Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Технология электрокерамики

..pdf
Скачиваний:
31
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
13.52 Mб
Скачать

Практический интерес представляют лптнйсодержащнё керамические материалы, особенно содержащие добавки окиси магния, характеризующиеся более высокими свой­ ствами по сравнению со свойствами кордиерита — очень низким (положительным пли отрицательным) ТКЛР и высокими механическими свойствами [Л. 1-331-35]. Следует отметить, что при эксплуатации в условиях воз­ действия высоких температур (свыше I 000°С), агрессив­ ных сред и ионизирующих излучений керамические элек­ троизоляционные материалы являются единственно при­ годными.

Многообразие областей •применения электроизоля­ ционных ^керамических материалов трудно перечислить. Выше названы лишь те области их применения, которые возникли сравнительно недавно и за последние годы приобрели большое значение. В технологии электрокерамикп большей частью исходные сырьевые материалы применяют в виде тонкомолотых порошков, которые за­ тем прессуют пли формуют в изделия заданных раз­ меров и подвергают термической обработке (спеканию).

К основным стадиям технологии электрокерамики можно отнести следующие: а) получение и подготовка исходных сырьевых материалов п их смешение (помол);

6)формование из порошков (масс) изделий необходи­

мой формы; в) термическая обработка .или

спекание.

В 'производственной практике встречаются отклонения от

этих стадий технологии (совмещение операций

прессова­

ния и спекания, частичное удаление органической

связки

в засыпке адсорбента и окончательное спекание

н др.).

Однако основной принцип технологии электрокерамп- «и — применение исходных тонкомолотых порошков (шихт) и спекание— остается неизменным. Эта, на пер­ вый взгляд, ничем не примечательная технология оказы­ вается представляет широкие возможности для создания новых материалов и изделий с особыми, специальными свойствами.

1-2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОКЕРАМИКЕ В СССР

И ЗА РУБЕЖОМ

Разнообразные типы электрокерамичеоких материа­ лов (фарфор, стеатит, кордиерит и др.) не обладают едиными свойствами. В одних материалах доминирует

Ю

высокая стойкость к термоударам (кордперпт), в дру­ гих— высокая огнеупорность (.корундовые, цирконовые, магнезиальные и др.), в третьих — высокочастотные свойства (стеатитовые и др.). В большинстве случаев в них сочетается комплекс свойств, необходимых для успешной эксплуатации электрокерамических изделий в самых различных условиях. В табл. 1-1 представлены, по данным различных отечественных -и зарубежных нор­ мативных документов (стандартов, нормалей) и литера­ туры, основные физико-механические, термические и электрические свойства фарфора, стеатита, кордперита, циркона, высокоглиноземистых и кордиеритовых мате­ риалов и др.

При рассмотрении приведенных данных следует при­ нимать во внимание расхождения отдельных показате­ лей, вызванные возможными методическими отличиями

(вид и

форма испытуемых образцов,

метод

испытания

и т. п.)

в зарубежных стандартах по

сравнению с оте­

чественными.

 

 

Условия эксплуатации электротехнического

фарфора

требуют создания различных конструкций и форм изде­ лий размерами от нескольких миллиметров до несколь­

ких

метров.

 

 

В

зависимости

от условий службы

изолято­

ры делят на низковольтные и высоковольтные. Низко­ вольтные— это установочные (розетки, штепселя, переходные коробки, выключатели, ролики и т. п.) и ли­ нейные (штыревые, опорные-и др.), которые применяют для сооружения телефонных и телеграфных линий, а также для внутренних сетей низкого напряжения в бы­ товых, общественных зданиях и сооружениях. Высоко­ вольтные изоляторы подразделяют на линейные (подвес­

ные в виде гирлянд, штыревые

и др.) для высоковольт­

ных линий

электропередачи и

стационарные (опорные,

проходные

крупных размеров)

для оборудования рас­

пределительных станций и электростанций. Изделия из высоковольтного фарфора, исходя из условий работы,

должны .быть плотноспекшимися,

с однородной структу­

рой и минимальным количеством закрытых

пор; они

в 'большинстве

случаев покрыты

'белой, или

коричневой

глазурью (табл.

