Реферат: Электроизоляционная керамика

Министерство образования Российской Федерации

Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет

Кафедра автоматизации производственных процессов

Реферат на тему:

«Электроизоляционная керамика»

Выполнил:

ст. гр. АЭ-01-01

Швыткин К.Е.

Проверил:

Прахова Т.Ю.

Уфа 2004

СОДЕРЖАНИЕ:

стр.

1. Классификация и основные свойства электроизоляционной

керамики 2

2. Основные сырьевые материалы для производства электро-изоляционной

керамики

6

3. Технология производства электрокерамических материалов

и изделий 9

4. Механическая обработка и металлизация керамических из-

делий 18

Приложения 22

Список литературы 31

1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРО-ИЗОЛЯЦИОННОЙ КЕРАМИКИ

Электроизоляционная керамика представляет собой материал, получаемый из

формовочной массы заданного химического состава из ми­нералов и оксидов

металлов. Любая керами­ка, в том числе и электроизоляционная,— мате­риал

многофазный, состоящий из кристалличе­ской, аморфной и газовой фаз. Ее свойства

зависят от химического и фазового составов, макро- и микроструктуры и от

технологических приемов изготовления./1/

В электрической и радиоэлектронной про­мышленности керамическая технология

широко применяется для изготовления диэлектричес­ких, полупроводниковых,

пьезоэлектрических, магнитных, металлокерамических и других из­делий. В

настоящее время, особенно с прони­кновением в быт электронной техники, из

электроизоляционной керамики изготавливаются десятки тысяч наименований изделий

массой от десятых долей грамма до сотен килограм­мов и размерами от нескольких

миллиметров до нескольких метров. В ряде случаев изделия из керамики, главным

образом из электрофарфора, покрываются гла­зурями, что уменьшает возможность

загрязне­ния, улучшает электрические и механические свойства, а также внешний

вид изделия./14/

Электрофарфор является основным кера­мическим материалом, используемым в

произ­водстве широкого ассортимента низковольт­ных и высоковольтных изоляторов

и других изоляционных элементов с рабочим напряже­нием до 1150 кВ переменного и

до 1500 кВ постоянного тока./8/

Преимущества электрокерамики перед дру­гими электроизоляционными материалами

со­стоят в том, что из нее можно изготовлять изоляторы сложной конфигурации,

кроме то­го она имеет широкий интервал спекания. Сы­рьевые материалы мало

дефицитны, технология изготовления изделий относительно проста./15/

Электрофарфор обладает достаточно высокими электроизоляционными, механическими,

тер­мическими свойствами в области рабочих тем­ператур; он выдерживает

поверхностные раз­ряды, слабо подвержен старению, стоек к воздействию

атмосферных осадков, многих хи­мических веществ, солнечных лучей и

радиаци­онных излучений./8/

В связи с передачей энергии высоким и сверхвысоким напряжением на дальнее

рас­стояние резко возросли требования к качеству высоковольтных изоляторов,

главным образом к механической прочности./12/

В последние годы выпускаются надежные высокопрочные изоляторы

оптимизированной конструкции из электрофарфора высокого ка­чества. Известно,

что прочность фарфора при сжатии в 10—20 раз выше прочности при из­гибе или

растяжении.

По назначению компоненты фарфора раз­личаются на пластичные и отощающие, а по

роли при термической обработке — на плавни и кристаллорбразующие.

Механическая прочность фарфора в значительной степени зависит от механических

свойств и кристаллической структуры отощающего материала, а также

образованных в процессе обжига сетчатых волокнистых микроструктур

кристаллической фазы (в частности, игл муллита). Стеклофаза в структуре

фарфора ухудшает механическую прочность, так же как и наличие пор,

неблагоприятно влияющих на распределение напряжений.

Наравне с обычным фарфором налажен выпуск фарфора с повышенным содержанием

муллита, фарфор кристобалитовый и корундовый. В последнем кремнезем в шихте

частично заменен корундом./13/

Большинство корундовых кристаллов при обжиге остается в исходной форме и

благодаря высокому сопротивлению упругой деформации образует прочный каркас

микроструктуры. Незначительная часть растворяется в стек-лофазе и является

причиной возникновения вторичного муллита. Как следует из табл. 1 (см.

приложения), механическая прочность корундового фарфора значительно выше

прочности обычного фарфора.

