книги из ГПНТБ / Аветиков В.Г. Магнезиальная электротехническая керамика

находятся на уровне высокочастотных стеатитовых мате­ риалов, отвечающих требованиям ГОСТ 5458-64 к мате­ риалам класса VII. В отличие от стеатитовых материалов форстеритовая керамика имеет больший ТКЛР, около 8 - ІО-6 °С“1 в интервале температур 20—100°С. По этой

имеет материал Ф-58 с наибольшим содержанием фор­

териалы Ф, ФС-5Л и ЛФ-П, в составе которых меньше форстерита и больше примесей, чем в материале Ф-58, характеризуются меньшим значением и ростом ТКЛР при повышении температуры до 500 °С (рис. 3-2). Пред-

ставляет интерес, что материалы ФС-5Л и ЛФ-П при­ ближаются по температурному коэффициенту линейного расширения к титану при высоких температурах (вплоть до 900 °С), что выгодно отличает их от других форстеритовых материалов при использовании для конструкции, где керамика соединяется с металлом. Чем больше соот­ ветствуют друг другу керамика и металл по ТКЛР, тем меньшие напряжения возникают в спае между ними и тем больше термомеханическая прочность такого спая.

Рис. 3-3. Зависимость ТКЛР а марганцевого форстерита с различным содержанием МпО и титана от температуры.

Хорошие результаты по сближению ТКЛР форстерита и титана [Л. 89] дает частичная или полная замена MgO в составе форстерита на МпО. По мере увеличения содержания МпО в такой форстеритовой керамике, называемой марганцевым форстеритом, и уменьше­ ния MgO ее ТКЛР снижается и приближается к ТКЛР титана. Лучшие результаты в этом отношении дает полное замещение двух молекул MgO двумя молекулами МпО (рис. 3-3).

Для изготовления керамики типа марганцевого форстерита используют чистые окись магния, окись марганца или их углекис­ лые соли и тонкозернистый кремнезем. Марганцевый форстерит мо­ жет быть также изготовлен из природных сырьевых материалос. талька, песка, глины, каолина. Окись марганца в таком случае вводится в состав шихты в виде технического углекислого марганца. В качестве минерализаторов для снижения температуры спекания марганцевого форстерита, помимо глинистых материалов, применяют

Свойства марганцевых форстеритовых материалов

различные окислы металлов. В табл. 3-5 і[Л. 89] и 3-6 приведены составы марганцевого форстерита и его свойства.

В наибольшей степени по тепловому расширению соответствуют

Различиями в химическом и минералогическом соста­ ве форстеритовых материалов объясняется также неоди-

маковая зависимость их удельного объемного электри­ ческого сопротивления рѵ от температуры. При повыше­ нии температуры значительно снижается рѵ форстерита и форстеритовых материалов от ІО14—ІО15 ом-см при 100°С до ІО8—Юі0 ом-см при 500°С (рис. 3-5). Более

ИИстых измельченных порошков с размером зерен менее 30 мклі К обжигались при температурах, приведенных в табл. 3-7.

составе избыточной окиси магния (материалы Ф-6—Ф-9) и особенно кремнезема (материалы Ф-1—Ф-4) значительно повышает его элек­ тропроводность (табл. 3-7 и рис. 3-6).

аналогичен составу газов для стеатита. Совокупность указанных выше свойств позволяет успешно применять форстеритовую керамику в электровакуумной технике.

Для приготовления форстеритовой массы, пригодной для изготовления изделий прессованием, вначале получа­ ют искусственный ортосиликат магния из магнезита (70%) и кварцевого песка (30%). После совместного тонкого измельчения, обезвоживания и сушки шихты по­ лучают порошок, который обжигают в электрической печи при 1 340—1 345 °С. Примерный состав шихты сле­ дующий, мае. % : синтезированный ортосиликат магния— 86—88; глинозем — 8—9; углекислый барий — 3—4.

Форстеритовая керамика после окончательного об­ жига в туннельной печи с силитовыми нагревателями при температуре 1 335—1 340 °С имеет следующие физикотехнические характеристики: объемная масса — 2,8 г/сж3; предел прочности при статическом изгибе — 1 800 гсгс/сж2; ТКЛР в интервале температур 20—600 °С—9,75 • 10—6 “С-1; е при частоте 10е гг* и температуре 20 °С — 5,5—6,5 “О 1’ tg ô = (3-н5) • ІО“4.

Приготовление массы

Основными сырьевыми материалами форстеритовой керамики являются тальк и окись магния.

Содержание окиси магния'и кремнезема в тальке и окиси магния в магнезии (магнезите) может изменяться. Поэтому при составлении каждой партии шихты необхо­ димо производить расчет требуемого количества кристал­ лообразующих окислов по данным результатов химиче­ ского анализа талька и окиси магния (магнезита), что­ бы обеспечить образование необходимого количества форстерита. Кремнезем, содержащийся в глинистых ма­ териалах (пластичной глине, бентоните), вводимых обыч­ но в небольшом количестве, в расчет не принимается. Введение MgO в большем количестве, чем это требуется по расчету, приводит к образованию повышенной пори­ стости и снижению механической прочности керамики.