1-1).

 

 

В отечественной промышленности известны пластич­ ные высокочастотные высоковольтные стеатитовые мате­ риалы ОПК-2, ТКП, ТК-21, а также непластпчные —

11

t*3 Физико - технические свойства ф а р ф о р а

Страна, предприятие-изготовитель

СССР, „Пролетарий"

СССР, „Урализолятор"

СССР, „Электроизолятор"

СССР „АИЗ" им. Артема

СССР, „Изолятор"

СССР, „СЗВИ"

СССР, Завод им. 1 мая

СССР, Отраслевая нормаль ОАА. 643. 001-69

Iгруппа

П,

Ш ,

Япония

Англия

ГДР

Предел прочности при растяжении,

кгс/см*

неглазурованного

глазурованно­

белой глазурью

X. с-

 

 

го

 

 

о 9

 

 

S i

 

 

о "

372

507

506

323

520

506

349

409

425

376

—.

354

419

399

444

392

495

468

388

463

463

Предел

прочности при

статическом из­

t-

гибе,

к г с / с л

а

rj

 

О

о

глазурованно­

|

О

С

го

 

к

 

 

а

 

коричневой глазурью

О

п

белой глазурью

 

с

о

 

 

 

 

 

CZ

 

 

р . _

гг

 

 

L.

 

 

3

 

 

 

 

 

5 »"

744

842

753

т

30,7

757

767

867

33,1

568

805

811

23,8

636

 

664

28,5

865

867

953

29,3

684

844

843

30,2

653

846

839

22,9

^300

350

—.

600

700

30

5=450

550

800

1 000

30

5=550

650

1 100

1 400

30

450

700

950

1 325

500

 

1 500

 

30

850

 

 

1 900

 

 

 

Т а б л и ц а 1-1

 

Удельное объ­

 

tgo при

емное элек­

Стойкость

частоте

трическое со­

к термо­

50 гц

противление,

ударам, °С

 

ОМ'СМ

 

0,031

1,5-10"

170

0.025

3,1 • 101 3

173

0,031

2,2 - I0 1 3

188

0,033

1,5-Ю1 3

191

0,031

2,2-101 3

189

0,029

2,6- Ю'3

202

0,035

1,4-101 3

179

<0,030

3&101 2

S&170*

<0,025

> 1 0 1 3

5Ы60*

<0,025

 

>170*

* Для глазурованного фарфора.

СНЦ, Б-17; СК-1, С-55, С-4 и др. Стеатитовые материа­ лы ТК-21 п СПК-5 отвечают требованиям ГОСТ 5458-64, материалы керамические радиотехнические, тип В, класс IX, группа «а»; СПК-2 и ТКП — группа «б», тот же класс; СНЦ — класс V I I , группа «б»; СК-1, Б-17, С-4, С-55 — группа «а».

Материал СПК-2 удовлетворяет требованиям отрас­ левой нормали МРТУ 16-503002-66, Стеатит электротех­ нический для изделий на напряжение до 500 в. Сопо­ ставление приведенных в табл. 1-2 характеристик отече­

ственных

и

зарубежных

стеатитовых

материалов

показывает,

что разработанные и нашедшие применение

в СССР стеатитовые материалы ие уступают

лучшим

зарубежным

образцам.

 

 

 

Из пластичных материалов наиболее высокими харак­

теристиками отличается стеатит СПК-5

(механическая

прочность

при статическом

изгибе 2 000

кгс/см2,

tg б =

= (12^-13) • Ю - 4 ) . Материал

ТК-21 имеет

несколько луч­

шие свойства, чем СПК-2, однако слишком узкий интер­ вал спекшегося состояния (10 по 'сравнению с 40 °С для СПК-2) затрудняет обжиг изделий в промышленных печах.

