Каталог :: Радиоэлектроника

Реферат: Электроизоляционная керамика

                  Министерство образования Российской Федерации                  
     Уфимский Государственный  Нефтяной  Технический Университет
                Кафедра автоматизации производственных процессов                
                                Реферат на тему:                                
                         «Электроизоляционная керамика»                         
Выполнил:
ст. гр. АЭ-01-01
Швыткин К.Е.
Проверил:
Прахова Т.Ю.
                                    Уфа 2004                                    
     СОДЕРЖАНИЕ:
                                                                            стр.
1.     Классификация и основные свойства электроизоляционной
керамики                                                                       2
2.     Основные сырьевые материалы для производства электро-изоляционной
керамики
6
3.     Технология производства электрокерамических материалов
и изделий                                                                      9
4.  Механическая обработка и металлизация керамических из-
делий                                                                         18
Приложения                                                                    22
Список литературы                                                             31
     1.   КЛАССИФИКАЦИЯ   И   ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРО-ИЗОЛЯЦИОННОЙ КЕРАМИКИ
Электроизоляционная керамика представляет собой материал, получаемый из
формовочной массы заданного химического состава из ми­нералов и оксидов
металлов. Любая керами­ка, в том числе и электроизоляционная,— мате­риал
многофазный, состоящий из кристалличе­ской, аморфной и газовой фаз. Ее свойства
зависят от химического и фазового составов, макро- и микроструктуры и от
технологических приемов изготовления./1/
В электрической и радиоэлектронной про­мышленности керамическая технология
широко применяется для изготовления диэлектричес­ких, полупроводниковых,
пьезоэлектрических, магнитных, металлокерамических и других из­делий. В
настоящее время, особенно с прони­кновением в быт электронной техники, из
электроизоляционной керамики изготавливаются десятки тысяч наименований изделий
массой от десятых долей грамма до сотен килограм­мов и размерами от нескольких
миллиметров до нескольких метров. В ряде случаев изделия из керамики, главным
образом из электрофарфора, покрываются гла­зурями, что уменьшает возможность
загрязне­ния, улучшает электрические и механические свойства, а также внешний
вид изделия./14/
Электрофарфор является основным кера­мическим материалом, используемым в
произ­водстве широкого ассортимента низковольт­ных и высоковольтных изоляторов
и других изоляционных элементов с рабочим напряже­нием до 1150 кВ переменного и
до 1500 кВ постоянного тока./8/
Преимущества электрокерамики перед дру­гими электроизоляционными материалами
со­стоят в том, что из нее можно изготовлять изоляторы сложной конфигурации,
кроме то­го она имеет широкий интервал спекания. Сы­рьевые материалы мало
дефицитны, технология изготовления изделий относительно проста./15/ 
Электрофарфор обладает достаточно высокими электроизоляционными, механическими,
тер­мическими свойствами в области рабочих тем­ператур; он выдерживает
поверхностные раз­ряды, слабо подвержен старению, стоек к воздействию
атмосферных осадков, многих хи­мических веществ, солнечных лучей и
радиаци­онных излучений./8/
В связи с передачей энергии высоким и сверхвысоким напряжением на дальнее
рас­стояние резко возросли требования к качеству высоковольтных изоляторов,
главным образом к механической прочности./12/
В последние годы выпускаются надежные высокопрочные изоляторы
оптимизированной конструкции из электрофарфора высокого ка­чества. Известно,
что прочность фарфора при сжатии в 10—20 раз выше прочности при из­гибе или
растяжении.
По назначению компоненты фарфора раз­личаются на пластичные и отощающие, а по
роли при термической обработке — на плавни и кристаллорбразующие.
Механическая прочность фарфора в значительной степени зависит от механических
свойств и кристаллической структуры отощающего материала, а также
образованных в процессе обжига сетчатых волокнистых микроструктур
кристаллической фазы (в частности, игл муллита). Стеклофаза в структуре
фарфора ухудшает механическую прочность, так же как и наличие пор,
неблагоприятно влияющих на распределение напряжений.
Наравне с обычным фарфором налажен выпуск фарфора с повышенным содержанием
муллита, фарфор кристобалитовый и корундовый. В последнем кремнезем в шихте
частично заменен корундом./13/
Большинство корундовых кристаллов при обжиге остается в исходной форме и
благодаря высокому сопротивлению упругой деформации образует прочный каркас
микроструктуры. Незначительная часть растворяется в стек-лофазе и является
причиной возникновения вторичного муллита. Как следует из табл. 1 (см.
