₂О₃ x x2SiO₂ • 2Н₂О (каолинит), А1₂О₃ • 2SiO₂ • 4Н₂О (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 (Fe₂O₃, TiO₂, A1₂O₃, CaO, MgO и др.), наиболее нежелательные из которых Fe₂O₃ 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 К₂О•А1₂O₃•6SiO₂, натриевый (альбит) Na₂O•Al₂O₃•6SiO₂, кальциевый (анортит) СаО•А1₂О₃•2SiO₂ и бариевый (цельзиан) ВаО•А1₂О₃•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 Na₂O в полевом шпа­те снижаются температура обжига, вязкость стеклофазы керамики и существенно ухудша­ются его электрофизические свойства. Чем больше соотношение К₂О и Na₂O 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 Al₂О₃ — 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-А1₂О₃ (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-А1₂О₃ и β-А1₂О₃, 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-А1₂О₃ с частичным содержанием гидратов глинозема.

При нагреве γ-Аl₂О₃ переходит в α-А1₂О₃ 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•B₂O₃•H₂O 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 Fe₂O₃ 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•H₂O или 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 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; 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 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; 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, K₂O 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 Fe₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃, ZnO, SnO₂, Sb₂O₃ и др. оксиды и их твердые растворы или химические соединения, а в качестве стеклообразующих компонентов обычно применяют оксиды SiO₂, А1₂О₃, 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): 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 SnO₂ и 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 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 ^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:

					Контроль
					Очистка от песка
		Рис. 1. Технологическая схема производства электрокерамических              изделий

Таблица 1. Фазовый состав и основные свойства электрофарфора

Показатель	Фарфор
	твёрдый	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 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	-

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	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 (Вишнё-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	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

Таблица 11. Электрофизические показатели стеклоэмалей

Номер стекло-эмали	104  tgδ при		ρ, Ом·м, при 2000С	TKε, 10 К-1	εr	Температура, 0С
	200С	2000С				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	Твёрдость по Моосу	Микротвёрдость, 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.

Министерство образования Российской Федерации Уфимский Государственный  Нефтяной  Технический УниверситетКафедра автоматизации производственных процессовРеферат на тему: «Электроизоляционная керамика»Выполнил:   ст. гр. АЭ-01-01        

 

• 14:21 05 Июля 2016
  Российско-китайский медуниверситет откроет магистерскую программу по TCM
• 01:21 05 Июля 2016
  На форуме МГУ Россия и Китай обсудят научно-образовательное сотрудничество
• 11:00 04 Июля 2016
  Реморенко: "ЕГЭ-туризм" в России сходит на нет
• 10:52 04 Июля 2016
  Летняя российско-австрийская школа откроется в Москве
• 15:31 01 Июля 2016
  В СПбГУ могут воссоздать географический факультет

Заказать уникальную работу