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

ратурного поля в рабочей камере используют камерные печи с тангенциальными топками и центральной топкой в подине печи. В печах такого типа обжигают преиму­ щественно крупногабаритные стеатитовые изоляторы (например, опоры под радиомачты и др.). Малогаба­ ритные изделия из стеатитовых материалов с особенно узким интервалом обжига часто обжигают в силитовых печах. Обжиг стеатитовых изделий производят в шамот­ ных капселях на огнеупорных подставках. Во избежа­ ние прилипания стеатитовых изделий к огнеупорным подставкам применяют подсыпку из зернистого кварце­ вого песка. Некоторые стеатитовые изоляторы типа стержневых и трубчатых обжигают в подвешенном со­

стоянии.

Для получения качественных изделий перепад темпе­ ратур в рабочей камере печей разного типа, как прави­ ло, не должен превышать интервала обжига стеатито­ вых масс, из которых вырабатывают изделия. Темпера­ турный режим обжига разрабатывают, учитывая процес­ сы, происходящие при нагревании стеатитовых масс, толщину стенки и конструкцию изделий, а также объем рабочей камеры печи. В начальный период обжига при­ мерно до 900—1000 °С в основном заканчивается разло­ жение исходных материалов, содержащихся в стеатито­

Скорость подъема температуры в этот период обжига должна быть достаточно медленной во избежание по­ явления трещин при интенсивном выделении газов.

При температурах до 1000—1 100 °С заканчиваются реакции, происходящие в твердой фазе: образование метасиликата магния при перестройке кристаллической решетки талька, различных силикатов, состав которых зависит от входящего в стеатитовую массу плавня—•ме­ ла, углекислого бария, плавящегося без разложения, углекислого стронция и др. Эти силикаты образуются из окислов, выделившихся из карбонатов и кремнезема, присутствующего в обжигаемых материалах в результа­ те разложения талька.

При температурах примерно 900—1 100°С (для масс различного состава) начинает появляться жидкая фаза,

представляющая собой алюмосиликатный расплав, со­ стоящий из продуктов разложения глинистых материа­ лов и ранее образовавшихся силикатов. Начиная с 900— 1000°С режим обжига должен быть замедлен еще в большей мере, чем при более низких температурах, особенно на конечной стадии, примерно на 50°С ниже конечной температуры, обеспечивающей спекание изде­ лий. Это позволяет уменьшить скорость образования расплава и дает возможность обеспечить равномерное температурное поле в рабочей камере печи.

Большое значение в вопросе получения качественных изделий имеет конечная температура обжига, так как обжиг при температуре, не обеспечивающей спекание стеатитовой массы, приводит к получению изделий с от­ крытой пористостью, а обжиг при более высоких темпе­ ратурах, чем необходимы для спекания, увеличивает закрытую пористость в результате резкого увеличения количества расплава. В последнем случае при сильном пережоге наступают вспучивание и деформация изде­ лий. Физико-технические характеристики пористых стеа­ титовых изделий резко ухудшаются.

Влияние режима охлаждения на свойства стеатито­ вой керамики изучено мало и в значительной мере опре­ деляется габаритными размерами и толщиной стенки изделий. Обожженные стеатитовые изделия, как прави­ ло, охлаждают в печи при небольшой скорости во избе­ жание появления больших внутренних напряжений, воз­ никающих при закалке в стекле и приводящих к появ­ лению трещин и ухудшению характеристик изделий.

Вместе с тем известно, что существенное влияние на свойства стеатитовых материалов оказывает модификационное превращение метасиликата магния при охлаждении и наличие в обожженном материале той или иной его модификации. Это объясняется тем, что различные модификации этого соединения отличаются строением кристаллической решетки, плотностью и тепловым расширением (см. табл. 2-9).

. Из-за различной плотности, равной для энстатита 3,22 г/см3, протоэнстатита—3,10 г/см3 и клиноэнстатита—3,19 г/см3, полиморф­ ные превращения этих форм связаны с объемными изменениями, которые могут привести при охлаждения к разрыхлению керамики и снижению ее механической прочности и стойкости к термическим ударам. Наименьшее тепловое расширение имеет протоэнстатит (табл. 2-9), поэтому наличие в стеатитовых изделиях в качестве основной фазы протоэнстатита представляется наиболее выгодным. В этом случае изделия должны отличаться более высокой механи­ ческой прочностью и стойкостью к термоударам. Имеются отдель­ ные данные о влиянии скорости охлаждения на свойства стеатитовых

материалов и изделий и о целесообразности применения больших скоростей охлаждения от максимальных температур обжига до 200—400 °С.

