KeramikaReferat (722564), страница 4
Текст из файла (страница 4)
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:
Сырьё
Дробилка
Барабанная мельница
Магнитный сепаратор
Вибрационное сито
Смеситель
Мембранный насос
Пресс-фильтр
Сушка
Бегунковая мельница
Смеситель
Дезинтегратор
Вибросито
Влажное прессование
Сушка
Предварительное прессование
Бегунковая дробилка
Сито
Воздушный классификатор
Сухое прессование
Вакуум-пресс
Бункер
Смеситель
Литьё
Обтачка
Мудштучное прессование
Сушка
Спекание
Механическая обработка
Глазурование
Обжиг
Шлифование
Глазурование (легко-плавкими глазурями)
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
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
