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

Требования по ОСТ 16.0.503.001-71 к отечественным кордиеритовым материалам

цов для испытаний, способ их изготовления и методику проведения испытаний.

Форстеритовая керамика согласно стандарту США от­ вечает требованиям к материалам класса L-6 JAN-1-10. Форстеритовая керамика имеет более высокий темпера­ турный коэффициент линейного расширения, чем стеа­ титовая. По температурному коэффициенту линейного расширения форстеритовая керамика приближается к не­ которым металлам. Это обстоятельство имеет свои преи­ мущества при необходимости получения надежных ваку­ умно-плотных спаев металла с керамикой. Близость температурных коэффициентов линейного расширения керамики и металла имеет существенное положительное значение при получении конструкций с малыми напряже­ ниями в спае керамика — металл и большой термомеха­ нической прочностью. Форстеритовая керамика исполь­ зуется в радиоэлектронной промышленности для изго­ товления различного рода плат, корпусов, оболочек вакуумных ламп (триодов) и других изделий.

В .последнее десятилетие большой спрос на изделия из кордиеритовой термостойкой керамики вызвал расши­ рение их производства. Кордиеритовые материалы, исполь­ зуемые в СССР для производства изделий различного на­ значения, отвечают требованиям ОСТ 16.0.503.001-71 «Материалы кордиеритовые керамические электротехни­ ческие. Технические требования. Методы испытаний». Согласно этому стандарту материалы по техническим ха­ рактеристикам делят на три группы. Некоторые требо­ вания, предъявляемые к кордиеритовым материалам оте-

Требования зарубежных стандартов к кордиеритовым

С целью пластификации массы и снижения темпера­ туры спекания стеатитовой керамики в шихту вводят высокопластичные сырьевые материалы: глины, каолины и бентониты. Для значительного снижения температуры обжига и получения стеатитовой керамики е требуемыми свойствами в массу вводят добавки плавней и минера­ лизаторов. К числу таких добавок относятся: витерит, мел, мрамор, магнезит, углекислый стронций, окись цин­ ка, двуокись циркония и др.

Взависимости от шихтового состава массы бывают пластичные, малопластичные и непластичные. Пластич­ ные стеатитовые массы применяются для изготовления изделий по пластичной технологии, полусухим и мокрым прессованием, малопластичные — сухим прессованием и иепластичные — горячим литьем под давлением.

Втабл. 2-1 приведен шихтовый состав типовых стеа­ титовых масс, предназначенных для изготовления изде­ лий по различной технологии.

Наиболее широкое применение для производства крупногабаритных изоляторов в отечественной промыш­ ленности нашли стеатитовые массы СПК-2 и ТКП. Стеа­ титовая масса СПК-2 состоит из 55,5% онотского талька, обожженного при 1350 °С, 20% сырого онотского талька,

Т а б л и ц а 2-1

Шихтовый состав типовых стеатитовых масс, мае. %

~

длительному хранению. Водопоглощение плотной (спекшейся) борацитной керамики К-1, не содержащей углекислого бария, после 10 обжигов при 1 350 °С и хранения в течение ПО суток составляет 1,78%, а керамики К-1 с добавкой углекислого бария—0,07%.

6) Минералогический состав стеатитовой керамики

Минералогический состав стеатитовой керамики опре­ деляют методом петрографического, рентгеноструктурно­ го и термического анализов, а также расчетом. При пет­ рографическом анализе микроструктуру и минералогиче­ ский состав стеатитовой керамики исследуют на прозрач­ ных шлифах в поляризованном свете, на полированных шлифах в отраженном свете и в порошковых препаратах иммерсионным методом. Показатель светопреломления стекла (N ) определяют с точностью ± 0,002-^0,003.

Рис. 2-1. Микрофотография образца пластичного стеа­ титового материала, свет простой, увеличение 500.

Стеатитовая керамика по данным петрографического анализа отличается плотной, мелкокристаллической, од­ нородной структурой (рис. 2-1). Основными фазами стеа­ титовой керамики являются метасиликат магния (MgOX ХЭіОг), стекло и газообразная фаза. Помимо того в стеатитовой керамике в виде отдельных зерен содер­ жатся кварц, кристобалит, форстерит, муллит, шпинель, а также в некоторых случаях псевдоморфозы по тальку. Наличие в стеатитовой керамике метасиликдта магния (60—70%) — один из основных факторов, обусловливаю-

; АСЬ.-ІОГО 3 • Л '

щий присущие ей низкие диэлектрические потери и вы­ сокую механическую прочность.