приложения), механическая прочность корундового фарфора значительно выше
прочности обычного фарфора.
Наиболее  перспективным является корундовый фарфор./16/
Следует ожидать, что традиционные спо­собы производства, т. е. литье изоляторов
в гипсовые формы, а для больших опорных изо­ляторов — склейка отдельных
элементов до обжига, заменяется пластическим прессовани­ем, выдавливанием
массивного цилиндра или трубки с дополнительной обработкой на копи­ровальных
станках, а также изостатическим прессованием заготовок с последующей
авто­матической обработкой. Использование послед­него способа производства
изоляторов суще­ственно сократит технологический цикл и объ­ем трудозатрат./
5/
По ГОСТ 20419-83 (соответствует СТ СЭВ 3567-83) «Материалы керамические
электро­технические» эти материалы по их составу клас­сифицируются следующим
образом:
Группа 100         материалы на основе щелоч-
ных алюмосиликатов
(фарфоры):
Подгруппа     силикатный   фарфор, со-
110                  держащий до 30% А12О3;
Подгруппа     силикатный фарфор тон-
110.1               кодисперсный;
Подгруппа     силикатный фарфор прес-
111                  сованный;
Подгруппа     силикатный фарфор вы-
112                  сокой прочности;
Подгруппа     глиноземистый фарфор
120                  (содержащий  30—50 %
                                  А1203);
Подгруппа      глиноземистый  фарфор
130                    высокой   прочности,   со­-
держащий    свыше   50 %
А1203.
Группа 200            материалы на основе си­-
ликатов магния (стеати-
ты) :
Подгруппа    стеатит прессованный;
210
Подгруппа    стеатит пластичный;
220
Подгруппа    стеатит литейный
220.1
Группа 300            материалы на основе ок­-
сида титана, титанатов,
станнатов и ниобатов;
Подгруппа       материалы на  основе ок-
310                  сида титана;
Подгруппа      материалы на основе ти-
340                  танатов   стронция,    вис-­
мута, кальция;
Подгруппа      материалы на основе ти-
340.1                таната кальция;
Подгруппа       материалы     на     основе
340.2                стронций-висмутового ти-
таната;
Подгруппа      материалы    на    основе
350                    титаната бария   с   εr до
3000;
Подгруппа      материалы на основе ти-
350.1                 таната   бария,  стронция,
висмута;
Подгруппа      материалы на основе ти-
351                    таната бария с εг свыше
3000;
Подгруппа      материалы на основе ти-
351.1                 таната бария,   станната и цирконата кальция.
Группа 400           материалы на основе
алюмосиликатов магния
(кордиерит) или бария
(цельзиан), плотные:
Подгруппа      кордиерит;
410
Подгруппа       цельзиан.
420
Группа 500           материалы на основе
алюмосиликатов магния,
пористые:
     Подгруппа
510                                              материалы     на
Подгруппа       основе алюмосиликатов
511                    магния, пористые термо
Подгруппа       стойкие;
512
Подгруппа      высококордиеритовый
520                                              материал, пористый;
Подгруппа       высокоглиноземистый
530                   материал, пористый, тер­-
мостойкий.
Группа 600           глиноземистые материа-­
лы (муллитокорундовые):
Подгруппа      глиноземистый матери-
610                   ал, содержащий   50  —65 % А1203;
Подгруппа      глиноземистый матери-
620                   ал, содержащий    65 —80 % А1203;
Подгруппа      глиноземистый матери-
620.1                ал, содержащий    72 —77 % А1203.
Группа 700           высокоглиноземистые ма­-
териалы (корундовые):
Подгруппа       высокоглиноземистый
780                   материал, содержащий
80—86 % А12О3;
Подгруппа      высокоглиноземистый
786                   материал, содержащий
86—95 % А12О3;
Подгруппа      высокоглиноземистый
795                   материал, содержащий
95—99 % А12О3;
Подгруппа      высокоглиноземистый
799                   материал,     содержащий
свыше 99 % А1203./
1/
Электроизоляционные керамические мате­риалы по назначению классифицируются
со­гласно табл. 2 (см. приложения)./16/
Если поры керамики сообщаются между собой и поверхностью изделия, то она
назы­вается «пористой», т. е. имеющей «открытые» поры.
