Электроизоляционная керамика

месторождений имеет состав, близкий к 3MgO•4SiO2•H2O или 4MgO•5SiO2•H2O, с

незначительным количеством других оксидов. Лучшие разновидности талька

отличаются малым содержанием СаО (от 0,2 до 1 %) и Fe2O3 (от 0,3 до 0,8 %).

Тальк должен иметь однородный состав без прослоек, а потери массы при

прокаливании не должны превышать 5—7 %.

Химический состав тальков, используемых для производства стеатитов,

приведен в табл. 8 (см. приложения).

Диоксид титана — мелкодисперсный порошок белого цвета с желтоватым

оттенком. Для природного и полученного химическим путем диоксида титана

характерен полиморфизм.

Технические данные диоксида титана приведены в табл. 9, химический

состав — в табл. 10 (см. приложения)./17/

3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

В общем случае технологический процесс производства электрокерамических

изделий можно представить схемой рис. 1 (см. приложения). Для каждого

конкретного случая процесс будет несколько видоизменяться, однако можно

отметить общие для большинства случаев основные этапы производства:

приготовление формовочной массы; оформление заготовок изделий; сушка,

глазурование и обжиг изделий. В некоторых случаях обожженные изделия могут

подвергаться дополнительной механической обработке./5/

Приготовление формовочной массы. Керамическая формовочная масса

характеризуется размерами и распределением частиц; от этого зависят

плотность упаковки, влагосодержание и прочность заготовки до обжига,

технологические свойства материала, а также характеристики обожженных

керамических изделий.

Измельчение компонентов является одним из основных процессов при

приготовлении формовочных масс. Как правило, твердые минеральные компоненты

массы сначала подвергают грубому измельчению в щековых дробилках и на

бегунах, затем просеивают на виброситах для получения заданной фракции,

далее производят мокрый или сухой тонкий помол на ротационных шаровых

мельницах периодического или непрерывного действия. Сверхтонкий помол

производят в струйных мельницах с использованием сжатого воздуха.

Степень измельчения отдельных компонентов массы зависит от требований,

предъявляемых к материалу, размеров изделий и применяемых способов

оформления, сушки и обжига. При измельчении обычно происходит смешение

компонентов массы. Степень измельчения проверяют ситовым и микроскопическим

анализами, а в лабораторных условиях — седиментационным. Для удаления

частиц железа измельченную массу пропускают через магнитный сепаратор.

Обезвоживание водного шликера после мокрого помола производится на

фильтр-прессе под давлением 0,8—3 МПа. Масса, остающаяся между пластинами

фильтра в виде коржей, в зависимости от назначения проходит различную

обработку. При изготовлении масс для пластичной формовки коржи поступают

для переминки в вакуум-прессы, с помощью которых обеспечивается хорошее

извлечение воздуха, окончательная переминка массы и выдавливание ее через

мундштук, придающий заготовкам определенный профиль. Заготовки используются

для формовки изделий пластичными методами.

Для приготовления водного литейного шликера коржи распускаются в

шликерных мешалках в воде с добавкой электролита и доводятся до нужной

влажности. После вакуумирования шликер подается на литье. Безглинистые

массы или массы с небольшим содержанием глинистых веществ (например,

конденсаторные массы с содержанием около 3 % бентонита) не подвергают

обезвоживанию на фильтр-прессе, а используют как литейный шликер после

вакуумировки.

При приготовлении масс, предназначенных для изготовления изделий

методом прессования, коржи с добавкой отходов формовочной массы подвергают

сушке и дроблению. Затем масса просеивается, пропускается через магнитный

сепаратор, вводятся связующие вещества, производится тщательное

перемешивание и приготовляются гранулированные (гранулы размером 0,5—2 мм

отделяют от пыли на соответствующих ситах) пресс-порошки.

В качестве связующего и пластифицирующего вещества в глинистых массах

служит вода, а в безглинистых массах — растворы органических веществ,

например раствор поливинилового спирта, бакелитовой смолы, воскообразные

вещества — парафин, церезин и др.