Наиболее перспективным является корундовый фарфор./16/

Следует ожидать, что традиционные спо­собы производства, т. е. литье изоляторов

в гипсовые формы, а для больших опорных изо­ляторов — склейка отдельных

элементов до обжига, заменяется пластическим прессовани­ем, выдавливанием

массивного цилиндра или трубки с дополнительной обработкой на копи­ровальных

станках, а также изостатическим прессованием заготовок с последующей

авто­матической обработкой. Использование послед­него способа производства

изоляторов суще­ственно сократит технологический цикл и объ­ем трудозатрат./

5/

По ГОСТ 20419-83 (соответствует СТ СЭВ 3567-83) «Материалы керамические

электро­технические» эти материалы по их составу клас­сифицируются следующим

образом:

Группа 100 материалы на основе щелоч-

ных алюмосиликатов

(фарфоры):

Подгруппа силикатный фарфор, со-

110 держащий до 30% 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 εr до

3000;

Подгруппа материалы на основе ти-

350.1 таната бария, стронция,

висмута;

Подгруппа материалы на основе ти-

351 таната бария с εг свыше

3000;

Подгруппа материалы на основе ти-

351.1 таната бария, станната и цирконата кальция.

Группа 400 материалы на основе

алюмосиликатов магния

(кордиерит) или бария

(цельзиан), плотные:

Подгруппа кордиерит;

410

Подгруппа цельзиан.

420

Группа 500 материалы на основе

алюмосиликатов магния,

пористые:

Подгруппа

510 материалы на

Подгруппа основе алюмосиликатов

511 магния, пористые термо

Подгруппа стойкие;

512

Подгруппа высококордиеритовый

520 материал, пористый;

Подгруппа высокоглиноземистый

530 материал, пористый, тер­-

мостойкий.

Группа 600 глиноземистые материа-­

лы (муллитокорундовые):

Подгруппа глиноземистый матери-

610 ал, содержащий 50 —65 % 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 x2SiO

2 • 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 (Fe2O

3, 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•А12

O3•6SiO2, натриевый (альбит) Na2O•Al2

O3•6SiO2, кальциевый (анортит) СаО•А12О3

•2SiO2 и бариевый (цельзиан) ВаО•А12О3•2SiO

2. 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 Na2

O в полевом шпате, тем лучше свойства керамики.

В связи с ограниченностью запасов высо­кокачественного полевого шпата для

производ­ства высоковольтных изоляторов используют пегматиты.

Пегматиты представляют собой крупнозер­нистые кристаллические породы —

смесь полевого шпата с кварцем. Химический состав пег­матитов и полевых шпатов

приведен в табл. 6 (см. приложения).

Глинозем — безводный оксид алюминия 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-А12

О3, последняя из которых представляет собой со­единение глинозема со

щелочными и щелочно­земельными оксидами, имеют меньшую плот­ность

(соответственно 3600 и 3300—3400 кг/м3) и более высокие значения

tgδ (≈50•10-4 и 1000•10-4). Технический

глинозем представляет собой в основном γ-А12О3 с

частичным содержанием гидратов глинозема.

При нагреве γ-Аl2О3 переходит в α-А12

О3 с уменьшением объема на 14,3 процента. Для уменьше­ния усадки

керамики при обжиге технический глинозем предварительно обжигают при

темпе­ратуре 1450—1550 °С.

Спектрально чистый корунд плавится при 2050 °С, а изделия из него при

небольшой ме­ханической нагрузке могут быть использованы даже при температуре

до 1800°С.

Для производства электроизоляционной ке­рамики применяются технический

глинозем (шесть сортов), электроплавленный корунд и глинозем особой чистоты в

зависимости от на­значения керамики.