Все керамические материалы более или менее пористые. Даже в обожженной до
мак­симальной плотности керамике объем пор (за­крытых) составляет 2—6 %, а в
пористых ма­териалах— 15—25 %.
Открытая пористость измеряется значени­ем водопоглощения, т. е. количеством
воды, по­глощаемым материалом до насыщения и отне­сенным к массе сухого
образца.
В тех случаях, когда водопоглощение об­разца не превышает 0,5 %, для
определения пористости часто применяется качественный метод: прокраска
образцов в 1 %-ном спирто­вом растворе фуксина. Наличие открытой пористости
определяется по проникновению кра­сителя в толщу образца.
Для характеристики плотности керамики употребляют параметр — кажущаяся
плотность, ее значение 1800—5200 кг/м3./13/
     2. ОСНОВНЫЕ СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОД-СТВА ЭЛЕКТРОЛЯЦИОННОЙ КЕРАМИКИ
     Сырьевые материалы для производства электрофарфора. Для изготовления
электро­фарфора основными сырьевыми материалами служат огнеупорные глины,
кварц, пегматиты, полевые шпаты, каолины, глинозем, ашарит и циркон (для
производства соответственно гли­ноземистого, ашаритового и цирконового
фар­фора), мел и доломит (в качестве плавней, главным образом, в глазури) и др.
     Огнеупорные глины и каолины представ­ляют собой тонкозернистые (от
коллоидной дисперсности до размеров частиц менее 2 мкм) водные алюмосиликаты;
для них характерна слоистая структура.
Основными составляющими тонкозернистой фракции глинистых пород являются минералы
каолиновой группы с химическими формулами А12О3 x x2SiO
2 • 2Н2О (каолинит), А12О3 • 2SiO2 
• 4Н2О (галлуазит) и др. Для производства вы­соковольтного фарфора
отечественными заво­дами используются глины и каолины, химиче­ский состав
которых и потери по массе при прокаливании приведены в табл. 3 и 4 (см.
приложения).
     Кварцевые материалы. Кристаллический кремнезем SiO2 является
одним из основных компонентов фарфоровой массы, который вво­дят в состав шихты
в виде кварцевого песка или жильного кварца. Размер гранул кварце­вых песков
составляет 0,05—3 мм. Кристалли­ческий кремнезем существует в нескольких
по­лиморфных формах; три основные — кварц, тридимит и кристобалит. В свою
очередь кварц и кристобалит имеют α- и β-модификации, тридимит —
α-, β- и  γ-модификации. Стабиль­ными формами являются
β-кварц (при темпера­туре ниже 573 °С), α-тридимит (870—1470 °С) и
α-кристобалит (1470—1710°С). Переход из одной модификации кремнезема в
другую со­провождается изменением объема, плотности и других параметров. При
производстве электро­керамики используются пески и жильный кварц, химический
состав которых приведен в табл. 5 (см. приложения).
В зависимости от месторождения кварце­вые пески имеют примеси (Fe2O
3, TiO2, A12O3, CaO, MgO и др.), наиболее
нежелательные из которых Fe2O3 и ТiO2 
(допустимое содержание не более 0,15 %), СаО и MgO (не более 0,2 %).
     Полевые шпаты представляют собой без­водные алюмосиликаты, содержащие
щелочные (Na+, К+) и щелочно-земельные (Са2+)
катио­ны. Основные виды применяемых в керамиче­ском производстве полевых
шпатов: калиевый (микроклин) с приблизительной формулой К2О•А12
O3•6SiO2, натриевый (альбит) Na2O•Al2
O3•6SiO2, кальциевый (анортит) СаО•А12О3
•2SiO2 и бариевый (цельзиан) ВаО•А12О3•2SiO
2. Полевые шпаты всегда содержат примеси оксидов железа, магния, кальция и
др./18/
Лучшим для изоляционной керамики по­левым шпатом является микроклин. Из-за
повышенного содержания Na2O в полевом шпа­те снижаются температура
обжига, вязкость стеклофазы керамики и существенно ухудша­ются его
электрофизические свойства. Чем больше соотношение К2О и Na2
O в полевом шпате, тем лучше свойства керамики.
В связи с ограниченностью запасов высо­кокачественного полевого шпата для
производ­ства высоковольтных изоляторов используют пегматиты.