Для приготовления гранулированного пресс-порошка широко применяют

распылительные сушилки. При этом водный шликер с влажностью 35—50 %

распыляют форсункой или вращающимся диском в башенной сушилке для подсушки

и получения гранул заданной влажности. Шарообразные гранулы (размерами

преимущественно 0,3— 0,5 мм) имеют более высокую текучесть, чем порошок,

получаемый измельчением сухой массы в мельницах ударного действия.

При применении распылительных сушилок достигается существенная экономия

за счет исключения из производственного цикла ряда операций, снижения

трудовых и эксплуатационных затрат.

При приготовлении шликера для горячего литья в металлические формы под

давлением масса предварительно синтезируется, дробится, измельчается в

барабанных или вибрационных мельницах до заданной дисперсности (обычно

удельная поверхность 350—800 м2/кг). Затем вводится парафин с добавкой

олеиновой кислоты в обогреваемую до 70—80 °С лопастную, пропеллерную или

иную мешалку.

Ориентировочное количество связующего, состоящего из 95—97 % парафина и

3—5 % олеиновой кислоты, в шликерах составляет около 10 —15%.

Перед заливкой в формы горячий шликер вакуумируют в аппаратах различной

конструкции./3/

Оформление заготовок изделий. В зависимости от состава, технологических

особенностей приготовления массы, конфигурации, габаритных размеров и

масштаба производства изделий в основном применяются следующие способы

изготовления заготовок: пластичное формование, прессование из пресс-

порошков, литье водного шликера в гипсовые формы, горячее литье под

давлением в металлические формы и высокотемпературное прессование./2/

Пластичное формование относится к важнейшим методам оформления

электротехнических изделий. Этот метод в основном применяется при массовом

производстве различных фарфоровых изоляторов, иногда для изготовления

специальных изделий, стеатитовых, кордиеритовых, конденсаторных,

глиноземистых и др., в том числе и из масс, не содержащих глины, но

пластифицированных органическими связующими.

При изготовлении изделий пластичным формованием керамическую массу

подвергают тщательной обработке, многократной перемешке в ленточном прессе,

вакуумированию.

Сплошные толстостенные трубчатые керамические изделия оформляются из

пластичной массы с помощью мощных вакуум-прессов. Окончательная

конфигурация заготовок достигается пластичным формованием во вращающихся

гипсовых или металлических формах и механической обработкой резанием. Этот

метод применяется при изготовлении крупногабаритных высоковольтных

изоляторов и подобных им изделий. Трубки, оси, стержни с одним или

несколькими каналами и другие изделия с постоянным поперечным сечением

изготавливают из пластичной массы способом протяжки через фильерные

мундштуки на поршневых винтовых, гидравлических или шнековых прессах. Этот

способ является основным для оформления заготовок различной конфигурации

при изготовлении конденсаторов, резисторов и других изделий.

Изделия, не имеющие форму тел вращения, при небольших выпусках

изготовляются методом ручной лепки в гипсовых формах.

Прессование из пресс-порошков является одним из распространенных и

производительных способов изготовления полностью оформленных изделий

заданной конфигурации или заготовок для последующей механической обработки

изделий.

В зависимости от конфигурации прессуемых изделий, степени пластичности

пресс-порошка и требований к изделиям прессование можно осуществлять

различными способами. Так, широкий ассортимент установочных деталей из

стеатита и форстерита, высоковольтные конденсаторы и другие изделия

изготовляются сухим прессованием с применением малопластичных пресс-

порошков с неводными органическими (парафин, смесь парафина с керосином и

др.) или гидроорганическими (водный раствор поливинилового спирта)

связующими. Для малопластичных пресс-порошков в СССР используют 2—5 %-ный

водный раствор поливинилового спирта или 6—14 %-ный раствор парафина в

бензине или керосине.

Штампование применяется главным образом для установочных деталей

различной конфигурации из высокопластичных материалов с большим содержанием

глин (фарфора, радиофарфора, ультрафарфора и т. д.) и добавкой

гидроорганических пластификаторов.

Изостатическое прессование основано на всестороннем обжатии засыпанного

в эластичную форму пресс-порошка или предварительно оформленной каким-либо

способом заготовки жидкостью или сжатым газом. Изостатическое прессование в

резиновой форме путем приложения гидростатического давления жидкости обычно

называют гидростатическим прессованием. Этот способ применяется для

оформления заготовок некоторых видов изоляторов, пьезокерамических

элементов и других подобных изделий. Он обеспечивает получение плотных и

однородных заготовок.

