книги из ГПНТБ / Аветиков В.Г. Магнезиальная электротехническая керамика
.pdfдающий размер зерен составляет Ю—20 мкм. В резуль тате помола получают шликер, представляющий суспен зию диспергированных в воде твердых частиц, который подвергают фильтрпрессованию до получения массы с влажностью 18—22%. Полученную после фильтрова ния массу в коржах целесообразно подвергать вылежи ванию при повышенной влажности воздуха для усредне ния влажности, после чего коржи поступают на даль нейшую переработку.
6) Изготовление изделий по пластичной технологии
По пластичной технологии обычно изготавливают крупногабаритные изоляторы. Стеатитовые массы, при годные для производства изоляторов по пластичной тех нологии, имеют в рабочем состоянии при влажности 20—22% предельное напряжение на сдвиг 0,23 — 0,26 кгс/см2, показатель зыбкости, определенный на зыбкомере конструкции ГИКИ, — 8—9, критическую влаж ность, при которой заканчивается усадка полуфабрика та в процессе сушки, 16—18%. Предел прочности при статическом изгибе высушенных образцов полуфабри ката составляет 20—30 кгс/см2.
При изготовлении стеатитовых изоляторов по пла стичной технологии широко используется способ полу чения заготовок вытяжкой пластичной массы из вакуум ных прессов. Пластичную массу с влажностью 18 — 2 2 % дважды вакуумируют при остаточном давлении 2 0 —• 25 мм рт. ст для удаления воздуха. Полученные из ва куумного пресса заготовки подвергают последующей обработке для оформления изоляторов: лепке в гипсо вых формах, формованию и точке, оправке на токарных станках резцами, допрессовке в металлических формах, склейке на шликере стеатитовой массы или глазури. С помощью таких технологических способов из загото вок получают стержневые, крестообразные и распорные антенные изоляторы, такелажные и опорные изоляторы, крупногабаритные опоры под радиомачты, оси, трубы и изоляторы других типов.
Из опыта производства стеатитовых изоляторов в СССР, ГДР, ФРГ, США, ЧССР и др. широко извест но, что, несмотря на дальнейшую технологическую об работку, структура заготовок, полученных вытяжкой из вакуумных прессов, во многом определяет характеристи-
60
ки и качество изоляторов, получаемых из этих загото вок. Однородность заготовки в отношении распределе ния компонентов шихты, влажности, плотности по сече нию и длине обеспечивает в дальнейшем равномерную усадку изоляторов при сушке и обжиге. Последнее спо собствует уменьшению внутренних напряжений, возни кающих при этих процессах, предотвращает появление трещин и поэтому повышает механическую прочность и стойкость к термоударам получаемых изделий. Одно родность структуры заготовок во многом зависит от кон струкции и налаженности работы вакуумного пресса, целесообразной конструкции мундштуков, правильного выбора влажности массы в рабочем состоянии, темпера туры заготовок, выходящих из вакуумного пресса. На грев заготовок свыше 30—40 °G приводит к расслоениям
заготовок и не допускается.
Одним из чрезвычайно важных факторов является структура талька, используемого в составе шихты сте атитовой массы. Для пластичных масс лучшими явля ются тонкозернистые тальки типа жировиков. Исполь зование крупнокристаллических тальков из-за их плас тинчатой структуры ухудшает не только технологиче ские свойства пластичных стеатитовых масс, но и струк туру заготовок, а следовательно, и свойства изоляторов. При вытяжке заготовок из вакуумного пресса пластин ки талька ориентируются в направлении вытягивания, т. е. в направлении наименьшего сопротивления, и заго товки имеют слоистую неоднородную структуру, кото рая отсутствует при применении тальков зернистого строения. В последнем случае расположение зерен таль ка хаотично и структура заготовок более однородна.
Имеются данные |
о |
том, что |
тепловое |
|
расширение |
в направлении, параллельном к |
плоскости |
пластинок |
|||
талька, иное, чем |
в |
перпендикулярном - |
направлении |
||
к пластинкам. Температурный коэффициент линейного расширения пластинок талька в направлении, перпенди кулярном их плоскости, на (0,15—0,3) • ІО“ 6“С- 1 меньше, чем вдоль плоскости пластинок. Поэтому при ориенти рованном расположении пластинок талька вследствие различного ТКЛР в направлении двух осей в заготовке появляются внутренние напряжения, которые при об жиге и шлифовании обожженных изделий приводят к появлению трещин из-за снижения стойкости к термо ударам.
