
книги из ГПНТБ / Технология электрокерамики
..pdf

'Jg Физико - технические свойства питийсодержа цих и ц е л ь з и а н о в ы х м а т е р и а л о в
Страна-изго товитель, обозначение материала
Л и т и ii с 0-
де р ж а щ и е
ма т е р и а л ы Швейцария: Альфастеа 0 Альфастеа 01
«СССР: ЛС-9 С-100
Ц е л ь з и а- н о в ы е ма т е р и а л ы ПНР, -120*
ЧССР,
725828.001*
СССР:
ЦМ-4
БАС-1
БАС-2
°/ |
|
Водопоглощенпе, |
Кажущая |
|
ся плот |
|
ность, |
|
г / с и 3 |
0—0,5 |
2,05 |
0—0,5 |
2,00 |
25—27 |
1,45—1,48 |
0 |
2,33 |
0 |
3,00—3,30 |
0 |
3,20—3,40 |
0 |
3,00—3,10 |
0 |
3,40—3,50 |
0 |
3,25—3,30 |
Предел прэчпости при
6 2
с |
* |
изгибе,ударном -см/см*-кгс |
6 |
5 |
§ |
Диэлектрическаяпр часприннцаемость °С20иМгц1те |
Огнеупорность,°С |
|
|
|
|
о |
|
а |
|
|
|
стати |
|
|
г о |
о |
|
|
|
|
ческом |
сжатии |
|
о ° |
go |
|
|
||
|
— о |
|
|
|||||
изгибе, |
кгс/см' |
|
|
. о |
О э |
|
|
|
кгс!смг |
|
|
а |
л |
И |
? |
|
|
|
|
|
|
g |
|
|
||
О |
U |
|
|
|
о |
|
|
|
550—700 |
200—300 |
4000—5000 |
1.5—2,0 |
0,5—0,2 0,9—1,0 |
1300 |
|
400—500 |
150—200 |
3000—4000 |
1.6—2,0 |
<0 |
0,8—0,9 |
1320 |
400—500 |
- |
- |
1.5—1,8 |
0,2—0,6 |
|
- |
- |
850 |
|
|
|
|
1,7 |
|
|
900—1003 |
300—500 |
— |
— |
1,7—2,0 2,0—2,5 6,5—7,0 |
— |
||
800 |
- |
— |
- |
— 3,5 |
8—10 |
— |
|
|
|
||||||
800—1000 |
— |
- |
— |
- |
2,2—2,6 6.5—7,5 |
— |
|
1400 |
|
|
3,0 |
9—9.5 |
|
||
|
|
|
|
|
|||
900—1200 |
|
|
|
|
2,5 |
7 - 7 . 5 |
|
* Указаны требования.
Т а б л и ц а 1-7
Удельное
объемное
электричес кое сопро тивление при 200 °С н частоте 1 Мгц.
ом см
10°—101 0 10»—10"»
(1—5). 10"
10"—-10'»
t g 5 при
частоте 1 Мгц н
20 "С
-
0,0001 — —0.002
Электрическая проч ность, кв/мм
3 - 5 2—3
5 - 6
28
30—40
10» |
0,0006 |
2J |
104—10" |
0,0002— |
26—33 |
|
—0,0003 |
|
10'* |
0,0002— |
23 |
|
—0,0003 |
|
10'* |
0,0002— |
20 |
|
—0,0003 |
|
Г Л А В А В Т О Р А Я
СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРОКЕРАМИКИ
Освоение производства более совершенных керами ческих материалов и новых эффективных процессов производства потребовали соответствующего развития сырьевой базы электрокерамической промышленности. Основным сырьем для электрокерамической промыш ленности являются тугоплавкие огнеупорные глины, каолины, пегматиты и полевые шпаты [Л. 2-1—2-5]. Кроме того, в электрокерамической промышленности используют новые сырьевые материалы: волластонит, тальк, глинозем, циркон и др.