     Пегматиты представляют собой крупнозер­нистые кристаллические породы —
смесь полевого шпата с кварцем. Химический состав пег­матитов и полевых шпатов
приведен в табл. 6 (см. приложения).
     Глинозем — безводный оксид алюминия Al2О3 —
представляет собой порошок со сред­ними размерами сферических гранул 50— 200
мкм. Глинозем широко применяется как основной компонент электро­фарфора и
ультрафарфора (на основе корун­да) и в качестве самостоятельного материала для
изготовления высоковольтных, высокочас­тотных изоляторов, конденсаторов,
деталей вакуум-плотных узлов (корпусов предохраните­лей, колб натриевых ламп,
корпусов полупро­водниковых вентилей, обтекателей антенн, плат для интегральных
схем и др.).
Безводный оксид алюминия существует в нескольких кристаллических модификациях,
из которых самой устойчивой является α-А12О3 
(корунд). Эта модификация характеризуется малым tgδ≈2•10-4
, высоким ρ≈1014 Ом•м, высокой теплопроводностью и
стойкостью к термоударам,   наибольшей   плотностью   (3999 кг/м3).
Две другие модификации: γ-А12О3 и β-А12
О3, последняя из которых представляет собой со­единение глинозема со
щелочными и щелочно­земельными оксидами, имеют меньшую плот­ность
(соответственно 3600 и 3300—3400 кг/м3) и более высокие значения
tgδ (≈50•10-4 и 1000•10-4). Технический
глинозем представляет собой в основном γ-А12О3 с
частичным содержанием гидратов глинозема.
При нагреве γ-Аl2О3 переходит в α-А12
О3 с уменьшением объема на 14,3 процента. Для уменьше­ния усадки
керамики при обжиге технический глинозем предварительно обжигают при
темпе­ратуре 1450—1550 °С.
Спектрально чистый корунд плавится при 2050 °С, а изделия из него при
небольшой ме­ханической нагрузке могут быть использованы даже при температуре
до 1800°С.
Для производства электроизоляционной ке­рамики применяются технический
глинозем (шесть сортов), электроплавленный корунд и глинозем особой чистоты в
зависимости от на­значения керамики.
     Кальцит — карбонат кальция СаСО3, пред­ставляющий собой
плотный кристаллический агрегат, называется мрамором, а при тонко­дисперсной
структуре — мелом. При нагреве СаСО3 разлагается с выделением СО
2 соглас­но реакции СаСО3 → СаО + СО2↑.
Скорость раз­ложения зависит от скорости подъема темпе­ратуры и от давления
воздуха. При нормальных условиях температура разложения состав­ляет порядка 900
°С.
Для производства электроизоляционной ке­рамики в основном используют мел
Белгород­ского месторождения с содержанием СаСО3 не менее 98 %.
В керамике карбонат кальция использует­ся как основной компонент
кристаллических фаз титанатов, станнатов и цирконатов каль­ция, анортита,
волластонита, а также входит в состав стеклофазы различных электрокерамик и
глазурей.
     Ашарит — борат магния 2MgO•B2O3•H2O
является стеклообразующим оксидом. Его твер­дость по Моосу — 4. Он добавляется
в керами­ческие массы в количестве 2—3 %. Ашарит в состав ашаритового фарфора
вводится в виде предварительно приготовленного спека из гли­нозема, ашарита и
полевого шпата в количест­ве до 60 % массы, для улучшения электроизо­ляционных
свойств фарфора.
     Циркон ZrO2•SiO2 (цирконовая руда) име­ет твердость
7—8; плотность его около 4700 кг/м3. Руду обогащают, в результате
получен­ный циркон содержит ZrO2 не менее 60 % и Fe2O
3 не более 0,15 %. Циркон используется в качестве основного компонента в
стойкой к тер­моударам керамике и в виде части кристалли­ческой фазы
цирконового фарфора. В послед­нем случае циркон вводится в состав фарфора
вместо кварца, кристаллическая фаза керами­ки в таком случае представлена
цирконом и муллитом. Химический состав сырья, содержа­щего цирконий, приведен в
табл. 7 (см. приложения)./13/
     Сырьевые материалы для производства других видов керамики. Тальк 
разных место­рождений имеет состав, близкий к 3MgO•4SiO2•H2
O или 4MgO•5SiO2•H2O, с незначи­тельным количеством других
оксидов. Лучшие разновидности талька отличаются малым со­держанием СаО (от 0,2
до 1 %) и Fe2O3 (от 0,3 до 0,8 %). Тальк должен иметь
однородный состав без прослоек, а потери массы при про­каливании не должны
превышать 5—7 %.