Технологические исследования по опробованию при родной порошковидной и плотной крупнокристалличе ских разновидностей талька Киргитейского и других месторождений в составе пластичных стеатитовых ма териалов типов ТК-21 и СПК-2 взамен тонкозернистого онотского талька показали, что при этом ухудшаются технологические и некоторые физико-технические харак теристики стеатитовых материалов. Введение в стеати товые массы типов ТК-21 и СПК-2 вместо онотского талька порошковидной разновидности киргитейского талька снижает их пластичность, судя по увеличению
предельного напряжения |
сдвига для |
массы типа ТК-21 |
с 0,26 до 0,42 кгс/см2, а |
для массы |
типа СПК-2 с 0,24 |
до 0,28 кгс/см2. Замена онотского талька плотной разно видностью киргитейского талька оказывает еще более отрицательное влияние на технологические свойства сте атитовой масы типа СПК-2: сообщает массе большую
зыбкость, |
увеличивает |
предельное напряжение сдвига |
с 0,24 до |
0,48 кгс/см2, |
повышает рабочее водосодержа- |
ние с 20 до 25%, уменьшает прочность полуфабриката при статическом изгибе.
Некоторое улучшение технологических свойств мас сы, содержащей пластинчатый тальк, может быть до стигнуто чрезвычайно тонким помолом. При помоле мас сы типа СПК-2 на основе киргитейского талька до остат ка 0,2% на сите с сеткой № 0045 (вместо 0,2—0,3% на сите с сеткой № 006, принятого для массы СПК-2) несколько улучшаются ее технологические свойства,
однако |
масса недостаточно пластична |
и в этом |
случае. |
|
|
Отличие в поведении киргитейского и онотского таль- |
||
ков в |
пластичных массах обусловлено их |
строением. |
Онотский тальк имеет тонкозернистое неориентирован
ное плотное строение, поэтому при |
помоле возникает |
||
меньшее количество частиц |
пластинчатой |
формы, чем |
|
в молотых киргитейских |
тальках. |
У |
киргитейеких |
тальков пластинчатое строение вызвано крупнозерни стым и ориентированным строением плотных пород. В результате при помоле киргитейских тальков легко обособляются относительно крупные пластинчатые ин дивиды. В порошковидных дезинтегрированных разно стях весь тальк имеет пластинчатое строение. Много численные исследования в этой области показали, что применение специальных способов помола к р у п н о з е п н и -
стых тальков пластинчатого строения (Киргитейского, Шабровского и других месторождений) в мельницах разного типа (вибрационных, струйных, коллоидных) пока не дало желаемого эффекта. Несмотря на получе ние частиц талька чрезвычайно малых размеров (до 1—2 мкм), их форма остается пластинчатой.
Для получения различных типоразмеров стержневых, распорных и крестообразных изоляторов применяют за готовки, полученные вытяжкой из вакуумного пресса. В случае изготовления стержневых изоляторов заготов ки при влажности 14—16% дополнительно обтачивают резцами на токарном станке или при влажности 17 — 19% допрессовывают в металлических формах для полу чения изоляторов нужной конструкции. Последний спо соб, получивший распространение на отечественных за водах, имеет ряд преимуществ, так как позволяет полу
чить изоляторы в полуфабрикате |
с большей |
плотностью |
и однородные по влажности в |
результате |
перераспре |
деления массы при допреосовке. |
|
|
Крестообразные изоляторы |
изготавливают лепкой |
|
из заготовок непосредственно после их вытяжки из ва куумного пресса и склейкой на шликере той же массы. Такелажные изоляторы вырабатывают лепкой в гипсо вых формах, опоры под радиомачты — склейкой из 6 — 8 элементов (колец), полученных из вакуумного пресса. Склейку производят из элементов с одинаковой влаж ностью на шликере стеатитовой массы.
Получаемые по пластичной технологии стеатитовые изоляторы сушат вначале до побеления на воздухе для частичного удаления влаги, а затем в сушильных каме рах до полного удаления влаги при температурах 60 — 80°С. Крупногабаритные изоляторы (опоры под радио мачты) прогревают предварительно в камерах при по вышенной относительной влажности (до 95—98%), за тем сушат на воздухе в помещении цеха и сушильных камерах. В отличие от фарфоровых стеатитовые изде лия лучше переносят сушку, так как содержат меньшее количество глинистых материалов.
Крупногабаритные изделия сложной конфигурации могут быть также получены шликерным литьем в гип совые формы. Однако эта технология в последние годы в СССР не находит широкого применения в связи с тру доемким процессом изготовления большого количества
гипсовых форм и по ряду других причин (малой произ водительности, необходимости специальных цехов с боль шой площадью и пр.).