2-1. ОГНЕУПОРНЫЕ ГЛИНЫ
За последние 10 лет взято на учет 15 крупных месторождений тугоплавких глин с общими запасами сырья 189 млн. т и 7 крупных месторождений огнеупор ных глин с общими запасами сырья 227 млн. г, что составляет по тугоплавким глинам около 30% и по
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2-1 |
|
Х а р а к т е р и с т и к а месторождений |
глинистого |
сырья |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Доля сырья, |
|
|
|
Запас |
сырья |
Дгбыча |
используемо |
|||
Сырье |
Месторождение |
по |
категориям |
сырья в |
го электро- |
|||
|
А + В + С,, |
1966 |
г., |
керамической |
||||
|
|
|
тыс. in |
тыс. |
m |
промышлен |
||
|
|
|
|
|
|
|
ностью (ориен |
|
|
|
|
|
|
|
|
тировочно), |
% |
Огнеупор |
Веселовское |
|
12 069, в |
287 |
80 |
|
||
ные глины |
|
том |
числе |
|
|
|
|
|
|
|
основных |
|
|
|
|
||
|
|
глин |
7 000 |
|
|
|
|
|
|
Ново-Райское |
|
82 |
115 |
1 030 |
7—8 |
|
|
|
Часовъярское |
|
81 |
115 |
1 800 |
7—8 |
|
|
Тугоплав |
Артемовское |
|
41 708 |
550 |
100 |
|
||
кие глины |
Николаевское |
|
17910 |
174 |
100 |
|
||
|
Никнфоровское |
|
8 650 |
117 |
100 |
|
||
Каолины |
Просяновское |
|
114 893 |
890 |
15—20 |
|
||
|
Глуховецкое |
|
50 |
202 |
720 |
|
|
27
Химический состав и |
с в о й с т в а о г н е у п о р н ы х глин |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Содержание окислов, мае. % |
|
|
Потери |
Количество |
га ' |
6 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Месторождение |
|
|
|
|
|
|
|
при прока |
фракций |
|
|
глины, сорт |
S i O a |
А1а Оз |
F e a 0 3 |
СаО |
MgO |
R 2 0 |
T i O a |
ливании, |
менее 1 |
•=( щ . |
|
|
% |
мкм |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
о Е: га |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Веселовское: |
|
|
0,83 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ДВ-1 |
53,96 |
30,95 |
0,73 |
0,78 |
2,27 |
0,65 |
9,12 |
72,58 |
13,5 |
20,7 |
|
ДВ-2 |
57,32 |
28,91 |
0,92 |
0,65 |
1,02 |
7,'98 |
0,70 |
8,00 |
67,52 |
19,5 |
17,8 |
д в - п к |
60,67 |
25,89 |
1,03 |
0,73 |
0,72 |
1,98 |
0,78 |
7,61 |
85.0Г) |
27,6 |
13,4 |
Ново-Райское: |
|
|
0,99 |
0,56 |
|
2,79 |
0,68 |
9,25 |
|
|
|
ДН-0 |
53,81 |
30,94 |
0,73 |
77,36 |
12,8 |
23,0 |
|||||
Д Н 1 |
55,10 |
30,95 |
1,03 |
0,58 |
0,73 |
2.22 |
0,74 |
8,56 |
67,59 |
17,2 |
19,2 |
Д Н 2 |
55,67 |
29,65 |
1,23 |
0.49 |
0,71 |
2,04 |
0,70 |
8,79 |
70,22 |
16,9 |
22,2 |
Д Н З |
57,71 |
27,05 |
2 72 |
0,54 |
0,68 |
1,63 |
0,85 |
8,08 |
65,21 |
22,3 |
~>\'~\ |
Д Н 1 ПК |
60,63 |
23,26 |
з!зё |
0.46 |
0,57 |
2,76 |
0,97 |
6.72 |
55,32 |
29,9 |
15,9 |
Часовъярское: |
|
2S.30— |
|
|
|
0,86— |
0,36 - |
|
|
- |
|
основная различных |
49,40— |
0,71 — |
0 , 2 - |