Химический состав тальков, используемых  для производства стеатитов, приведен
в табл. 8 (см. приложения).
Диоксид титана — мелкодисперсный поро­шок белого цвета с желтоватым оттенком.
Для природного и полученного химическим путем диоксида титана характерен
полиморфизм.
Технические данные диоксида титана при­ведены в табл. 9, химический состав — в
табл. 10 (см. приложения)./17/
     3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОКЕРАМИЧЕСКИХ    МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ
В общем случае технологический процесс производства электрокерамических изделий
можно представить схемой рис. 1 (см. приложения). Для каж­дого конкретного
случая процесс будет не­сколько видоизменяться, однако можно отме­тить общие
для большинства случаев основные этапы производства: приготовление формовоч­ной
массы; оформление заготовок изделий; сушка, глазурование и обжиг изделий. В
неко­торых случаях обожженные изделия могут подвергаться дополнительной
механической об­работке./5/
     Приготовление формовочной массы. Керамическая формовочная масса
характеризуется размерами и распределением частиц; от этого зависят плотность
упаковки, влагосодержание и прочность заготовки до обжига, технологиче­ские
свойства материала, а также характери­стики обожженных керамических изделий.
     Измельчение компонентов является одним из основных процессов при
приготовлении фор­мовочных масс. Как правило, твердые мине­ральные компоненты
массы сначала подверга­ют грубому измельчению в щековых дробилках и на бегунах,
затем просеивают на виброситах для получения заданной фракции, далее
про­изводят мокрый или сухой тонкий помол на ро­тационных шаровых мельницах
периодического или непрерывного действия. Сверхтонкий по­мол производят в
струйных мельницах с ис­пользованием сжатого воздуха.
Степень измельчения отдельных компонен­тов массы зависит от требований,
предъявляе­мых к материалу, размеров изделий и приме­няемых способов
оформления, сушки и обжига. При измельчении обычно происходит смешение
компонентов массы. Степень измельчения про­веряют ситовым и микроскопическим
анализа­ми, а в лабораторных условиях — седиментационным. Для удаления частиц
железа измель­ченную массу пропускают через магнитный се­паратор.
     Обезвоживание водного шликера после мокрого помола производится на
фильтр-прес­се под давлением 0,8—3 МПа. Масса, остаю­щаяся между пластинами
фильтра в виде кор­жей, в зависимости от назначения проходит различную
обработку. При изготовлении масс для пластичной формовки коржи поступают для
переминки в вакуум-прессы, с помощью ко­торых обеспечивается хорошее извлечение
воздуха, окончательная переминка массы и выдавливание ее через мундштук,
придающий заго­товкам определенный профиль. Заготовки ис­пользуются для
формовки изделий пластичными методами.
     Для приготовления водного литейного шли­кера коржи распускаются в
шликерных мешалках в воде с добавкой электролита и доводят­ся до нужной
влажности. После вакуумирования шликер подается на литье. Безглинистые массы
или массы с небольшим содержанием глинистых веществ (например, конденсаторные
массы с содержанием около 3 % бентонита) не подвергают обезвоживанию на
фильтр-прессе, а используют как литейный шликер после вакуумировки.
     При приготовлении масс, предназначенных для изготовления изделий методом
прессова­ния, коржи с добавкой отходов формовочной массы подвергают сушке и
дроблению. Затем масса просеивается, пропускается через маг­нитный сепаратор,
вводятся связующие вещества, производится тщательное перемешивание и
приготовляются гранулированные (гранулы размером 0,5—2 мм отделяют от пыли на
соот­ветствующих ситах) пресс-порошки.
В качестве связующего и пластифицирую­щего вещества в глинистых массах служит
во­да, а в безглинистых массах — растворы орга­нических веществ, например
раствор поливини­лового спирта, бакелитовой смолы, воскообразные вещества —
парафин, церезин и др.
Для приготовления гра­нулированного пресс-порошка широко приме­няют
распылительные сушилки. При этом вод­ный шликер с влажностью 35—50 %
распыля­ют форсункой или вращающимся диском в ба­шенной сушилке для подсушки
и получения гранул заданной влажности. Шарообразные гранулы (размерами
преимущественно 0,3— 0,5 мм) имеют более высокую текучесть, чем порошок,
получаемый измельчением сухой мас­сы в мельницах ударного действия.