в) Изготовление изделий по непластичной технологии
Прессование
Изготовление электро- и радиоустановочных изделий прессованием — весьма производительный и экономич ный способ, отличающийся дешевизной и обеспечиваю щий получение изделий с точными размерами. Большое значение в вопросе получения высококачественных из делий имеют конструкция пресс-форм, их термическая обработка, точность размеров и чистота поверхности. Для устранения прилипаемости отпрессованного изделия и создания лучших условий эвакуации воздуха из пресспорошка на некоторых рабочих поверхностях прессформ (в зависимости от конфигурации изделия и конст рукции пресс-форм) должна быть насечка.
Для изготовления изделий по непластичной техноло гии, прессованием и другими способами в стеатитовых массах могут быть применены как зернистые, так и крупнокристаллические тальки. Пресспорошки из стеа титовых масс на основе крупнокристаллических тальков, применяемые для изготовления изделий прессованием, имеют такие же хорошие технологические свойства, как и из зернистых тальков. Это объясняется хаотичным рас положением чешуек талька в отпрессованных изделиях, что обусловливает достаточно однородную структуру их. Однако после обжига поверхность изделий неров ная, так называемая шагреневая.
Применяют сухое, полусухое и мокрое (штамповка) прессование изделий. Сухим прессованием на отечест венных заводах изготавливают обычно детали простой конфигурации, такие как платы, панели и другие изде лия подобного типа.. Для этого пригодны сравнительно малотекучие пресспорошки из стеатитовых масс с по ниженным содержанием глинистых минералов и добав ками органических пластификаторов типа парафина. Этим способом прессуют изделия из негранулированных пресспорошков в пресс-формах закрытого типа с объ емной или массовой дозировкой пресспорошка. Радиодетали из отечественных стеатитовых материалов СК-1, Б-17, С-55, С-4 прессуют при давлении 100—300 кгс[смг
из пресспорошков с размером зерен 0,15—1 мм, содер жащих в качестве связки 10—15% парафина с добав ками других веществ. Такие связки вводят в подогретый порошок массы в расплавленном состоянии. Для полу чения прессованием деталей заданной конфигурации широко применяют гранулированные пресспорошки, пресс-формы с объемной дозировкой, механическую об работку отпрессованного полуфабриката.
Полусухим и мокрым прессованием вырабатывают установочные изделия сложной конфигурации (с разной высотой отдельных элементов, сильно разветвленной поверхностью, многочисленными отверстиями) для элек тро- и радиотехники. Для полусухого и особенно мокро го прессования изделий применяют стеатитовые массы с высоким содержанием пластичных глинистых минера лов и добавкой значительных количеств органических пластификаторов, так как в этих случаях пресспорошки должны иметь большую текучесть под давлением для равномерного заполнения всех частей пресс-формы. По лусухое прессование производят в пресс-формах закры того типа с объемной дозировкой гранулированного
пресспорошка при двустороннем сжатии давлением при мерно 600 кгс/см2.
Лучшие результаты по получению изделий с одно родной плотной структурой, отличающихся равномерной огневой усадкой в различных направлениях (по плос кости и высоте), дает метод полусухого дифференциаль ного прессования. При прессовании величина усадки изделия в разных направлениях зависит от степени сжа тия пресспорошка; при неравномерном сжатии в отдель
ных |
элементах |
изделия возникает различная усадка, |
что |
приводит к |
появлению внутренних напряжений и |
трещин на изделиях при обжиге. Отсюда возникает не обходимость прессования с одинаковой степенью сжа тия всех элементов изделия сложной конфигурации. При дифференциальном прессовании изделие условно разделяют на простые элементы и рассматривают каж дый из них как самостоятельную деталь, подвергаю щуюся двустороннему сжатию. Тогда оформление изде лии сложной конфигурации сводится к двустороннему прессованию отдельных его элементов. Это осущест вляется в пресс-формах дифференциального типа с пла вающей матрицей, в которой каждый элемент детали оформляется отдельным пуансоном.
5—139,
Мокрое прессование изделий производят в прессформах открытого типа из пресспорошков с высокой те кучестью, так как только в этом случае можно легко удалить избыток пресспорошка из специально преду смотренных в пресс-формах каналов. Изделия из пресспорошков с высокой текучестью могут быть отпрессова ны при давлении примерно 100 кгс/см2 на механических или ручных коленно-рычажных прессах с верхним прес сующим пуансоном. Особо ответственные и крупногаба ритные изделия сложной конструкции вырабатывают мокрым прессованием из гранулированных пресспо
рошков.