0,16— |
6,94—12,73 |
67,80— |
|
||||
марок |
—61,00 |
36,70 |
2,00 |
1,1 |
1,00 |
3,56 |
1,42 |
|
96,30 |
|
|
полукислая 41 ПК |
58,30 |
17,10 |
0,41 |
0,1 |
0,15 |
0,72 |
0,27 |
3,6 |
33,10 |
|
16,27 |
полукислая Ч2П[< |
78,30 |
26,80 |
2,50 |
0,94 |
1,10 |
3,28 |
1,36 |
9,73 |
70,40 |
|
|
Дружковское |
47,00— |
32,40— |
0,81 — |
0,72— |
0.16— |
1,18— |
|
9,50—11.46 |
- |
- |
- |
|
57,00 |
37.01 |
1,32 |
1,38 |
0,50 |
3,48 |
|
|
|||
Латнеиское |
46,65— |
24,00— |
1,04— |
0,47— |
0,43— |
0,24— |
Следы |
11,73— |
- |
- |
- |
|
55,88 |
38,20 |
1,31 |
0,96 |
1,00 |
0,53 |
- 0,2 7 |
16,89 |
|||
Ннжне-У вельское |
52,51 — |
27,54— |
1,85— |
0.10— |
0,69— |
0.29— |
0,02— |
9,30—10,91 |
- |
- |
- |
|
58,90 |
32,50 |
3.01 |
0.83 |
1,33 |
0,83 |
0,19 |
|
|||
Трошковское |
45,49— |
28,93— |
0,43— |
0,46— |
0,14— |
0,04— |
0,24— |
11,06— |
— |
— |
— |
|
55,01 |
37,32 |
2,73 |
2,30 |
1.81 |
1.59 |
0,96 |
17,70 |
|
|
|
Т а б л и ц а 2-2:
|
Темпера |
|
тура спе |
о ё |
кания, "С |
|
|
1700 |
1150—1300 |
1700 |
1150—1300 |
1700 |
1150—1250 |
1700 |
1100— 1300 |
170 J |
1101— 1300 |
17Э0 |
1100—1250 |
1700 |
1100—1250 |
1680 |
1150—1200 |
1630 |
1100—1300 |
1580 |
> 1300 |
1690 |
1300 |
--
--
--
——
огнеупорным глинам более 60% всех ранее разведан ных и взятых на баланс запасов глин, пригодных для производства электрокерамики.
Однако объем роста добычи глин и особенно заклад |
|
ка и освоение карьеров на |
новых месторождениях за |
метно отстают от прироста |
запасов. Это отставание |
в развитии сырьевой базы начинает сдерживать рост электрокерамического производства. До настоящего вре мени около 75% общего выпуска продукции электро керамической промышленности базируется на сырье нескольких месторождений, расположенных на террито рии УССР, огнеупорных глин: Веселовском, Ново-Рай ском, Часовъярском; тугоплавких глин: Артемовском, Николаевском, Никифоровском. Для огнеупорного при паса в небольшом количестве используют глины Латненского месторождения (Воронежская обл.).
В табл. 2-1 представлены некоторые характеристики основных эксплуатируемых месторождений сырья для
электрокерамической |
промышленности, |
в |
табл. |
2-2 — |
свойства этого сырья [Л. 2-6—'2-8]. |
|
|
|
|
За последние годы во ВНИИЭК завершена |
работа |
|||
по исследованию и |
технологическому |
апробированию |
||
глин и других пород |
ряда разведываемых |
месторожде |
ний, которые должны стать основными сырьевыми источ никами электрокерамической промышленности различ ных районов страны.
В табл. 2-3 приведены результаты определения гра нулометрического состава некоторых глин и каолинов, а также результаты определения их удельной поверх ности по методу низкотемпературной адсорбции азота.
