Проектирование и конструирование форм для производства керамики:

Существует общее правило проектирования керамических изделий:

1 правило: минимизация растягивающих напряжений, т.е. наиболее предпочтительны конструкции, в которых керамика испытывает напряжения сжатия;

2 правило: минимизация концентраций напряжений, заключающееся в отсутствие в деталях острых углов, уменьшение поверхности в более плавных очертаниях; сведение к минимуму количества отверстий и внутренних полостей, разгрузки зоны концентраций кольцевой канавки;

3 правило: минимизация термических напряжений: следует применять керамические материалы с высокой теплопроводностью, снижать температурные колебания в процессе работы готового изделия, использовать минимальные сечения деталей, их высокую симметрию. Детали сложной формы разбивать на составные элементы малых размеров и повышенной симметрии;

4 правило: отсутствие точечного приложения нагрузок. Наиболее предпочтительным является нагружение по плоскости затем по линии;

5 правило: учет возможности тепловой деформации детали. Правило особенно важно при сочетании в конструкции разнородных материалов, в контактах керамических деталей следует использовать пружины или прокладки;

6 правило: специальное формование в керамических деталях в напряженном состоянии, заключающегося в создании сжимающих напряжений противодействующих в процессе работы напряжением растяжения

Обжиг керамических изделий:

Техническую керамику в зависимости от состава и свойств обжигают, начиная от умеренных температур (1200-1300 °C) до весьма высоких (2000-2500 °C).Ввиду чувствительности некоторых материалов к действию газовой

среды из-за реакций окисления-восстановления их обжигают в условиях определенной регулируемой газовой среды. В этом отношении особенно чувствительны ферриты, керметы, рутиловые и некоторые другие составы керамики. В ряде случаев изделия следует обжигать в среде нейтральных газов – аргона, гелия, иногда – в восстановительной среде водорода, аммиака, окиси углерода и др. Многообразие видов технической керамики, для обжига которых требуются самые различные температурные и газовые условия обжига, вызвало необходимость разработки специальных конструкций печей или приспособления существующих печей для обжига такой керамики.

Применяемые в настоящее время для обжига технической керамики печи можно классифицировать:

1)по рабочей температуре обжига:

а) с умеренной температурой обжига – 1450 °C;

б) с высокой температурой обжига – до 2500 °C;

2)по виду теплоносителя:

а) на жидком топливе;

б) на газообразном топливе;

в) на металлических электрических нагревателях (нихроме, платине, молибдене, вольфраме);

г) на неметаллических электрических нагревателях (карбидкремниевых, дисилицидмолибденовых, хромитлантановых, циркониевых);

3) по конструктивному оформлению:

а) камерные;

б) туннельные;

в) щелевые;

4) по возможности создания регулируемой газовой среды:

а) с воздушной средой;

б) с восстановительной средой;

в) со средой из нейтральных газов;

г) вакуумные.

Различное сочетание основных приведенных признаков, необходимых

для обжига конкретного вида керамических изделий, обусловило создание

очень большого количества конструкций печей. Значительный интерес представляют собой высокотемпературные электрические нагреватели из дисилицида молибдена, хромита лантана и диоксида циркония. Температурные возможности этих нагревателей, а также

условия их эксплуатации весьма различны.

[1]Печи с нагревателями из дисилицида молибдена могут обеспечить температуру до 1650-1700 °С при определенных условиях их эксплуатации. По сравнению с нагревателями из SiC дисилицидмолибденовые нагреватели обладают высокой электропроводностью, менее прочны и термостойки, имеют

большую ползучесть. Однако достоинством нагревателей из дисилицида молибдена является их высокая стойкость против окисления благодаря образующейся на поверхности нагревателя пленке из SiO₂.Нагреватели устойчиво работают в окислительных и нейтральных газовых средах при температуре до 1700 °С. В восстановительных средах температура снижается: в среде H до 1350 °С, в среде СО – до 1500 °С. При температурах более 1300 °С нагреватели из MoSi₂ деформируются даже под действием собственной массы. Поэтому нагреватели из MoSi₂ устанавливают только в вертикальном положении. По конструкции их выполняют в U-образной форме. Это определенным образом сказывается на конструкции печи. В нашей стране выпускают нагреватели длиной до 1500 мм и длиной рабочей части 180-800 мм.

[2]Печи с нагревателями из хромита лантана. Нагреватели из хромита

лантана могут быть разогреты на поверхности до 1800-1850 °C.В печи температура может быть достигнута 1700-1750 °C при соответствующей изоляции печи. Достоинство хромитлантановых нагревателей – возможность их эксплуатации на воздухе и в нейтральной среде. Промышленность производит хромитлантановые нагреватели трубчатого типа с нарезной спиральной частью общей длиной: 450,700 и 1000 мм и рабочей частью, составляющей ⅓ общей длины. Диаметр нагревателей 16 и 20 мм. Печь объемом 1000 мм³,снабженная шестью нагревателями, имеет установочную мощность 6 кВт и употребляемую мощность в стационарном режиме около 3 кВт. Отличительными особенностями нагревателей и печей на их основе является их разогрев непосредственно от электрической сети промышленного напряжения без дополнительных трансформирующих устройств. В качестве регулирующего устройства применяют стандартные блоки ВРТ. Недостаток хромитлантановых нагревателей — летучесть оксидов хрома при температурах более 1500 °С.

[3]Печи с нагревателями из диоксида циркония. Использование нагревателей на основе диоксида циркония позволяет создавать тепловые агрегаты с рабочей температурой до 2000 °C на воздухе. Однако низкий уровень электропроводности при нормальной температуре (>10^-6 Ом^-1·см^-1 при 20 °С) вызвал необходимость предварительного (стартового) разогрева до температуры до 1100-1300 °С, при которой сопротивление ZrO₂ снижается. Такой стартовый разогрев осуществляется либо металлическим проволочным нагревателем, либо карбидкремниевым нагревателем специальной конструкции. Серьезный недостаток нагревательных элементов на основе ZrO₂ — их невысокая термостойкость, что ограничивает возможность их многократного включения. Однако возможность получения высоких температур на воздухе делает эти нагреватели и печи на их основе незаменимыми.