Применение ускоренного режима охлаждения обеспечивает по­ лучение изделий с мелкокристаллической однородной структурой и в результате большей механической прочностью и стойкостью к тер­ моударам. Малая скорость охлаждения до 400 °С приводит к об­ разованию крупных кристаллов клиноэнстатита с трещинами. Нали­ чие трещин снижает механическую прочность керамики, способствует адсорбции в них влаги и поэтому повышению тангенса угла диэлек­ трических потерь. Кроме того, крупные кристаллы более склонны к старению. Ниже 200—400 °С рекомендуется замедленное (естествен­ ное) охлаждение во избежание появления внутренних напряжений при закалке стекла, содержащегося в стеатитовых изделиях, и для удлинения срока службы футеровки лечи.

Большая скорость охлаждения обожженных образцов стеатито­ вых материалов повышает их механическую прочность. Увеличение скорости охлаждения образцов, начиная с. 700—900 °С, значительно повышает предел прочности при статическом изгибе, от I 200 кгс/см2 (для медленно охлажденных в печи образцов) до I 500—I 900 кг,:/см2. При быстром охлаждении от более высоких температур на образцах

СПК-5 повышает их стойкость к термоударам от 80—90 до 100—-

при замедленном режиме охлаждения. В последнем случае возника­ ют более благоприятные условия для интенсивного полиморфного превращения протоэнстатита в клиноэнстатит. Содержание в стеати­ товом материале большего количества протоэнстатита может повы­ сить стойкость изоляторов к термоударам, так как протоэнстатит имеет меньшее тепловое расширение, чем клиноэнстатит.

Однако имеющиеся немногочисленные данные пока не могут служить основанием для окончательного решения вопроса о целесо­ образности применения во всех случаях быстрого режима охлажде­

ния стеатитовых изделий в производственных условиях. Необходимы дальнейшие исследования в этом направлении и накопление боль­ шого количества экспериментальных данных.

Что касается газовой среды обжига, то изделия из стеатитовых масс, получаемых на основе маложелезис­ тых тальков с содержанием окислов железа не более 1%, в том числе талька Онотского месторождения, мож­ но обжигать при температуре выше 1000°С в окисли­ тельной и восстановительной газовых средах, при этом свойства их не изменяются. Однако в связи с тем, что при восстановительной газовой среде температурное по­ ле в рабочей камере печи более равномерно, целесооб­ разнее при температурах выше 1000 °С производить об­ жиг в восстановительной среде.

Некоторые типы обожженных стеатитовых изоляторов, электро­ технические и радиотехнические детали шлифуют для получения точных размеров и необходимой чистоты поверхности. Шлифование стеатитовых изделий производят абразивным порошком или абра­ зивным инструментом. Керамические детали, подлежащие шлифова­ нию, должны иметь припуски на обработку, составляющие для ма­ логабаритных деталей 0,5—1,0 мм, для крупногабаритных—1—3 мм и более. На шлифуемость керамики оказывают влияние ее механи­ ческая прочность, твердость, хрупкость, упругость.

Из естественных порошкообразных абразивных материалов для

Для шлифования стеатитовых изделий более широко применяется зеленый карбид кремния в виде порошка и абразивного инструмента, электрокорунд, а также инструмент, изготовленный с применением синтетического алмаза. Для плоского и круглого шлифования при­ меняют алмазные круги различной зернистости преимущественно на металлической связке. В основном попользуют круги типа АСП-8, АСП-20, АС-06 с концентрацией алмазов 50—100%.

Абразивные порошки классифицируют по твердости, микротвер­ дости, абразивной способности и зернистости. Твердость абразивного порошка характерзуют по нормальной шкале Мооса. Абразивная способность определяется степенью истираемости зерен абразива между двумя дисками из стекла за определенный период времени. Пд классификации ВНИИАШ абразивную способность алмаза (зер­ нистость № '16—12 по ГОСТ 3647-71) принимают за единицу. В сравнении с алмазом абразивная способность карбида кремния такой же зернистости составляет 0,25—0,45, электрокорунда—-0,14— 0,16. Номер зернистости определяется размером зерен абразива или шлифовального порошка в микронах по ГОСТ 3647-71. Номера зер­ нистости шлифовальных зерен находятся в пределах (200ч-16), шли­ фовальных порошков— (12ч-3), микропорошков— (М40-Ч-М5).

Шлифование стеатитовых изделий производят абразивным по­ рошком или инструментом (зернистость абразива № 25 и 16), дости­ гая при этом чистоты шлифуемой поверхности 5-го класса. Увели­ чение чистоты поверхности возрастает до 8—10-го класса при ис­

пользовании более тонкозернистого абразива. Следует, однако, от­ метить, что чистота поверхности обрабатываемого материала в боль­ шей мере определяется структурой стеатитовых изделий, чем зерни­ стостью применяемого абразива. Плотная тонкозернистая структура черепка с малой пористостью позволяет получить стеатитовые из­ делия с большой чистотой поверхности.