Т а б л и ц а 2-3 Дисперсность глинистых м а т е р и а л о в (содержание ф р а к ц и й , % )
|
|
Размер |
зерен, мм |
|
|
ГлпшютыП материал |
0,25— |
0,05— |
0,01 — |
0,005— |
0—001 |
0,25 |
|||||
|
0,05 |
0,01 |
0,005 |
0,001 |
|
Удельная поверх ность, м?\г
Глуховецюш |
као |
0,22 |
13,80 |
28,80 |
8,20 |
21,50 |
27,48 |
76 |
лин |
гли |
0,10 |
2,60 |
6,50 |
7,90 |
9,10 |
78,80 |
198 |
Часовъярская |
||||||||
на |
|
0,50 |
2,50 |
0,30 |
12,90 |
13,40 |
64,30 |
760 |
Пыжевский бенто |
нит
29
Большинство заводов, изготовляющих фарфоровые изделия, использует часовъярскую глину, которая (по данным микроскопического анализа) состоит в основ ном из чешуйчатых и крипточешуйчатых, хорошо поля
ризующих агрегатов монотермита |
с размером |
чешуек |
от 2X6 до 10X45 мкм. Показатель |
преломления |
моно |
термита равен 1,554._ Агрегаты монотермита насыщены мельчайшими зернышками и иголочками не поддающе гося диагностике минерала с высоким показателем пре ломления.
Термическим анализом часовъярской глины установ лен эндотермический эффект при температуре 110— 120 °С, отражающий удаление связанной воды, и эндо термический эффект при 530 и 580 °С, связанный с вы делением конституционной воды. Первый экзотермиче ский эффект наблюдается при температуре 950—1 000 °С. Этот эффект резко отличается от соответствующего эффекта у каолинов. Слабое проявление высокотемпе ратурного эффекта в [Л. 2-10, 2-12] объясняется мине рализующим действием присутствующих в монотермите щелочей.
Кривая усадки часовъярской глины отличается от сутствием отчетливых признаков отражения термических эффектов. Она имеет плавный, почти горизонтальный ход примерно до температуры 930°С, после чего начи нается интенсивное развитие усадки, заканчивающееся при температуре около 1 200°С. К глинам, используе мым в производстве электрокерамики, предъявляют тре бования, указанные ниже.
Содержание A l 2 0 3 + T i 0 2 , % |
3^35 |
|
Содержание Fe 2 0 3 , % |
=^1,3 |
|
Огнеупорность, °С |
^171 0 |
|
Число пластичности по ГОСТ 5499-59 |
>15 |
|
Содержание частиц размером < 1 мкм, % |
Ss60 |
|
Содержание частиц размером <10 мкм, % |
^8 5 |
|
Влажность, |
% |
sS,20 |
2-2. |
КАОЛИНЫ |
|
Используемые изоляторной промышленностью каолины представлены минералом каолинитом с примесями квар цевых зерен и слюдистых минералов, л также небольших количеств карбонатов, единичных кристаллов рутила, гема тита и окислов железа [Л. 2-1, 2-4, 2-9]. Состав каолинита выражается формулой Al 2 0 3 - 2Si0 2 • 2Н 2 0 . Теоретическое
30
содержание Si02 -46,6%; AI2 03 —39,48% и H2 0—13,92%. Показатель преломления крупно- п мелкочешуйчатой разности каолинита—1,561 —1,563; величина отдельных че шуек 3-10—6-20 мкм, толщина сростков каолиннтовых чешуек 15—20 мкм. В минералогическом составе исполь зуемых каолинов имеются следующие различия: наиболь шее количество глинистого вещества содержит глуховецкий каолин, ему же присуще наименьшее содержание по левого шпата, гпдроелюды и примесей: кыштымскне као лины электролитного обогащения отличаются меньшим содержанием глинистого вещества и большим содержани ем полевого шпата, .гидрослюд и примесей. В результате определения гранулометрического состава каолинов уста
новлено, что |
максимальным |
количеством частиц |
менее |
1 мкм отличается глуховецкий каолин (58—65%), |
затем |
||
просяиовскпй |
(38—48%) и наименьшим — кыштымскнй |
||
(19—23%). В просяиовском |
(мокрого и сухого обогаще |
ния) и кыштымскнх каолинах практически отсутствуют частицы размером менее 0,24 мкм, тогда как в балайском каолине их содержание составляет 10,5%- Балайскмй каолин содержит и большее количество частиц раз мером от 0,24 до 0,4 мкм.