При применении распылительных сушилок достигается существенная экономия за
счет ис­ключения из производственного цикла ряда операций, снижения трудовых
и эксплуатаци­онных затрат.
     При приготовлении шликера для горячего литья в металлические формы под
давлением масса предварительно синтезируется, дробится, измельчается в
барабанных или вибрационных мельницах до заданной дисперсности (обычно удельная
поверхность 350—800 м2/кг). Затем вводится парафин с добавкой
олеиновой кис­лоты в обогреваемую до 70—80 °С лопастную, пропеллерную или иную
мешалку.
Ориентировочное количество связующего, состоящего из 95—97 % парафина и 3—5 %
олеиновой кислоты, в шликерах составляет око­ло 10 —15%.
Перед заливкой в формы горячий шликер вакуумируют в аппаратах различной
конст­рукции./3/
     Оформление заготовок изделий. В зависи­мости от состава, технологических
особенностей приготовления массы, конфигурации, габаритных размеров и масштаба
производства изде­лий в основном применяются следующие спо­собы изготовления
заготовок: пластичное фор­мование, прессование из пресс-порошков, литье водного
шликера в гипсовые формы, горячее литье под давлением в металлические формы и
высокотемпературное прессование./2/
     Пластичное формование относится к важ­нейшим методам оформления
электротехниче­ских изделий. Этот метод в основном применя­ется при массовом
производстве различных фарфоровых изоляторов, иногда для изготов­ления
специальных изделий, стеатитовых, кордиеритовых, конденсаторных, глиноземистых
и др., в том числе и из масс, не содержащих глины, но пластифицированных
органическими связующими.
При изготовлении изделий пластичным формованием керамическую массу подвергают
тщательной обработке, многократной перемеш­ке в ленточном прессе,
вакуумированию.
Сплошные толстостенные трубчатые кера­мические изделия оформляются из
пластичной массы с помощью мощных вакуум-прессов. Окончательная конфигурация
заготовок дости­гается пластичным формованием во вращаю­щихся гипсовых или
металлических формах и механической обработкой резанием. Этот ме­тод
применяется при изготовлении крупногаба­ритных высоковольтных изоляторов и
подоб­ных им изделий. Трубки, оси, стержни с одним или несколькими каналами и
другие изделия с постоянным поперечным сечением изготавлива­ют из пластичной
массы способом протяжки через фильерные мундштуки на поршневых винтовых,
гидравлических или шнековых прес­сах. Этот способ является основным для
оформ­ления заготовок различной конфигурации при изготовлении конденсаторов,
резисторов и дру­гих изделий.
Изделия, не имеющие форму тел вращения, при небольших выпусках изготовляются
мето­дом ручной лепки в гипсовых формах.
     Прессование из пресс-порошков является одним из распространенных и
производитель­ных способов изготовления полностью оформленных изделий заданной
конфигурации или заготовок для последующей механической об­работки изделий.
В зависимости от конфигурации прессуе­мых изделий, степени пластичности
пресс-по­рошка и требований к изделиям прессование можно осуществлять
различными способами. Так, широкий ассортимент установочных дета­лей из
стеатита и форстерита, высоковольтные конденсаторы и другие изделия
изготовляются сухим прессованием с применением малоплас­тичных пресс-порошков
с неводными органиче­скими (парафин, смесь парафина с керосином и др.) или
гидроорганическими (водный рас­твор поливинилового спирта) связующими. Для
малопластичных пресс-порошков в СССР ис­пользуют 2—5 %-ный водный раствор
поливи­нилового спирта или 6—14 %-ный раствор па­рафина в бензине или
керосине.
     Штампование применяется главным обра­зом для установочных деталей
различной кон­фигурации из высокопластичных материалов с большим содержанием
глин (фарфора, радио­фарфора, ультрафарфора и т. д.) и добавкой
гидроорганических пластификаторов.
     Изостатическое прессование основано на всестороннем обжатии засыпанного в
эластич­ную форму пресс-порошка или предварительно оформленной каким-либо
способом заготовки жидкостью или сжатым газом. Изостатическое прессование в
резиновой форме путем прило­жения гидростатического давления жидкости обычно
называют гидростатическим прессова­нием. Этот способ применяется для
оформле­ния заготовок некоторых видов изоляторов, пьезокерамических элементов и
других подоб­ных изделий. Он обеспечивает получение плот­ных и однородных
заготовок.