Кальцит — карбонат кальция СаСО3, пред­ставляющий собой

плотный кристаллический агрегат, называется мрамором, а при тонко­дисперсной

структуре — мелом. При нагреве СаСО3 разлагается с выделением СО

2 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 Fe2O

3 не более 0,15 %. Циркон используется в качестве основного компонента в

стойкой к тер­моударам керамике и в виде части кристалли­ческой фазы

цирконового фарфора. В послед­нем случае циркон вводится в состав фарфора

вместо кварца, кристаллическая фаза керами­ки в таком случае представлена

цирконом и муллитом. Химический состав сырья, содержа­щего цирконий, приведен в

табл. 7 (см. приложения)./13/

Сырьевые материалы для производства других видов керамики. Тальк

разных место­рождений имеет состав, близкий к 3MgO•4SiO2•H2

O или 4MgO•5SiO2•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; А1

2О3—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; А1

2О3(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; К2

О—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): F2

O3—7,9; А12О3—13,4; SiO2—52,5; TiO

2—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, Сг

2О3—40÷50% (по массе) и стеклообразующие оксиды SiO

2 — 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 Sb2

O5, 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, Sb

2O5— 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 м

3 с высоким подом, особенно для обжига однотип­ных крупногабаритных

заготовок изоляторов стержневого типа, применение которых позво­ляет

механизировать и трудоемкие технологи­ческие процессы, повысить

производительность труда, сократить цикл обжига, снизить удель­ный расход

энергии, автоматизировать режим и среду обжига.

Печи непрерывного действия дают возмож­ность бесперебойного выпуска готовой

продукции при меньшем расходе топлива. Они значи-тельно экономнее

периодических печей. Условия труда обслуживающего персонала значи­тельно

лучше, чем при работе на периодических печах.

Туннельные печи дают возможность для механизации и автоматизации процесса

обжига. По этим причинам туннельные печи широко применяются для обжига

большого ассортимен­та изоляторов и являются наиболее перспек­тивными. Для

обжига фарфоровых изоляторов используются туннельные печи нескольких типов

длиной 140, шириной до 2,3 и высотой до 2,2 м. Обжигаемые изделия

устанавливаются в вагонетках, футерованных огнеупорным ма­териалом. Режим

обжига (температурные, га­зовые и гидравлические параметры) по всей длине

печи контролируется контрольно-измери­тельными приборами и во времени

остается по­стоянным.

Основой правильного ведения процесса об­жига является соблюдение температурного

и газового режима (создание нейтральной, окис­лительной или восстановительной

среды). Ре­жим обжига выбирается в зависимости от свойств материалов и размеров

изделий. Фак­тическая температура обжига, изделий может несколько отличаться от

оптимальной, что не отражается на качестве изделий (в пределах интервала

спекшегося состояния). Этот интервал является важной производственной

характеристикой электрокерамического материа­ла: для разных материалов он

находится в пределах 10—80 К. Температура обжига для различных керамик

составляет 1100—2000 °С и более./3/

4. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И МЕТАЛЛИЗАЦИЯ КЕРА-МИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Механическая обработка. В современной технике находят широкое применение

керами­ческие изделия, соответствующие жестким тре­бованиям по точности

размеров, форме и чи­стоте обработки поверхности. Обеспечить вы­полнение таких

требований способами обычной керамической технологии не представляется

возможным. Изготовленные изделия всегда имеют незначительные отклонения

размеров от заданных, обусловленные некоторой неста­бильностью усадки в

процессе сушки и обжи­га. Значения усадки зависят как от состава материалов,

так и от некоторых технологиче­ских операций./7/

Для получения керамических изделий, имеющих точные размеры и высокую чистоту

поверхности, используют механическую обработку обожженных изделий путем

шлифова­ния. Для шлифования в основном используют шлифовальные круги и реже

порошки из аб­разивных материалов: алмаза, нитрида бора, карбида кремния,

электрокорунда и др. (см. приложения, табл. 12).

Механическая обработка керамических изделий всеми видами шлифования

осущест­вляется абразивными инструментами из кар­бида кремния и алмаза

различной зернистости. Для шлифовки применяют шлифовальные кру­ги, головки,

бруски и сегменты соответст­венно шлифуемой поверхности.

Максимальная рабочая скорость абра­зивного инструмента обусловливается типом

связующего материала. Так, для алмазного шлифовального круга на керамическом

связую­щем рабочая окружная скорость составляет 25 м/с, а на

фенолформальдегидном — до 35 м/с.

Для обработки керамических изоляторов, обладающих высокой твердостью и

хруп­костью, наиболее эффективным является ал­мазный инструмент на

металлическом и фе­нолформальдегидном связующем. Алмазный абразивный

инструмент на металлическом свя­зующем используется в основном для черно­вого

шлифования керамики, а на фенолфор­мальдегидном связующем — для

окончатель­ного, чистого шлифования.

Алмазные круги на металлическом связу­ющем имеют более длительный срок

службы. Для черновой обработки керамических изде­лий используют

крупнозернистые абразивные круги, а для окончательной чистовой обработ­ки

поверхности применяют тонкозеристые аб­разивные инструменты.