Метасиликат магния в процессе обжига и охлаждения стеатитовой керамики претерпевает полиморфные пре­ вращения. В результате этого в материале образуются различные модификации метасиликата магния, главным образом протоэнстатит, клиноэнстатит и изредка энстатит. Часто метасиликат магния представлен одновремен­ но двумя или тремя модификациями. Наличие той или иной модификации метасиликата магния оказывает зна­ чительное влияние на свойства стеатитовой керамики.

Методом петрографического анализа не всегда удается уста­ новить модификации меі асиликата магния, так как они мало отли­ чаются по показателям преломления. Поэтому в течение длительного времени этот вопрос не был достаточно ясным. В последние юды модификацию MgO • SiCb определяют только по погасанию кристал­ лов призматического габитуса, так как клиноэнстатит имеет косое погасание (Ng ~ 30°), а протоэнстатит — прямое. При наличии кри­ сталлов MgO • Si02 изометрической формы установление их моди­ фикации петрографическим методом невозможно.

Метод петрографического анализа позволяет определить коли­ чество стекла в стеатитовой керамике с точностью ±3% . Определе­ ние произодится в полированных шлифах, протравленных 20%-'Ным раствором КОН в течение 20 мин. В результате такой обработки стекло темнеет и отличается от кристаллической фазы. Количество стекла подсчитывается точечным методом под микроскопом (в объ­

емных процентах).

В табл. 2-2 приведена микроструктура и фазово-ми­ нералогический состав некоторых типовых отечественных

Таблица 2-2

Микроструктура и фазово-минералогический состав стеатитовой керамики1

1 По данным петрографического анализа.

стеатитовых материалов, имеющих промышленное значе­ ние. Стеатитовые материалы ТК-21, СПК-2, СПК-5 яв­ ляются пластичными, СНЦ и СК-1 — непластичными.

Помимо указанных в табл. 2-2 фаз рассматриваемая стеатитовая керамика, по данным петрографического анализа, содержит отдельные кристаллы кварца, кристобалита и псевдоморфозы по тальку, не нарушающие однородность ее структуры. Стекло распределяется в шлифах равномерно, окружая зерна и агрегаты мета­ силиката магния прожилками толщиной до 1 мкм.

Более надежным методом определения модификаций метасилика­ та магния по сравнению с петрографическим является рентганоструктурный анализ. Для идентификации модификаций MgO ■Si02 необходимо производить рентгеиоструктурный анализ обожженных образцов без их измельчения, так как в результате механического воздействия может произойти полиморфное превращение протоэнстатита в клиноэнстатит. Поэтому при использовании порошковых препаратов для рентгеноструктурного анализа в стеатитовой кера­ мике, как правило, устанавливают наличие только клиноэнстатита. Другие кристаллические фазы в случае их присутствия в малых количествах (до 2—3%) определяют только петрографическим ана­ лизом, а при большем содержании — петрографическим или рентге­ ноструктурным анализом.

Данные рентгеноструктурного анализа, произведенно­ го на ионизационной установке УРС-50И, свидетельст­ вуют о наличии в образцах различной стеатитовой .кера­ мики одновременно протоэнстатита и клиноэнстатита, а также кристобалита (кроме керамики СК-1).

в] Химический состав стеатитовой керамики

Химический состав стеатитовой керамики определяют по общепринятой методике анализа силикатных материа­ лов или расчетным методом. Расчет химического состава стеатитовых материалов производится по данным хими­ ческого анализа исходных сырьевых материалов шихты в пересчете на прокаленное вещество. В табл. 2-3 при­ веден химический состав некоторых типовых отечествен­ ных пластичных (ТК-21, ТКП, СПК-2 и СПК-5) и непла­ стичных (СНЦ, СК-1) стеатитовых масс.

В настоящее время отсутствуют методы исследований, позво­ ляющие определить экспериментально химический состав фаз, при­ сутствующих в стеатитовой керамике. Это относится главным обра­ зом к составу стеклофазы; ее количество определяют методом пет­ рографического анализа. Состав стеклофазы рассчитывают. Количе­ ство метасиликата магния определяют как разность: 100 — количе­ ство стекла, мае. %. Как показывают данные табл. 2-3, стеатитовые материалы имеют многокомпонентный состав. Отсутствие диаграмм