     Высокотемпературное прессование приме­няется преимущественно для
получения неко­торых специальных изделий простой формы. Оно заключается в
спекании керамического ма­териала под давлением при высокой темпера­туре в
нагревостойких формах, при этом оформ­ление и обжиг изделий совмещаются в
единой операции. Исходный материал применяется в виде порошков или гранул.
Давление, темпе­ратура и продолжительность прессования оп­ределяются составом
материала, размером и конфигурацией изделий и т. п.
     Литье водных шликеров в пористые формы является одним из самых старых
способов оформления керамических изделий. Этот способ широко применяется и
сейчас, главным обра­зом для изделий из специальных видов кера­мики — для
крупногабаритных керамических конденсаторов, антенных обтекателей, а также
различных изделий сложной формы.
При заливке шликера в пористую, чаще всего гипсовую форму, вследствие
поглощения влаги стенками формы на ее поверхности об­разуется достаточно
плотный и прочный слой керамической массы.
Различают два основных способа отливки изделий. При сливном способе после
образо­вания на внутренней стороне формы слоя мас­сы требуемой толщины
оставшийся шликер вы­ливается из формы. При наливном способе от­фильтрованная
масса заполняет всю полость формы. Для оформления заготовок с внутрен­ней
полостью наливным способом в форму вставляется пористый сердечник.
     Горячее литье под давлением применяется преимущественно для изготовления
изделий сложной формы с точными размерами из не­пластичных материалов и
толщиной стенки не более 10 мм. Литье производится на специаль­ных аппаратах в
металлические формы при температуре 70—80 °С и избыточном давлении 0,1—1 МПа.
В форму заливается вакуумированный шликер, который поступает под давлением в
полость металлической формы и хорошо ее за­полняет. Затвердевание шликера
происходит при охлаждении формы. Метод оформления из­делий очень трудоемок.
Обточка необожженных керамических изделий широко применяется при изготовлении
изоляторов и других изделий, имеющих форму тел вращения.
Заготовки для последующей обточки полу­чают методом протяжки (экструзии)
пластич­ной массы. В некоторых случаях заготовки мо­гут быть получены и
другими способами — изостатическим прессованием, шликерным литьем и т. п.
Для обточки используют горизонтальные и вертикальные токарные станки, снабженные
специальными резцедержателями. На обточку материал подается либо в подвяленном
(влаж­ная обточка), либо в сухом состоянии (сухая обточка). В некоторых случаях
производится обточка заготовок, прошедших предваритель­ный (утильный) обжиг.
/5/
     Сушка, глазурование и обжиг электрофар­форовых изделий. Сушка. 
Электрофарфоровые изделия, полученные методами протяжки, прессования и другими
методами и прошедшие обточку на станках, содержат 17—18 % влаги; несколько
меньшую влажность имеют заготов­ки установочных изделий. Для удаления влаги до
остаточной влажности 0,2—2,0 % фарфоро­вые изделия подвергаются сушке в
сушильных камерах различной конструкции. Чем больше габаритные размеры и
толщина стенки изоля­торов, тем меньше должна быть остаточная влажность./
6/
Существуют следующие виды сушки изде­лий: конвективная, при которой изделия
на­греваются теплым воздухом, уносящим испа­ряющуюся влагу; радиационная, при
которой лучистая энергия поступает от электрических нагревателей;
радиационно-конвективная, в ко­торой сочетается конвективный и радиацион­ный
нагрев. Этот способ наиболее эффективен при сушке крупных и средних
изоляторов. Сушка токами промышленной и высокой час­тоты применяется для
провялки крупногаба­ритных влажных заготовок.
Для сушки используются сушильные агре­гаты периодического и непрерывного
действия. Первые, главным образом, используются для крупногабаритных
изоляторов. Для изделий среднего габарита и мелких в основном при­меняют
сушилки непрерывного действия (кон­вейерные, туннельные) с большей
производи­тельностью.