Для шлифования керамических изделий используют обычные металлообрабатывающие

станки: токарно-винторезные со шлифовальной головкой, токарно-карусельные,

шлифовально-карусельные, универсально-шлифовальные и др. Крепление

керамических изделий на станке производится при помощи специальной

технологической оснастки, обеспечивающей прочное и безопасное положение

детали в работе.

Режимы шлифования керамических изделий зависят от свойств керамического

материала, от показателей используемого абразивного инструмента и

устанавливаются экспериментально. При черновой обработке изделий в

большинстве случаев толщина слоя, снимаемого шлифовкой за один проход,

составляет примерно 0,25 мм, а при чистовой — 0,005— 0,025 мм.

Для охлаждения в процессе шлифования применяют 2—5 %-ный водный раствор

кальцинированной соды, который подают со ско­ростью 20 л/мин.

При круглом шлифовании наружной по­верхности изоляторов цилиндрической формы

обрабатываемый изолятор и шлифовальный круг вращаются в одну сторону, а при

обра­ботке круглых внутренних поверхностей кера­мических изделий шлифовальный

круг и обра­батываемая деталь вращаются в противопо­ложные стороны. Шлифование

торцевых по­верхностей цилиндрических изделий может производиться на

плоскошлифовальном станке с использованием соответствующей оснаст-ки./10

/

Металлизация керамики. Металлические покрытия на поверхности керамики

могут слу­жить электродами конденсаторов, испытуемых образцов, витков катушки

индуктивности или промежуточным слоем для соединения кера­мики с металлической

арматурой посредством пайки.

Металлические покрытия керамики можно осуществлять методами вжигания

металлосодержащей краски (пасты), испарения и кон­денсацией металла (серебра,

золота, никеля, палладия и др.) в вакууме, химического осаж­дения,

шоопирования и др.

Металлические покрытия должны обла­дать хорошей электропро-водностью

(особенно для высокого напряжения высокой частоты) при малой толщине

электродного слоя. Для таких покрытий чаще всего применяют благо­родные

металлы (в основном серебро и пал­ладий), устойчивые к окислению. Покрытия,

предназначенные для последующей пайки с металлической арматурой, производятся

из тугоплавких металлов в сочетании с различ­ными добавками.

Вжигание паст — наиболее распростра­ненный способ металлизации. Основным

ком­понентом металлосодержащей пасты является окись серебра, азотнокислое

серебро или тон­кодисперсный порошок металлического сереб­ра. Для спекаемости

покрытия и хорошей адгезии по отношению к поверхности керамики в пасту

вводятся 5—7 % (по массе) плавней в виде борнокислого свинца, оксида висмута

или других соединений висмута. Компоненты пасты смешиваются с органическими

связую­щими, представленными раствором канифоли в скипидаре или смесью

скипидара с касторо­вым маслом до получения однородной массы. Паста,

изготовляемая промышленностью на специализированных заводах, содержит 55— 70

% (по массе) металлического серебра.

Нанесение серебряной пасты на керамиче­ские изделия производится вручную

кисточкой, пульверизатором, окунанием, а в массовом производстве —

шелкографией. Нанесенные покрытия сушат при температуре 80—150 °С в термостатах

или в проходных сушилках. Об­жиг производится при температуре 750—850 о

С в муфельных или проходных печах в воздуш­ной среде. В процессе обжига покрытия

в ин­тервале температур 200—400 °С, т. е. при вы­горании органической связки,

подъем темпера­туры должен быть замедленным во избежание вспучивания покрытия и

образования трещин на металлизированной поверхности. Режим вжигания серебряной

пасты устанавливается экспериментально. Он зависит от нагревостойкости

керамики, размеров и конфигурации металлизируемого изделия. Длительность

про­цесса может составлять 5—35 ч.

Толщина однократно металлизируемого слоя серебра составляет 3—10 мкм. В

случае необходимости для получения покрытия с бо­лее толстым слоем деталь

металлизируют 2 — 3 раза, проводя последовательно вжигание каждого

нанесенного металлизированного слоя. Толщина металлизирующего слоя на

из­делиях среднего размера составляет 40 — 50 мкм.

Металлизация составами на основе туго­плавких металлов применяется для различных

вакуум-плотных керамических изделий из фар­фора, стеатита, форстерита и

корундовой ке­рамики. В металлизирующий состав входят различные добавки:

марганец, железо, крем­ний, оксиды металлов — А12О3, ТiО

2, 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.