Среди непластичных материалов лучшими свойствами обладает стеатит СНЦ [tg6~(2-h3) • 10- 4 ], он характери­ зуется наименьшим значением ТКЛР и сравнительно вы­ сокой для стеатитовых материалов стойкостью к термоударам— 140 °С. Производство стеатитовых изделий со­ пряжено со значительными трудностями в связи с корот­ ким интервалом спекшегося состояния (10—40 °С), обусловленным специфическими особенностями стеатито­ вых масс.

Производство различного вида кордиеритовых материалов в СССР основано на применении талько-гли- мистых композиций с добавками электроплавленого ко­ рунда или технического глинозема, кварца, для плотных материалов — полевого шпата.

Кордиеритовые массы подобно стеатитовым характе­ ризуются интенсивным образованием стекловидной фазы и еще большим снижением ее вязкости по достижении определенной температуры, в связи с чем кордиеритовые массы отличаются еще более узким интервалом спекше­ гося состояния, чем стеатитовые. Поэтому обычно изго­ товляют пористую кордиеритовую керамику, для повы­ шения плотности которой в состав массы вводят добав-

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 1-3

Технические

т р е б о в а н и я

отечественных

 

и з а р у б е ж н ы х

с т а н д а р т о в к

к о р д и е р и т о в ы м

м а т е р и а л а м

 

 

 

 

 

 

 

Предел прочности при

 

 

ТКЛР, а,

10-« "С"1 ,

 

 

 

Кажущая­

 

 

 

при

Страна-изготовитель, стандарт,

Водопо­

 

 

 

 

 

ся

плот­

 

 

 

 

 

 

 

глощенно,

 

 

 

 

 

 

 

обозначение

материала

ность,

статичес­

 

растяже­

ударном

 

 

 

 

г/см3

сжатии, кгс/см*

20—100 °С

20—700 *С

 

 

 

 

 

 

ком пзпие,

нии,

изгибе,

 

 

 

 

 

 

кгс/см-

 

кгс/см2

кгс-

см/см2

 

1

2

 

3

4

5

6

.

7

8

9

ФРГ DIN 40685-07:

 

о, |

9,2

 

 

 

 

 

 

2—3

410

 

0

500-850

3 000—5 000

250—350

1,8—2,2

1,0

520

 

3—10

' 2,6""

500—600

2 500—3 500

100—200

1,8—2,2

1,5—3,0

2—4

Швеция SE N 040554:

 

 

 

 

 

 

 

 

-

-

 

41*

 

0

1,9—2,2

500—800

3 000—5 000

200—400

 

1,0—3,0

42

 

1—20

1,9—2,2

300—700

1 000—4 000

100—300

 

 

 

1,0—3,0

Италия, C E I I5-6/II-I95I:

 

2, | — о, 2

 

 

 

 

 

 

 

I V - A

 

0

500—800

5 000—6 000

250—350

1.8-2,2

1,1

-

I V - B

 

1-5

2 [о—2:>

500—650

5 000—6 000

150—250

1,8—2,2

1.2—1,7

V

 

3—15

1,0—2,5

150—500

500—2 500

90—100

1,0-1,9

1,8—4,8

 

Швейцария:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

Калорстеа**

 

1—5

 

2,2

500—700

4 000—й 000

250—350

2,0—2,5

1,8—2,5

Пнростеа **

 

5—10

 

2 J

500—700

3 500—4 500

200—300

2,0—2,5

1 .S—2,5

 

ЧССР

 

 

1 ,8—1,9

 

 

 

 

 

3—5

4—6

Пиростат: 725.820.102

10—15

200—400

800-2 000

100—150

1.3—1,5

725.817.102

1.0-1,5

1,8—1,9

200—400

800—2 000

100—150

1,3—1,5

3 - 5

4—6

П Н Р PN-67/E-06301:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

410

 