Изделия, получаемые мокрым прессованием, имеют менее плотную и однородную структуру, чем вырабаты ваемые полусухим прессованием, поэтому они характе ризуются меньшей электрической и механической проч ностью. Из-за большей огневой усадки точность разме ров получаемых деталей меньше. Однако способ оформ ления изделий мокрым прессованием более экономичен.
В ряде стран: США, ФРГ, ГДР, Швеции, ЧССР и др. — для производства радио- и электроустановочных деталей и других изделий из стеатитовых материалов широко применяют сухое, полусухое (в том числе диф ференциальное) и мокрое прессование. В отечественной промышленности сухое прессование главным образом применяют для производства радиодеталей, а мокрое прессование — для изготовления установочных электро
деталей и иных изделий.
Пресспорошки для полусухого и мокрого прессова ния содержат многокомпонентные связки, представляю щие собой эмульсии из воды, жирных кислот (типа олеи новой) и керосина.
Т а б л и ц а 2-19
Состав и свойства пресспорошков для сухого и мокрого прессования
Способ
прессования
Количество связки, %
Состав связки, мае. %
Олеи Керо Вода новая син
кислота
Свойства пресспорошков
X s |
Сыпучесть, г/егк |
Текучесть давлепод нием,мм |
Устойчивость истиранию,к о//о |
|
|
3 |
|
|
|
Я су |
|
|
|
|
ё |
- |
|
|
|
з g |
|
|
|
|
У « |
|
|
|
|
'S |
's |
|
|
|
Полусухое |
8—12 45—50 |
0,5—1,0 |
44-49 |
1 ,0 -1 ,1 40—45 25—30 95-97 |
Мокрое |
16—20 80—85 |
1,0 |
14-18 |
45-50 |
Введение в состав свйзоК жирных кислот устраняет прилипание отпрессованных деталей к поверхности пресс-форм, снижает абра зивность пресспорошка, повышает прочность отпрессованного по луфабриката.
В табл. 2-19 приведены состав и свойства пресспорошков из стеатитовых материалов типов ТК-21 и СГІК-2.
Насыпная масса и сыпучесть определяют плотность и равно мерность засыпки пресспорошка для полусухого прессования в ра бочую камеру пресс-формы. Особое значение это имеет при объемной автоматической дозировке пресспорошка и использовании автомати ческих и полуавтоматических прессов. Хорошая сыпучесть пресспо рошка, чему способствует его грануляция, дает возможность запол нить пресс-форму без комкования и образования пустот в углублени ях пресс-формы.
Текучесть под давлением характеризует способность пресспорош ка к пластичной деформации и образованию монолитной структуры при приложении давления. Устойчивость пресспорошка к истиранию определяет возможность автоматической подачи его в бункер пресса и затем в пресс-форму без значительного разрушения гранул. При годность пресс-порошка для мокрого прессования определяется главным образом его высокой текучестью.
Пресспорошки изготавливают измельчением высу шенных заготовок, получаемых из вакуумного пресса, и смешением сухого порошка со связкой.
Для получения гранулированного пресспорошка сме шанная со связкой масса подвергается брикетированию: для сухого и полусухого прессования при давлении примерно 300 кгс/см2, для мокрого — 80—100 кгсісм2. Лучшие результаты в отношении равномерности распре деления связки, повышения плотности гранул и эвакуа ции из них газовой фазы дает двух- и трехкратное бри кетирование. Установлено также, что уменьшение дав ления брикетирования приводит к росту усадки изде лий, полученных полусухим прессованием, а увеличе ние— к чрезмерной прочности гранул. Путем измель чения брикетов, рассева на ситах по фракциям и допол нительного измельчения крупных фракций получают пресспорошки необходимого зернового состава. Тонкие фракции, не пригодные для прессования изделий, вновь поступают на брикетирование. В процессе прессования через каналы между отдельными гранулами пресспо рошка удаляется воздух, что предотвращает его запресг совку и появление трещин на изделиях.
