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:
Таблица 1. Фазовый состав и основные свойства электрофарфора
|Показатель |Фарфор |
| |твёрдый |с повышенным |кристобалитовый |корундовый |
| | |содержанием | | |
| | |муллита | | |
|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 |70 |120 |110 |170-220 |
|изгибе, МПа | | | | |
|Ударная |1,5 |2,0 |2,2 |2,5 |
|вязкость, | | | | |
|кДж/м2 | | | | |
|Электрическая |30 |35 |35 |35 |
|прочность, | | | | |
|МВ/м | | | | |
Таблица 2. Основные классы электротехнических материалов соот-ветственно
применению
|Класс |Применение |Вид керамики |Характерные |
| | | |особенности |
|1 |Изоляторы для |Электрофарфор и |Хорошие |
| |ус-тройств высокого и |глиноземистый фарфор |электромеханические |
| |низкого напряжения, | |свойства, |
| |низкой частоты | |возмож-ность |
| | | |изготовления |
| | | |изоляторов любых |
| | | |размеров |
|2 |Низкочастотные и |Стетит, ультрафарфор,|Небольшое значение |
| |вы-сокочастотные |корундо-муллитовая |?r |
| |изоля-торы и |керамика, | |
| |конденсаторы малой |цельзиановая керамика| |
| |ёмкости | | |
|3 |Конденсаторы высо-кого|Рутиловая, |Высокое и очень |
| |и низкого напря-жения,|перовскитовая, |вы-сокое значение |
| |высокой и низ-кой |титано-циркониевая |?r, за-данное или не|
| |частоты |керамика, |регла-ментированное |
| | |стронций-висмутовый |зна-чение ТК? |
| | |титанат, | |
| | |алюминат-лантановая | |
| | |керамика | |
|4 |Термодугостойкие узлы:|Кордиерит, |Высокая |
| |искрогаситель-ные |литий-содержащая, |механи-ческая |
| |камеры, основа-ния |высокоглиноземистая и|стойкость при |
| |нагревательных |цирконовая кера-мика |нагреве и стойкость |
| |элементов и | |к термоударам |
| |проволоч-ных | | |
| |резисторов, изоля-торы| | |
| |в вакуумных приборах | | |
|5 |Высоконагревостойкие |Керамика на основе |Высокие |
| |изоляторы |чистых оксидов |электри-ческие |
| | |алю-миния, магния, |свойства при высокой|
| | |бе-риллия и т. д. |температу-ре, |
| | | |высокая |
| | | |тепло-проводность |
|6 |Резисторы |Смесь керамики с |Повышенная и |
| | |са-жей или графитом; |высо-кая |
| | |керамика на основе |электропровод-ность,|
| | |смешанных кристал-лов|линейная и |
| | |оксида цинка и |нелинейная |
| | |оксидов металлов с |вольт-амперные |
| | |переменной |харак-теристики |
| | |валент-ностью | |
Таблица 3. Огнеупорные глины
|Место-рож-|Содержание оксидов, % |Потери |
|дение | |при |
| | |прокали-в|
| | |ании, % |
| |SiO2 |Al2O3+TiO2 |Fe2O3 |CaO |MgO | |
|Онот-ский |60,22-62,|0,01-1,63 |0,41-1,0|Следы-0,5|31,02-32,|5,9-4,92 |
| |28 | |9 | |99 | |
|Шабров-ски|57,66-58,|Следы-0,87 |2,81-3,6|Следы-0,1|31,95-32,|7,06-6,25|
|й |65 | |5 |9 |5 | |
|(флотиро-в| | | | | | |
|анный) | | | | | | |
|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-тейс|60,7-63,8|0,04-0,09 |0,09-0,3|0,36 |31,8 |4,6-4,7 |
|кий | | | | | | |
Таблица 9. Показатели диоксида титана различных модификаций
|Моди-фик|Сингония |Кажу-щ|Твёр-д|Показатель |Тем-пера-т|TKl, |?r |
|ация | |аяся |ость |прелом-лени|ура |10-7 | |
| | |плот-н|по |я света по |пере-хода |К-1 | |
| | |ость, |Мо-осу|двум |в ру-тил, | | |
| | |кг/м3 | |направ-лени|0С | | |
| | | | |ям | | | |
| |TiO2 |SiO2 |Fe2O3 |SO3 |P2O5 | |
|Конден-са|?99,0 |0,28 |?0,10 |?0,05 |0,5 |- |
|торная | | | | | | |
|Пигмент-н|94-98 |- |- |- |0,02-0,05|- |
|ая | | | | | | |
|Лигатур-н|?99,5 |- |0,13 |0,04 |0,05 |0,5 |
|ая | | | | | | |
|Специ-аль|?99,5 |0,2 |0,1 |0,04 |0,05 |0,3 |
|ная | | | | | | |
Таблица 11. Электрофизические показатели стеклоэмалей
|Номер |104 tg? при|?, |TK?, |?r |Температура, 0С |
|стекло-эма| |Ом·м, |10 К-1| | |
|ли | |при | | | |
| | |2000С | | | |
| |200С |2000С | | | |Размягче-ни|Каплеобра-зовани|
| | | | | | |я |я |
|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, |Твёрдость |Микротвёрдость, |Модуль |ТКl,|
| |кг/м3 |по Моосу |ГПа |упругости,|10-6|
| | | | |ГПа |К-1 |
|Алмаз |3490-3540 |10 |10 |90 |0,9-|
| | | | | |1,45|
|Кубический |3440-3490 |9,9 |9,25 |72 |2,1-|
|нитрид бора | | | | |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 |98 |
| |Железо |2 |
|Форстеритовая керамика |Молибден |96 |
| |Марганец |4 |
|Коррундомуллитовая |Молибден |80 |
|керамика УФ-46 |Марганец |10:20 |
|Корундовая керамика |Алюмосиликатный |10 |
| |плавень* |74 |
| |Молибден |15 |
| |Марганец |5 |
| |Борид молибдена |6 |
| |Глазурь | |
* 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.
-----------------------
Рис. 1. Технологическая схема производства электрокерамических изделий
Очистка от песка
Контроль
Глазурование (легко-плавкими глазурями)
Шлифование
Обжиг
Глазурование
Механическая обработка
Спекание
Сушка
Мудштучное прессование
Обтачка
Литьё
Смеситель
Бункер
Вакуум-пресс
Сухое прессование
Воздушный классификатор
Сито
Бегунковая дробилка
Предварительное прессование
Сушка
Влажное прессование
Вибросито
Дезинтегратор
Смеситель
Бегунковая мельница
Сушка
Пресс-фильтр
Мембранный насос
Смеситель
Вибрационное сито
Магнитный сепаратор
Барабанная мельница
Дробилка
Сырьё