0

2

I

2,2

500—850

3 000— 4 000

250—350

1,8—2,2

1—2

2—3,5

520

 

5—10

7[Э—2Л

400—500

2 000—3 000

100—180

1,7—2,0

1,5—2,0

2—3,0

СССР, ОСТ16.0.503.001—71:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

плотный

 

0—0.5

 

2,0

700

3 000

200

 

1,7

0,5

2,0

пористый

 

0,5—15

1,9—2,0

400

2 000

100

 

1,4

2,0

3,0 - 3,5

Продолжение табл. 1-S

 

Теплопро­

 

водность

Страна-изготовитель, стандарт,

при +20н-

обозначение материала

100 "С,

 

ккал\му.

 

Х-с • "С

I

10

ФРГ DI N 40685-67:

 

410

1,7-2,0

ЙО

1,1 — 1.5

Швеция S E N 040554:

 

41*

2,0—2,2

42

1,0—2,0

Италия, C E I I5-6/II-1951:

 

I V - A

1,7—2,2

I V - B

1,5—1,7

V

0,7—1,7

Швейцария:

 

Калорстеа**

1,2—1,6

Пиростеа**

1,15-1,4

ЧССР

 

Ппростат: 725.820.102

0,85

725.817.102

0,85

ПНР PN-67/E-0630I:

 

410

1,7-2,0

520

1,1 — 1,5

СССР, ОСТ16.0.503.001-71:

 

плотный

1.4—1,7

пористый

1,1 — 1,5

Удельное

объемное

электрическое сопротив­

 

 

 

Электриче­

 

ление,

ом • см, при

 

Стойкость к

Огнеупор­

 

 

 

 

ская проч­

 

 

 

 

термоударам,

ность, °С

ность,

20 °С

200 *С

600

°С

 

 

KflfMM

 

 

 

 

11

 

12

13

14

 

15

16

10»—10"

10»—10°

10*—10»

250

1 440

 

10'—10»

5.10»—5-10»

335-375

108—10"

10«—10°

10*—10е

250—500

1 250—1 400

-

108—10"

10»—10»

10*—10°

250—1 000

1 250—1 400

 

10"

Юю—10"

10*—10»

250

1

435

10—20

 

 

10'°

10»

 

 

 

10°—10"

105—10»

 

1 360—1 770

 

1011—Юч

10"—10'°

Ю5—10°

-

1 320

7—12

10»—10"

Ю»— ю т

Ю5—10»

 

1 320

5—10

10"

Ю»—10"

-

250

I 435

-

1011—10"

 

 

 

 

1 435

 

10"—10'3

10»—10°

10«—10* ,

• -

1 430—1 460

10—20

 

10'°—10"

10s —10°

 

 

10"

 

10»

10'

250

1

450

-

10"

 

10»

10»

400—500

1 500

 

 

* Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1 Мгц и 20 °С равен (4-=-7) • 10"».

—л

** Приведены свойства кордиеритовых материалов.

 

Т а б л и ц а 1-4

Физико - технические свойства форстеритовых м а т е р и а л о в

 

 

 

 

 

ТКЛР, а.

 

 

 

Предел

прочности ирн

 

 

 

 

Кажущаяся

плот­

 

 

 

 

 

 

Страна-изготовитель, обоз­

Водопогло-

ю-« «с-»,

 

 

 

растяже­

 

ударном

начение

материала

щенис, %

ность,

г/см3

при 20—

статическом

нии,

сжатии, кгс\с.\С

изгибе,

 

 

 

 

 

20 J "С

изгибе,

кгс/см2

кгс/см2

 

кгс-см/см'

 

1

о

3

 

4

 

5

 

G

7

8

СССР:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АФ-Н

 

< 0 , 0 2

> 2 . 9 8

8 . 5

 