Исходные каменистые материалы шихты: тальк, маг­ незит, ашарит и др. очищают от поверхностных загряз­ нений, промывают проточной водой, сушат на воздухе и затем дробят на щековой дробилке и бегунах с гранит­ ными катками и решетчатым подом. Диаметр отверстий в поду бегунов 3—4 мм. Раздорбленные материалы про­ пускают через электромагнитный сепаратор. При введе­ нии в шихту форстеритового материала обожженного талька его термическая обработка производится перед дроблением.

Для изготовления форстеритовых изделий можно при­ менять тальки различной структуры как зернистые, так и пластинчатые. Структура применяемого талька не ока­ зывает сколько-нибудь заметного воздействия на качест­ во и свойства форстеритовых изделий, вырабатываемых по непластичной технологии. В процессе прессования или горячего литья под давлением чешуйки талька в полу­ фабрикате изделия располагаются хаотично. В этом случае не создается ориентированная структура распо­ ложения чешуек талька, как при изготовлении изделий из пластичной массы в результате ее протягивания через вакуумные или мундштучные прессы. Как известно, ори­ ентированная структура заготовки отрицательно сказы­ вается на некоторых свойствах керамических материа­ лов. Подробные сведения по этому вопросу изложены в § 2-3.

После указанной подготовки каменистых материалов производят совместный тонкий помол всех компонентов шихты до остатка «а сите с сеткой № 0056 0,3—0,5%. Помол шихты форстеритовых материалов производят в шаровых или вибрационных мельницах. Футеровка мельниц выполнена плитами из керамического материа­ ла с большой механической прочностью и малой истирае­ мостью типа ультрафарфора. В качестве мелющих тел при помоле в шаровой мельнице применяют шары из ультрафарфора, а в вибрационных мельницах также и стальные шары. В последнем случае размолотый поро­ шок необходимо подвергать магнитной сепарации для полного удаления намолотого железа.

Помол форстеритовой массы в шаровых мельницах продолжается до 20 ч при влажности около 50% и соот­ ношении размалываемого материала и мелющих тел, равном 1:1. Необходимо учитывать, что при приготов­ лении форстеритовых масс, содержащих окись магния в активной форме, влажность шликера при мокром из­ мельчении должна быть более высокой, чем при исполь­ зовании других магнийсодержащих минералов, например магнезита. Это вызвано способностью окиси магния к ги­ дратации и снижением вследствие этого влажности шли­ кера. Размолотый шликер пропускают через электромаг­ ниты, обезвоживают и сушат до остаточной влажности не более 1%. Высушенную массу дробят и просеивают через сито с сеткой № 063.

Более эффективный сухой помол осуществляется в течение 1,5—2 ч в вибрационных мельницах при соот­ ношении между керамической массой и шарами, равном 1 :6, в случае применения для помола стальных шаров. Время помола как в шаровой, так и вибрационной мель­ ницах для получения форстеритовой массы заданного зернового состава зависит от емкости мельницы и со­ става массы и в каждом отдельном случае устанавли­ вается экспериментально. Порошок, полученный сухим помолом, после магнитной сепарации непосредственно применяют для изготовления пресспорошка.

Прессование

Форстериговые материалы содержат мало глинистых компонентов и применяются в основном для производст­ ва малогабаритных изделий с точными размерами. По­ этому изделия из этих керамических материалов изго-

кислота ускоряет помол форстеритового порошка благо­ даря расклинивающему действию при ее проникновении в микротрещины, имеющиеся в зернах размалываемого порошка. Являясь поверхностно-активным веществом, олеиновая кислота играет важную роль при получении термопластичного шликера для горячего литья под дав­ лением из любых керамических масс, в том числе и форстеритовых (§ 2-3,в). Введение олеиновой кислоты при помоле минерального порошка уменьшает количество необходимой термопластичной связки для получения шликера с хорошими литейными характеристиками. Не­ обходимое количество олеиновой кислоты устанавливает­ ся экспериментально: чем больше дисперсность мине­ рального порошка, тем больше требуется олеиновой кислоты, необходимой для образования мономолекулярного слоя вокруг каждой из частиц минерального порошка.

Термопластичную связку, состоящую из парафина (около 10—12%) иногда с небольшими добавками пче­ линого воска или стеарина (1—2%), расплавляют при 70—80 °С и вводят в сухой нагретый минеральный поро­ шок, содержащий олеиновую кислоту. Минеральный по­ рошок и связку тщательно (2—4 ч) перемешивают при температуре 70—80°С в смесителе или непосредственно в литейном аппарате при разрежении 740—750 мм рт. ст. до возможно более полного удаления из шликера воз­ духа. Изделия из вакуумированного шликера имеют большие плотность, механическую прочность в полуфаб­ рикате и меньшую пористость. Весьма важно при этом отсутствие крупных раковин на поверхности изделий и в изломе, особенно при получении вакуумно-плотных из­ делий.

Изделия из вакуумированного шликера отливают на литейном аппарате при температуре 70—80 °С и избы­ точном давлении воздуха 2—3 кгс/см2. Связку из отли­ тых изделий удаляют в тонкодисперсной засыпке мине­ рального вещества, инертного к материалу изделий в условиях термической обработки. Для этой цели чаще всего используют технический глинозем, реже магнезию «уста» или высокообожженный при 1 300—1 350 °С тонко­ молотый тальк.

Известны три способа удаления связки. По первому способу связку удаляют в засыпке, плавно повышая температуру со скоростью 30—50 °С в час до 150—200 °С,