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

производят на литейном аппарате в металлические формы при давЛё-

иии 3—4 кгс/'см2 с выдержкой под давлением в течение 1—2 мин. Связку из отлитых изделий удаляют в засыпке из технического

глинозема в шамотных коробах в несколько стадий: нагревают пред­

верхности изделий образуется плотная корка из глинозема, пропитан­ ного парафином. Дакая корка препятствует достаточно полному уда­ лению связки даже при длительном нагревании и высокой температу­ ре (вплоть до 50 ч при 500 °С).

Продолжительность нагревания при 100—150 °С составляет 15 ч, при 400 °С — около 30 ч, скорость подъема температуры 20—30 °С в час. Применение такого режима дает возможность получить изде­ лия без дефектов (трещин, вспучивания, сколов) с малым остаточным содержанием связки (2—3 мае. %). Необходимость длительного, мно­ гостадийного режима удаления связки вызвана применением тонкодисперсного порошка окиси магния и в результате этого повышенным содержанием связки по сравнению, например, с термопластичными шликерами из стеатитовых, форстеритовых и других керамических материалов (16—20 мае. % связки вместо 8—10 мае. %).

В свою очередь применение тонкодисперсных порошков окиси магния позволяет понизить температуру спекания керамики на ее основе и улучшить некоторые характеристики материала. Упомянутые режимы пригодны для удаления связки из малогабаритных изделий и должны уточняться для изделий разных типоразмеров. Особенно

из керамики подобного типа производится в высокоогнеупорных кап­ селях на подставках из обожженной окиси магния в камерной печи периодического действия или туннельной печи в строго окислитель­ ной газовой среде при конечной температуре 1 850—1 950 °С. Шликер для литья изделий в гипсовые формы получают из тонкодисперсной, обожженной и размолотой окиси магния. Так как даже обожженная окись магния гидратируется, для литья изделий приготавливают сус­ пензию с щелочной реакцией на основе безводного спирта.

Горячее прессование

Горячим прессованием из окиси магния изготавливают малога­ баритные изделия с большой плотностью, приближающейся к теоре­ тической. Прессование производят из тонкодисперсных порошков окиси магния без специальных связующих добавок (Л. 144, 168]. По­ рошок окиси магния засыпают в графитовую пресс-форму, состоящую из матрицы и внутреннего пуансона (электрода). Для изготовления пресс-форм применяют высококачественный графит с большой плот­ ностью и возможно большей механической прочностью.

Прессование можно производить на гидравлических пресса*. При горячем прессовании порошок окиси магния подвергается одновремен­ но воздействию давления и повышенных температур в результате прохождения электрического тока. Температуру замеряют оптическим пирометром или термопарами, предназначенными для замера темпе­ ратур в восстановительной газовой среде. Из-за частичного сгорания графита при нагреве пресс-формы образуется окись углерода. По-

srföKiy спекание окиси магния происходит в сильно восстановительной газовой среде. В результате этого отпрессованные изделия сильно науглерожены, о чем свидетельствуют темная окраска и содержание углерода, особенно на поверхностях, соприкасающихся при прессо­ вании с графитом.

Отпрессованные изделия рекомендуется медленно охлаждать в пресс-формах на воздухе. При быстром охлаждении на изделиях из окиси магния возникают трещины. Для удаления углерода охлаж­ денные, извлеченные из пресс-формы изделия прокаливают в окис­ лительной газовой среде при температуре около 1 000 °С.

Уплотнение и спекание окиси магния при горячем прессовании достигается при значительно более низких температурах и давлении, чем при полусухом прессовании, благодаря одновременному воздей­

плотностью (97—99%), близкой к теоретической, могут быть получе­ ны при 'давлении 200—300 кгс/см2, температуре 1 300—1 400 °С и вре­ мени прессования 20—40 мин. Применение более высоких давлений прессования, что позволило бы понизить температуру спекания, огра­ ничено механической прочностью пресс-форм из графита даже самых лучших марок. Получаемые при упомянутых условиях изделия ха­ рактеризуются мелкокристаллической однородной структурой, состоят из кристаллов периклаза, средний размер которых 10—15 мкм. По мере повышения конечного давления и температуры прессования про­ исходит рост зерен периклаза.

5-3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ОБЖИГЕ КЕРАМИКИ ИЗ ОКИСИ МАГНИЯ

а) Спекание окиси магния

При применении в качестве исходных материалов для получения керамики из окиси магния различных ее со­ единений, главным образом солей (табл. 5-1), при их нагревании происходит разложение с выделением окиси магния и газообразных продуктов реакции. Для умень­ шения активности окиси магния, ее гидратации при хра­ нении на воздухе соединения окиси магния (так же как и окись магния) обжигают при 1 100—1 300°С. Такой предварительный обжиг соединений окиси магния так­ же уменьшает усадку изделий при их обжиге до спека­ ния в результате удаления газовой фазы.

Данные о опекаемое™ керамики из окиси магния, из­ готовленной горячим литьем под давлением, в зависи­ мости от применяемого исходного материала приведены в табл. 5-5. Керамика из тонкодисперсной окиси магния уплотняется в большей степени, чем из гидроокиси маг­ ния и основного углекислого магния при одинаковой ко­ нечной температуре обжига.

Т а б л и ц а 5-5

Зависимости рис. 5-13 указывают на то, что керамика из окиси магния ч. д. а. наиболее активно спекается при температурах до 1 750 °С, судя по изменению относитель-

4$

«5J

19

ю.І

17 5

Рис. 5-13. Зависимость от температуры обжига относительной плотности (/), линейной усад­ ки (2), истинной пористости (3) и кажущейся пористости (4) образцов окиси магния, изготов­ ленных горячим литьем под давлением.