1 400

Ф-17

 

< 0 , 0 2

3&2,93

8 . 3

 

1 700

Ф-58

 

< 0 , 0 2

 

 

1 600

КВФ-7

 

< 0 . 0 2

^ 2 , 9 — 3 , 1 0

8 , 0

 

1 700

АФ-555

 

< 0 , 0 2

^ 2 , 9 5 — 3 , 0 0

8 . 0

 

1 500

США, Альсимаг

0 — 0 . 0 2

2 . 8

 

1 0 . 0

 

1 400

700

6 000

3 , 8

Швейцария,

Альфастеа

0 . 0

2 , 6 5

 

9—11

990

—1

100

400 — 500

7 000 — 8 000

2 , 5 — 3 , 0

9 , 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФРГ*:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пористый 240 (эрган)

2 0 , 0

1,9 — 2,1

8 , 5 — 9 , 5

350

— 60 0

1 000 — 2 000

1 . 6 — 2, 2

плотный 250

 

0 , 0

2 . 8 — 2 , 9

9—10

1 400

—1

600

500 — 90 0

8 000 — 10 000

3—4

ПНР**, 250

 

0 , 0 — 0 , 0 5

 

 

9 . 0

1 000

—1

200

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение

табл.

1-4

 

 

Диэлектрическая

 

Удельное объем­

Электрическая

 

Теплопровод­

Страна-изготовитель,

проницаемость

tg Ь при частоте

ное электрическое

Огнеупор­

прочность,

ность,

обозначение

материала

при

частоте

1 Мгц и 20 "С

сопротивление

ность, °С

KB /мм

ккал/м-ч

-"С

 

 

1 Мгц

и 20 °С

 

при 200 °С, ом-см

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

9

10

11

12

13

14

 

СССР:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АФ-11

 

7,1

0,0005

101*

 

 

 

 

Ф-17

 

6,9

0,0005

10"

35—40

' —

 

Ф-58

 

7,0

0.0002

101 1

 

 

 

КВФ-7

 

6,9

0,0005

 

40—50

 

 

 

АФ-555

 

7,0

0,0005

 

 

 

 

 

США, Альсимаг

6.2

0,0004

5-101 3

9.6

1 440

2,25

Швейцария,

Альфастеа

8 - 9

0,0015—0,002

101 0 —10м

15—25

1 380

1,8—1,9

9,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФРГ*:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пористый 240

(эрган)

4,5

 

108—109

 

1 470

1,2—1,4

плотный 250

 

6,0

0,0001—0,00015

1011

30—40

1 600

2,8—3,6

ПНР**, 250

 

7.0

0,0002—0,0004

10м —101 2

15—20

 

 

По D I N 40685-67.

"П о PN-67. Е-06301.

к и—'плавни

(в оонов'ном полевой шпат). Плотные кор-

диеритовые

материалы содержат большее

количество

стеклофазы,

что обусловливает повышенные

значения

ТКЛРи механической прочности. В табл. 1-3 (приведены датаные, характеризующие свойства отечественных и за­ рубежных кордиерптовых материалов. Сравнение их по­ казывает, что отечественные кордиеритовые материалы отвечают требованиям зарубежных стандартов и отлича­ ются высокими термическими и электрическими свойст­ вами.

К особенностям форстеритовон керамики относятся высокие электрические свойства и большой ТКЛР (10-=- 11) - Ю - ^ С - 1 в интервале 20—900°С (табл. 1-4). Форстеритовую керамику благодаря высокому ТКЛР применяют для получения вакуум-плотных согласованных спаев с металлом. Электрические свойства позволяют исполь­ зовать ее для изготовления деталей, работающих при 500—600 °С. К недостаткам форстеритовон керамики от­ носится низкая стойкость к термоударам. Для регулиро­ вания свойств и снижения температуры обжига в состав форстеритовых масс вводят добавки—бораты, углекис­ лый барин и др.