В качестве абразивного инструмента применяют главным обра­ зом шлифовальные круги прямого и фасонного профиля. Шлифо­ вальный инструмент различается по размерам, виду абразивного материала, по зернистости, связке для его изготовления и твердо­ сти. Для изготовления шлифовального инструмента применяют чаще всего керамическую связку из полевого шпата, глины и талька, реже, бакелитовую. Шлифовальный инструмент на керамической связке от­ личается наибольшей огнеупорностью, водо- и химической стойко­ стью. Шлифовальный инструмент характеризуется твердостью по шкале ГОСТ 3751-47, который предусматривает также методику ее определения. В соответствии с этой шкалой абразивный инструмент имеет следующие градации твердости: мягкий (М), среднемягкий (СМ), средний (С), среднгтвердый (СТ), твердый (Т), весьма твер­ дый (ВТ), чрезвычайно твердый (ЧТ). При шлифовании стеатитовых изделий применяют в основном мягкий и среднемягкий абразизный инструмент.

Плоское шлифование абразивными порошками применяют часто для двусторонней обработки поверхности дисков, пластин и других изделий в том случае, если не предъявляется жестких требований по точности размеров (в отношении толщины изделия до 0,1—0,2 мм) и плоскопараллельности. Шлифование осуществляют на металличе­ ской шайбе с помощью кассеты, в которую помещаются шлифуемые изделия. Шлифование производят суспензией из абразивного по­ рошка и воды. Давление при шлифовании составляет 100 гс/см2 и более (до 300—400 ес/сж2), скорость шайбы при шлифовании керами­ ки типа Б-17—4—10 місек. Шлифование изделий с точными раз­ мерами производят на плоскошлифовальных и круглошлифовальных станках при охлаждении 0,5—1%-ным водным раствором кальцини­ рованной соды во избежание перегрева стеатитовых изделий и по­ явления на них трещин и сколов.

Большое значение на качество и точность размеров шлифуемых изделий оказывает режим шлифования (скорость резания, величина подачи). Максимальная окружная скорость абразивного круга на керамической связке составляет 30—35 місек при плоском шлифо­ вании периферией круга и круглом шлифовании. Эта скорость лими­ тируется механической прочностью абразивного круга. При плоском шлифовании продольная подача составляет 15—20 м/мин, попереч­ ная 1—2 мм/ход станка; вертикальная подача различна при шлифовании разных керамических материалов. Ее значение должно быть максимальным при условии отсутствия сколов на шли­ фуемом изделии. При шлифовании стеатитовых изделий из материала типа Б-17 вертикальная подача составляет 0,1—0,15 мм, при чистом шлифовании—0,01—0,02 нм. Различают бесцентровое круглое шлифование и круглое шлифование в центрах. При бесцентровом шлифовании поперечная подача составляет при предварительном шлифовании 0,03—0,1 мм, а при окончательном—0,005—0,02 мм. Круглое шлифование в центрах характеризуется следующими пара­ метрами режима шлифования: скорость, изделия 5—10 м/мин, про­ дольная подача на один оборот изделия 0,15—0,4 ширины круга, поперечная подача 0,01—0,1 им.

доломита (10—13%), пегматита или полевого шпата (около 30%); в их состав вводят также 15—20% фарфо­ рового черепа; в качестве пластификатора используют каолин (6—10%)- Красителями служат хромистый же­ лезняк и марганцевая руда, вводимые в количеств 1-0 — 12%. В табл. 2-23 приведен химический состан коричне­ вых глазурей.

Т а б л и ц а 2-23

Химический состав сырых коричневых глазурей в пересчете на прокаленное вещество

Сырая коричневая глазурь ГЖ-І-П пригодна также для глазурования изделий из стеатитового материала СПК-2, изготовленных горячим литьем под давлением. К таким изделиям относятся крупногабйритные электро­ установочные детали для наружных установок. Для гла­ зурования некоторых видов малогабаритных радиоустановочных стеатитовых изделий применяют легкоплавкие и тугоплавкие белые глазури как сырые, так и фритто­ ванные, Г-2 и Ф-44. Эти глазури изготавливают из квар­ цевого песка, доломита, полевого шпата, буры и других материалов. Химический состав материалов, входящих в коричневые и белые отечественные глазури для стеа­ титовой керамики, приведены в табл. 2-24.

6) Приготовление глазурей и способы глазурования стеатитовых изделий

Камневидные компоненты, входящие в шихту глазу­ рей, дробят на бегунах с гранитными катками, затем размалывают совместно с остальными составляющими в шаровых мельницах со стеатитовой или фарфоровой футеровкой кремниевой галькой. Соотношение разма­ лываемых материалов и кремниевой гальки равно 1:1, влажность глазурного шликера 50%. Характеристика