Высокотемпературное прессование применяется преимущественно для

получения некоторых специальных изделий простой формы. Оно заключается в

спекании керамического материала под давлением при высокой температуре в

нагревостойких формах, при этом оформление и обжиг изделий совмещаются в

единой операции. Исходный материал применяется в виде порошков или гранул.

Давление, температура и продолжительность прессования определяются составом

материала, размером и конфигурацией изделий и т. п.

Литье водных шликеров в пористые формы является одним из самых старых

способов оформления керамических изделий. Этот способ широко применяется и

сейчас, главным образом для изделий из специальных видов керамики — для

крупногабаритных керамических конденсаторов, антенных обтекателей, а также

различных изделий сложной формы.

При заливке шликера в пористую, чаще всего гипсовую форму, вследствие

поглощения влаги стенками формы на ее поверхности образуется достаточно

плотный и прочный слой керамической массы.

Различают два основных способа отливки изделий. При сливном способе

после образования на внутренней стороне формы слоя массы требуемой толщины

оставшийся шликер выливается из формы. При наливном способе отфильтрованная

масса заполняет всю полость формы. Для оформления заготовок с внутренней

полостью наливным способом в форму вставляется пористый сердечник.

Горячее литье под давлением применяется преимущественно для

изготовления изделий сложной формы с точными размерами из непластичных

материалов и толщиной стенки не более 10 мм. Литье производится на

специальных аппаратах в металлические формы при температуре 70—80 °С и

избыточном давлении 0,1—1 МПа.

В форму заливается вакуумированный шликер, который поступает под

давлением в полость металлической формы и хорошо ее заполняет.

Затвердевание шликера происходит при охлаждении формы. Метод оформления

изделий очень трудоемок.

Обточка необожженных керамических изделий широко применяется при

изготовлении изоляторов и других изделий, имеющих форму тел вращения.

Заготовки для последующей обточки получают методом протяжки (экструзии)

пластичной массы. В некоторых случаях заготовки могут быть получены и

другими способами — изостатическим прессованием, шликерным литьем и т. п.

Для обточки используют горизонтальные и вертикальные токарные станки,

снабженные специальными резцедержателями. На обточку материал подается либо

в подвяленном (влажная обточка), либо в сухом состоянии (сухая обточка). В

некоторых случаях производится обточка заготовок, прошедших предварительный

(утильный) обжиг./5/

Сушка, глазурование и обжиг электрофарфоровых изделий. Сушка.

Электрофарфоровые изделия, полученные методами протяжки, прессования и

другими методами и прошедшие обточку на станках, содержат 17—18 % влаги;

несколько меньшую влажность имеют заготовки установочных изделий. Для

удаления влаги до остаточной влажности 0,2—2,0 % фарфоровые изделия

подвергаются сушке в сушильных камерах различной конструкции. Чем больше

габаритные размеры и толщина стенки изоляторов, тем меньше должна быть

остаточная влажность./6/

Существуют следующие виды сушки изделий: конвективная, при которой

изделия нагреваются теплым воздухом, уносящим испаряющуюся влагу;

радиационная, при которой лучистая энергия поступает от электрических

нагревателей; радиационно-конвективная, в которой сочетается конвективный и

радиационный нагрев. Этот способ наиболее эффективен при сушке крупных и

средних изоляторов. Сушка токами промышленной и высокой частоты применяется

для провялки крупногабаритных влажных заготовок.

Для сушки используются сушильные агрегаты периодического и непрерывного

действия. Первые, главным образом, используются для крупногабаритных

изоляторов. Для изделий среднего габарита и мелких в основном применяют

сушилки непрерывного действия (конвейерные, туннельные) с большей

производительностью.