Технические требования

 

к применяемым

в СССР и

за

рубежом

цирконовым

материалам

приведены

в табл. Ь5. В качестве основного компонента

при изго-

ф и з и к о - т е х н и ч е с к и е с в о й с т в а ц и р к о н о в ы х м а т е р и а л о в

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

плот

 

 

 

Предел прочности при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Страна-изготови­

Водопог-

к

^

 

 

 

 

 

 

тель,

обозначе­

лошенне,"

I

 

!

 

 

 

 

 

ние материала

%

7

 

статичес­

растяже­

P i .

ударном

 

 

 

 

га о

ком изгибе,

нии,

изгибе,

 

 

 

 

 

кгс\сы?

кгс/слр

3 ^

насуем/ см"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OS

 

США:

 

 

0—0,02 .

3,7

 

 

1 300

840

7 000

5,2

Альсимаг

475

 

 

Альсимаг

504

8—14

2,9

 

 

900

1 400

4,7

Альманокс

 

0

3,08

 

1 260

490

4 400

4,8

Швейцария,

0

3,1

 

1 300—1 600

500—650

3,2—3,7

Изостеа Р*

 

 

 

 

 

 

Циркосил

 

5,8

3,0

 

 

300—500

СССР,

Ц-7

6,25

3,17

 

620

* Теплопроводность 1,8—1,9 ккал/м-ч-"С:

при частоте

I Мгц п 20 "С диэлектрическая

товлеиии цирконовых материалов используют обезжелезненный циркон, для придания массе необходимой

пластичности в ее состав вводят

глинистые компоненты

в качестве плавней — ашарит,

мел, плавиковый шпат

и др. Циркон может быть синтезирован из чистых окис­

лов при высоких

температурах (до 1600°С)

и наличии

добавок, активизирующих уплотнение (ТЮ2 , MgO и др.).

В зависимости

от содержания корунда,

способа по­

лучения окиси алюминия, наличия добавок высокогли­ ноземистые корундовые материалы получили различные наименования—ультрафарфор, уралит, алюмооксид и др.

(22Х, 22ХС,

ГБ-7, ЦМ-332

и др.). Высокоглиноземистые

и

корундовые материалы

характеризуются,

как прави­

ло,

высокой

механической

и электрической

прочностью,

устойчивостью к термоудару, низкими диэлектрическими потерями в широком интервале температур и частот, стойкостью к воздействию многих агрессивных сред и ионизирующих излучений. В электротехнической про­ мышленности СССР обычно применяют высокоглино­

земистые (муллито-корундовые 70—95% AI2O3)

и

ко­

рундовые (95—100% А12 03 ) плотно спекшиеся мате­

риалы.

Высокоглинистые

ультрафарфоровые

массы,

уралит

и КМ-1 содержат в

своем

составе достаточное

количество глинистых компонентов

и поэтому относятся

к пластичным массам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

1-5

 

 

Удельное

объемное

электрическое

 

 

 

 

сопротивление,

ом-см,

при

 

 

ТКЛР, а,

Электричес­

 

 

 

 

Огнеупор­

10~° ' С ' 1 , при

кая прочность,

 

 

 

 

ность, "С

20—700 °С

K O / J U I

100 °С

500 °с

900 "С

 

 

 

 

 

 

4,1

10

2-1С»

5,5-10"

8 , 8 1 0 °

1 440

5,3

 

> 1 0 1 1

1,8-10'

2,2-10=

1 610

4,5

8,4

1,4-Ю8

1,4-Ю8

1,8-10'

1 320

5,2—5,8

20—30

I0'2 —10"

10Б—10е

 

3,0—3,7

3,0—5,0

1012—

103—10*

 

4,08

5,0

2-101 2

 

 

 

 

 

проницаемость

7 и тангенс угла

диэлектрических потерь

(3- И) .I0" 3 .

 

 

20

21

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