ной плотности (отношению объемной массы к плотно­ сти) , пористости и усадки. При 1 750 °С кажущаяся пори­ стость составляет всего 0,4%. При более высоких тем­ пературах спекание замедляется и завершается при 1 950 °С, достигая наиболее высокой относительной плот­ ности (0,96).

На рис. 5-14 изображены зависимости относительной

обожженных до различных температур. Окись магния была предварительно обожжена в брикетах до 1 400 °С и размолота до удельной поверхности около 9 м2/г (раз­ мер зерен 1—0,1 мкм). Полученный порошок был сме-

Рис. 5-14. Зависимость относи­ тельной плотности (1) и линей­ ной усадки (2) образцов оки­ си машин, изготовленных по­ лусухим прессованием, от тем­ пературы обжига.

шан со связкой (5%-ным раствором поливинилового спирта) и отпрессован в образцы.

Рис. 5-15. Зависимость относительной плот­ ности образцов окиси магния от времени и температуры горячего прессования при дав­ лении 35 кгс/см2.

мер зерен с 15—20 до 35—65 мкм в интервале темпе­ ратур 1 300—1 600 °С, что свидетельствует о дальнейшем процессе собирательной рекристаллизации периклаза. Максимально достигнутая относительная плотность спек­ шихся образцов составляет около 0,93.

Влияние давления, температуры и времени горячего прессования на относительную плотность образцов оки­ си магния, как одну из характеристик спекания, показа­ но на рис. 5-15—5-17. Повышение температуры приводит к увеличению размеров кристаллов периклаза, из кото­ рого состоят образцы (с 0,8 мкм при 1 200 °С до 25 мкм

Рис. 5-16. Зависимость относительной плот­ ности образцов окиси магния от времени и температуры горячего прессования при давлении 140 кгс/см2.

при 1 600 °С), и уменьшению размеров этих кристаллов по мере понижения давления прессования. Образцы, от­ прессованные при давлении 35 и 140 кгс/см2 и темпера­ туре 1 600 °С, состоят соответственно из кристаллов пери­ клаза размером 13 и 25 мкм.

Д а в л е н и е , кгс/см г

Рис. 5-17. Зависимость относитель­ ной плотности образцов окиси маг­ ния от давления и температуры го­ рячего прессования.

Относительная плотность образцов при одних и тех же времени и давлении прессования возрастает с повы­ шением температуры от 1200 до 1600 °С. С другой сто­ роны, чем ниже температура, тем сильнее выражена за­

зателя светопреломления с ростом содержания Сг20 3 в твердом рас­ творе.

К добавкам, образующим с окисью магния расплавы эвтектиче­ ского состава, относятся фтористый кальций, окись бора « ее неко­

Составы и температуры образования эвтектик в системах MgO — Т102 и MgO — В20 3

лов периклаза в обожженной керамике от 5—30 до 15—45 мкм. Это является одной из причин снижения механической прочности керами­ ки (табл. 5-4) при использовании добавок Zr02 и CaF2.

Имеются также данные о снижении температуры спекания образ­ цов из ч. д. а. окиси магния, полученных полусухим прессованием

плотность с 0,88—до 0,91—0,94, линейную усадку примерно с 11 до 13—14% и размер кристаллов периклаза с 15—20 до 20—25 мкм. Повышение температуры обжига образцов до 1 600 °С еще больше повышает эти характеристики и способствует значительному увеличе­ нию размера кристаллов периклаза (до 35—65 мкм).

5 мае. %> а датолита до 1—3 мае. % 'дает худшие результаты в отно­ шении спекания окиси магния [Л. 141]. Введение добавок, образую­ щих твердые растворы или расплавы эвтектического состава, в изве­

до 60 мин свидетельствует о прекращении измельчений. Вибропомол в течение 30 мин также эффективно повы­ шает объемную массу образцов полуфабриката, отпрес­ сованных при 500 кгс/см2 и обожженных при 1 600 и 1 750 °С, и снижает их объемную усадку. Кажущаяся по­ ристость уменьшается (рис. 5-18). Увеличение вибропо­ мола до 90 мин по-разному влияет на эти характеристи­ ки образцов; средняя плотность образцов полуфабриката

50

49

48

47

46

45

44'\

ЧзХ

■ta

4г «

41

40

39

38

Рис. 5-18. Зависимость объемной массы образ­ цов окиси магния в полуфабрикате (/), обо­ жженных при 1 60 0 °С (2) и 1 75 0 °С (3 ), объемной усадки при 1 600 °С (4) и 1 750 °С (5) и кажущейся пористости при 1 600 °С (6) от времени вибропомола.

и после обжига практически остается постоянной. Образ­ цы из вибромолотой магнезии в течение 30 и 90 мин спекаются до нулевой кажущейся пористости при 1 700

и1 600 °С, из немолотой магнезии — при 1 750 °С. Усадка образцов, изготовленных из порошков, время

измельчения которых 60 мин, при 1 600 и 1750°С значительно снижается (с 48—50 до 38—39%), затем несколько (примерно на 2%) возрастает —при времени вибропомола 90 мин. Уменьшение усадки образцов — ре­ зультат уплотнения и комкования порошков. Вследствие этого происходит увеличение насыпной массы порошка и объемной массы полуфабриката.