По способу нагрева изделий существуют сушилки конвективные,

радиационные и конвективно-радиационные, по способу использования газов —

однократного и многократного насыщения, а также использующие воздух в

замкнутом цикле, по способу движения изделий в сушильных камерах и каналах

— туннельные (с периодическим перемещением изделий) и конвейерные (с

непрерывным горизонтальным или вертикальным). Горизонтальная конвейерная

сушилка представляет собой камеру длиной 8—10, шириной 3—5 и высотой 3—4 м,

вертикальная конвейерная сушилка — камеру длиной и высотой 5—6 м.

Туннельные сушилки непрерывного действия представляют собой камеру длиной

20 — 25, высотой 2,5—3,5 м. Их ширина зависит от количества параллельно

идущих в туннеле вагонеток с изоляторами.

Глазурование. Электрокерамические изделия покрывают тонким (0,1—0,3 мм)

слоем глазури (стекловидный покров), что значительно повышает их

механические свойства, изолирует от воздействия окружающей среды, улучшает

внешний вид и электроизоляционные свойства, обеспечивает самоочистку

изоляторов в процессе эксплуатации.

Химический процентный состав (по массе) глазури, используемой при

изготовлении изоляторов в электротехнической промышленности:

SiO2—66,0—72,2; А12О3—11,7—17,2; RO—5,7—7,7; R2O—4,2—5,4. Для приготовления

коричневых глазурей обычно вместо части кварцевого песка вводят фарфоровый

бой и красители, содержание которых в шихтовом составе составляет 16,0—35,4

%.

Красители для глазурей применяются для придания глазури определенного

цвета. В качестве красителей обычно применяются оксиды железа, хрома,

марганца и др., чаще всего — хромистый железняк, марганцевая руда и

пиролюзит. Содержание красителей в глазури составляет 8—13 %.

Химический процентный состав коричневой глазури: SiO2—65,7—68,3;

А12О3(ТiO2)—13,4—13,8; Fe2O3—2,1—2,3; СаО —3,8—5,1; MgO—3,7—4,7;

Na2O—1,2—2,1; К2О—1,9—2,2; Сr2О3— 2,6—3,1. Сырьем для этих глазурей служат

природные материалы.

В радиотехнической и электронной промышленности для глазурования широко

используются стеклоэмали различных марок с температурой размягчения

560—710°С. Такие стеклоэмали на основе силиката свинца с добавкой оксидов

металлов BaO, Na2O, K2O и др. характеризуются высокими электроизоляционными

показателями, приведенными в табл. 11 (см. приложения).

От качества глазурного покрытия зависит механическая прочность

глазурованных изделий (наличие микротрещин и других дефектов может служить

причиной снижения этого показателя). Возникновение начальных трещин в

глазури зависит от степени гладкости ее поверхности и от обеспечения

состояния сжатия глазури на керамическом изделии. Значения напряжений в

глазурованных изделиях и их распределение зависят от условий обжига и

охлаждения, от соотношения значений ТКl керамики и глазури, от степени

развития промежуточной зоны на контакте керамика — глазурь. Наиболее

существенный фактор — различие в значениях ТКl керамического материала и

глазури. Возникновение цека и отскакивание глазури также зависит от

значения ТКl. Глазурь только тогда повышает механическую прочность

керамики, когда она находится в состоянии сжатия. Когда ТКl глазури больше

ТКl керамики, создается напряжение растяжения, и механическая прочность

керамики снижается. Так, при ТКl глазури (4,5—5,5)/10-6 К-1 прочность при

разрыве глазурованного фарфора составляет 140—130 МПа, а при ТКl глазури

(6—7) • 10-6 К-1 — 120—70 МПа.

Высушенные заготовки изоляторов перед обжигом глазуруются методами

полива, окунания или распыления глазурной суспензии плотностью 1400—1700

кг/м3. Глазурование в зависимости от размеров заготовок изоляторов

осуществляют с применением станков карусельного типа, конвейерных машин и

подъемных устройств для крупных изоляторов.

В проходных и подвесных изоляторах электрическое поле по поверхности

изоляторов неравномерно, а в увлажненных и загрязненных изоляторах степень

неравномерности резко усиливается и приводит к частичным разрядам, а иногда

и к перекрытию. В ряде случаев для выравнивания электрического поля, а

также для защиты от радио- и телевизионных помех применяют изоляторы

полностью или частично покрытые полупроводящей глазурью. Удельное

Страницы: 1, 2, 3