Для прессования радио- и электроустановочных из делий применяют пресспорошок с размером гранул 0,3—0,8 мм, а для изделий малых размеров или очень сложной конфигурации размер гранул пресспорошка целесообразно уменьшить до 0,2—0,5 мм. Верхний пре-
5* |
67 |
дел размера гранул (0,8 мм) определяется условиями
сыпучести пресспорошка для |
заполнения |
углублений |
|
в пресс-формах, |
нижний — условиями удаления воздуха |
||
из пресспорошка |
при прессовании. |
|
|
Изделия, изготовленные сухим прессованием, подвер |
|||
гают термической обработке |
для удаления |
связки (па |
|
рафина) в засыпке из технического глинозема, который активно адсорбирует эти вещества при температуре при мерно 100—200 °С. Остаточное содержание связки в из делиях после термообработки составляет 2—4%. Тех
нический глинозем регенерируют, обжигая |
при |
1 2 0 0 — |
1 300 °С, после чего он вновь используется |
для |
засыпки. |
Изделия, изготовленные сухим и полусухим прессова нием, содержащие небольшое количество связки, обжи гают, не производя их предварительной сушки. Изделия, полученные мокрым прессованием, высушивают на воз духе до побеления, а затем в камерных или туннельных сушилках до остаточной влажности не более 1%. На чальная температура сушки изделий не должна превы шать 30 °С, конечная — 80—100 °С.
Из некоторых типов стеатитовых прессовочных масс можно из готавливать внутриламповые «ножки» путем запрессовки в керамиче ские детали металлических штифтов из сплава Н29К18 (ковар). Для этой цели применяют специальные пресс-формы, конструкция ко торых позволяет во время прессования керамической детали запрес совывать в нее с одной или с двух противоположных сторон заго товленные штифты круглого сечения, расплющенные с одной стороны для лучшего сцепления с керамикой. Прессование производят при давлении 1 000 кгс/см 2. После прессования путем предварительного обжига в течение 15 ч до конечной температуры 550±20°С удаляют связку (6% парафина), а затем детали подвергают окончательному обжигу (в колпакоівых или непрерывнодействующих печах в газовой среде, характеризующейся отношением Н2 : N2= 1 : 3 и увлажненной до точки росы -И5н-20°С. Конечная температура обжига составляет 1 200+ 20 °С; продолжительность обжига в колпаковой печи—12 ч. При указанной температуре обеспечивается прочное сцепление метал ла с керамикой.
Горячее литье под давлением
Литейный шликер для горячего литья под давлением представляет собой коллоидную систему, состоящую из минерального порошка и термопластичной связки. Ми неральный порошок получают следующим образом. За готовки стеатитовой массы в виде тонких стержней диа метром 2 —3 мм вытягивают из вакуумного пресса с дырчатым мундштуком, а затем обжигают до спека ния. Обожженные стержни измельчают в шаровых мель-
68
ницах со стеатитовой футеровкой стеатитовыми шарами или в вибромельниде с добавкой 0,5—1% олеиновой кислоты до получения минерального порошка с величи ной удельной поверхности 2 600—3 500 см2!г. Затем ми неральный порошок в смесителях тщательно смешива
ют с расплавленной |
термопластичной связкой — пара |
||
фином, стеарином |
или др. и |
полученный |
шликер |
вакууммируют при |
разрежении |
740—750 мм |
рт. ст. и |
температуре 70—80°С.
Для пластификации термопластичных шликеров при меняют олеиновую кислоту марки4поМРТУ 609-3306-66 и парафины нефтяные по ГОСТ 784-53. Преимуществен но используют твердые парафины марки А с температу рой плавления не ниже 54 °С и марки Б с температурой плавления не ниже 52 °С. Содержание в них масел не должно превышать 0,6 и 0,9% соответственно. В пара фине указанных марок не допускается содержание водо растворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды.
При помоле и смешивании обожженного стеатитового порошка с олеиновой кислотой на поверхности частиц образуется мономолекулярный сорбированный слой по верхностно-активного вещества (олеиновой кислоты), молекулы которого ориентированы полярными группами к поверхности минеральных частиц и покрывают тончай шей пленкой каждую частицу минерального порошка. При введении термопластичной связки (парафина или других добавок) возникают связи между неполярными алкильными радикалами олеиновой кислоты и компо нентами связки (парафином). Поверхностно-активные вещества способствуют увеличению скорости помола стеатитового порошка благодаря их расклинивающему действию и снижению количества термопластичной связ ки для получения шликера с необходимой вязкостью.
Вязкость шликера является одной из важнейших его характеристик. Она зависит от дисперсности минераль ного стеатитового порошка, его удельной поверхности, состава и количества связки, температуры и давления. Вязкость шликера может быть определена на вискози метре системы М. П. Воларовича. Кроме вязкости опре деляют литейную способность шликера.
В табл. 2-20 приведены состав и свойства термоплас тичных шликеров стеатитовых материалов СНЦ и СК-1, режимы литья изделий разных типов.