Результаты определения воздушной усадки и пластич ности каолинов показали, что просяиовскпй и кыштым скнй каолины, у которых практически отсутствует фрак ция частиц размером менее 0,24 мкм, обладают в 1,5—2 раза меньшей воздушной усадкой, чем балайскпй каолин. Благодаря высокой дисперсности балайский ,каолин обла дает также и повышенной пластичностью.
Дифференциальные кривые нагревания каолинов раз личных месторождений и групп имеют аналогичный ха рактер. На термограммах каолинов четко обозначены три термических эффекта: шервый эндотермический в ин тервале температур. 490—635 °С, связанный с дегидрата цией каолинита; второй экзотермический в интервале температур 930—1 085°С, связанный с разложением метакаолинита и кристаллизацией оставшихся после дегидра тации AI2O3 и БЮг, с образованием муллита; третий не
большой экзотермический эффект |
в интервале темпера |
|
тур |
1 150—1 275 °С, связанный |
с кристаллизацией |
аморфной кремнекислоты, оставшейся от окончательной кристаллизации муллита.
Кривая усадки каолинита имеет ступенчатый ход: нез начительная усадка в момент эндотермического эффекта,
31

водосодержаиие и воздушная усадка и уменьшается 'Пре
дел прочности 'при статическом |
изгибе в воздушно-сухом |
||
состоянии; г) |
уменьшается огневая усадка |
при 1 320°С; |
|
д) возрастает |
водопоглощение. |
|
|
Сравнительное исследование широко используемых в |
|||
изоляторной |
.промышленности |
каолинов |
показало, что |
лучшим по чистоте (минимальному содержанию приме сей) является каолин Глуховецкого месторождения (табл. 2-5), по формовочно-сушильным свойствам — кыштымский каолин, характеризующийся низкой дисперсностью, высокой скоростью фильтрации, большей воздушной усад кой и большей механической прочностью образцов в воз душно-сухом состоянии. Просяновский каолин по своим свойствам занимает промежуточное положение между глуховецким и кыштымским каолинами. Каолины для изоляторной промышленности должны отвечать требова ниям ГОСТ 6138-61:
|
|
|
|
|
|
1 -й сорт |
2-it спрт |
Содержание, |
|
%: |
|
|
|
|
|
окиси железа, Fe,0, |
< 0 , 5 |
< 0 , 8 |
|||||
двуокиси |
титана, |
ТЮ , |
< 0 , 6 |
< 0 , 6 |
|||
ангидрида |
серной |
|
кислоты, S03 |
< 0 , 8 |
< 0 , 8 |
||
|
< 0 , 3 |
< 0 , 3 |
|||||
Механические |
примеси, |
%: |
<0,04 |
<0,05 |
|||
|
|
|
|
|
|
||
остаток |
на сите № |
0056 . . . . |
<0,50 |
<0,60 |
|||
<0,60 |
<0,70 |
||||||
Усадка |
при |
105—110 |
°С, % . . . . |
5^4 |
|
||
Порог |
структурообразованпя каолино |
|
|
||||
вой суспензии, г/см3 |
|
|
1,28—1,36 |
1,28—1,36 |
|||
Активная щелочность |
(рН) |
< 9 , 5 |
0 , 5 |
||||
|
|
|
|
|
|
<2 0 |
<2 0 |
2-3. ПОЛЕВОШПАТОВЫЕ ПОРОДЫ
В качестве флюсующего материала при изготовлении фарфора используют полевые шпаты, представленные
минералами |
щелочной |
или щелочно-земельной групп |
[Л. 2-1—2-5; |
2-12—2-16]. |
Наиболее широко применяют |
полевые шпаты щелочной группы, особенно калиевый полевой шпат — ортоклаз (КгО • А^ОзбБЮг) и по хи мическому составу не отличающийся от ортоклаза микроклин. В промышленности используют калиевый поле34