10. Стеатитовая керамика виды, технология и области применения.

Стеатитовая (клиноэнстатитовая) керамика получена на основе системы MgO-SiO2. Основной кристаллической фазой является метасиликат магния MgSiO3. Стеатитовая керамика относится к теплоэлектроизоляционным материалам. Обладает высоким электрическим сопротивлением, низкими диэлектрическими потерями, высокой пробивной напряжённостью. Эти свойства позволяют применять в качестве радиоизоляторов. Отличительная особенность этой керамики является высокая механическая прочность, нулевая пористость и водопоглощение. Основным сырьем является природный водный силикат Mg (тальк 3MgO*4SiO2*H2O). При нагревании до температур 950-1050ºС он разлагается с образованием 3(MgO*SiO2)+SiO2+H2O. Для повышения технологических свойств в массу добавляют 2 – 4% огнеупорных глин, для улучшения электрофизических характеристик — BaCO3, катион Ba имеет большой радиус и способствует уплотнению структуры материала, что снижает проводимость.

Стеатитовая керамика по назначению и свойствам разделяется на высоковольтную и высокочастотную, а по составу массы и технологии изготовления — состоит из пластичных, малопластичных и непластичных масс.

Высоковольтные изделия из пластичных масс изготовляют по технологии, аналогичной для высоковольтного электрофарфора. При получении массы часть талька (50—60%) обжигают при 1250—13500C. Обжиг талька необходим для улучшения формовочной способности за счет устранения расслаивания из-за «жирностью» талька; 15—25% талька вводится в необожженном виде. Для придания массе пластичных свойств добавляют 7—12% глины и 3—5% бентонита. Заготовки массы, протянутые на вакуум-прессах, обтачивают на токарных станках, формуют в гипсовых формах и др. Этим методом изготовляют крупногабаритные детали.

Малопластичные массы, содержащие 2—5% глины, формуют прессованием, добавляя 4—6% органической связкм (олеиновой к-ты и др.). При этом способе формования можно вводить в массу до 20—40% необожженного талька. Способом прессования изготавливают главным образом электроустановочные детали. Обжиг при 1300° С.

Высокочастотные изделия изготовляют из непластичных масс (без добавки глины), содержащих 85— 90% обожженного талька, методом горячего литья. Литейный шликер получают из тонкомолотого спека на парафиновой связке, состоящей из 9—12% парафина и 0,5% олеиновой кислоты. Изделия обжигают при 1200° С.

Повышение помола талька в пластичных стеатитовых массах расширяет темп. интервал, в котором сохраняется спекшееся состояние с 10—20 до 40° С за счет снижения минимально необходимой температуры обжига. Это обусловлено увеличением удельной поверхности кремнезема, выделяющегося при разложении талька, и кристаллов MgO·SiO2. Механическая прочность обожженной керамики увеличивается.

Обжиг изделий осуществляется в периодических печах небольшого объема или в туннельных печах с небольшим сечением рабочего канала, для равномерности температуры. В процессе обжига MgO·SiO2 фиксируется в виде протоэнстатита. Охлаждение изделий до 800° С следует проводить быстро, так как при медленном охлаждении в интервале 800—1260° С протоэнстатит переходит в клиноэнстатит с изменением объема на 6% вследствие различной плотности материалов. Эти же изменения могут происходить в процессе службы керамики и называются «старением» стеатита. Для уменьшения склонности стеатита к старению повышают вязкость стеклофазы и вводят добавки, тормозящие рост кристаллов в процессе обжига. Фазовый состав стеатита состоит из 60—65% кристаллической фазы и стекловидной фазы, содержащей 4—5% Al2O3 и 0,5 R2O.

11.Форстеритовой керамикой(ρ_ист=2,9-3г/см³) принято называть керамику, в которой основной кристаллической фазой является ортосиликат магния 2MgO·SiO₂ — форстерит (57,2%- MgO,42,8-SiO₂). Благодаря высокой температуре плавления 1890° С форстерит является также основной фазой в огнеупорах соответственного названия. Форстеритовая керамика отличается от форстеритовых огнеупоров своим плотным строением и применяется главным образом в качестве высокочастотного диэлектрика.

Производство плотноспекшейся форстеритовой керамики основано на использовании главным образом природных видов сырья. Для изготовления форстеритовой керамики применяют обычно наиболее чистые разновидности беложгущегося онотского талька, окись магния или магнезит.

Технология

Форстеритовые изделия изготовляют способом горячего литья под давлением и прессованием. По первому способу технология двустадийная. Первая стадия состоит из подготовки галька, его помола с другими компонентами шихты, брикетирования шихты и обжига брикетов, при котором протекает собственно синтез форстерита. Вторая стадия включает дробление и помол обожженных брикетов, пластификацию порошка, литье и обжиг изделий.

В массы для прессования обычно вводят небольшое количестве глинистых материалов, необходимых для придания им связности, а в предназначенные для литья под давлением массы такие материалы не вводят.

Образование форстерита: 1)обжиг талька при Т=1100-1300°С 3MgO·4SiO₂·H₂O→3(MgO·SiO₂)+SiO₂+H₂O, 2) дальнейшее нагревание 3(MgO·SiO₂)+ 3MgO→3(2MgO·SiO₂), 3) SiO₂ из 1 р-ии взаимодействует с введенным MgO,обр-е доп кол-ва форстерита SiO₂+ MgO→2MgO·SiO₂

Свойства и области применения

Форстеритовая керамика, так же как и стеатитовая, имеет небольшие диэлектрические потери (tgδ), высокое значение удельного объемного сопротивления и хорошую механическую прочность. В отличие от стеатита форстеритовая керамика характеризуется повышенным коэффициентом линейного расширения, благодаря которому форстеритовую керамику применяют в электровакуумной технике как изолятор для согласованного спая с металлами, имеющих соответствующий коэффициент термического расширения, главным образом с титаном, коэффициент линейного расширения которого равен 9—9,5, а форстерита — 8—9.

Форстеритовая керамика вследствие отсутствия полиморфных превращений не подвержена старению, что является ее большим достоинством.

В электровакуумной технике для вакуумплотных согласованных спаев с медью и ее сплавами применяют специальные виды так называемой форстерито-периклазовой керамики, обладающей еще более высоким коэффициентом линейного расширения, чем форстерит.

Для снижения температуры спекания до 1350—1380°С вводят ВаСОз и ашарит (2MgO·B₂O₃·H₂O)-плавни, что приводит к образованию 10—15% стекловидной фазы. Хорошо спеченная форстеритовая керамика обладает вакуумной плотностью.