По способу нагрева изделий существуют сушилки конвективные, радиационные и
конвективно-радиационные, по способу использо­вания газов — однократного и
многократного насыщения, а также использующие воздух в замкнутом цикле, по
способу движения изде­лий в сушильных камерах и каналах — туннельные (с
периодическим перемещением из­делий) и конвейерные (с непрерывным
гори­зонтальным или вертикальным). Горизонталь­ная конвейерная сушилка
представляет собой камеру длиной 8—10, шириной 3—5 и высо­той 3—4 м,
вертикальная конвейерная сушил­ка — камеру длиной и высотой 5—6 м. Туннельные
сушилки непрерывного действия представляют собой камеру длиной 20 — 25,
высотой 2,5—3,5 м. Их ширина зависит от ко­личества параллельно идущих в
туннеле ваго­неток с изоляторами.
     Глазурование. Электрокерамические изде­лия покрывают тонким (0,1—0,3 мм)
слоем гла­зури (стекловидный покров), что значительно повышает их механические
свойства, изолиру­ет от воздействия окружающей среды, улучша­ет внешний вид и
электроизоляционные свой­ства, обеспечивает самоочистку изоляторов в процессе
эксплуатации.
Химический процентный состав (по массе) глазури, используемой при изготовлении
изоля­торов в электротехнической промышленности: SiO2—66,0—72,2; А1
2О3—11,7—17,2; RO—5,7—7,7; R2O—4,2—5,4. Для
приготовления коричне­вых глазурей обычно вместо части кварцевого песка вводят
фарфоровый бой и красители, со­держание которых в шихтовом составе состав­ляет
16,0—35,4 %.
     Красители для глазурей применяются для придания глазури определенного
цвета. В ка­честве красителей обычно применяются оксиды железа, хрома, марганца
и др., чаще всего — хромистый железняк, марганцевая руда и пиро­люзит.
Содержание красителей в глазури со­ставляет 8—13 %.
Химический процентный состав коричневой глазури: SiO2—65,7—68,3; А1
2О3(ТiO2)—13,4—13,8; Fe2O3
—2,1—2,3; СаО —3,8—5,1; MgO—3,7—4,7; Na2O—1,2—2,1; К2
О—1,9—2,2; Сr2О3— 2,6—3,1. Сырьем для этих глазурей служат
природные материалы.
В радиотехнической и электронной про­мышленности для глазурования широко
исполь­зуются стеклоэмали различных марок с темпе­ратурой размягчения
560—710°С. Такие стек­лоэмали на основе силиката свинца с добавкой оксидов
металлов BaO, Na2O, K2O и др. харак­теризуются высокими
электроизоляционными показателями, приведенными в табл. 11 (см. приложения).
От качества глазурного покрытия зависит механическая прочность глазурованных
изделий (наличие микротрещин и других дефектов мо­жет служить причиной снижения
этого пока­зателя). Возникновение начальных трещин в глазури зависит от степени
гладкости ее поверхности и от обеспечения состояния сжатия глазури на
керамическом изделии. Значения на­пряжений в глазурованных изделиях и их
рас­пределение зависят от условий обжига и ох­лаждения, от соотношения значений
ТКl кера­мики и глазури, от степени развития промежу­точной зоны на
контакте керамика — глазурь. Наиболее существенный фактор — различие в
значениях ТКl керамического материала и гла­зури. Возникновение цека и
отскакивание гла­зури также зависит от значения ТКl. Глазурь только
тогда повышает механическую проч­ность керамики, когда она находится в
состоя­нии сжатия. Когда ТКl глазури больше ТКl ке­рамики,
создается напряжение растяжения, и механическая прочность керамики снижается.
Так, при ТКl глазури (4,5—5,5)/10-6 К-1 проч­ность
при разрыве глазурованного фарфора со­ставляет 140—130 МПа, а при ТКl 
глазури (6—7) • 10-6 К-1 — 120—70 МПа.
Высушенные заготовки изоляторов перед обжигом глазуруются методами полива,
окуна­ния или распыления глазурной суспензии плот­ностью 1400—1700 кг/м3
. Глазурование в за­висимости от размеров заготовок изоляторов осуществляют с
применением станков кару­сельного типа, конвейерных машин и подъем­ных
устройств для крупных изоляторов.
В проходных и подвесных изоляторах элек­трическое поле по поверхности изоляторов
не­равномерно, а в увлажненных и загрязненных изоляторах степень
неравномерности резко уси­ливается и приводит к частичным разрядам, а иногда и
к перекрытию. В ряде случаев для выравнивания электрического поля, а также для
защиты от радио- и телевизионных помех применяют изоляторы полностью или
частично покрытые полупроводящей глазурью. Удельное поверхностное сопротивление
полупроводящей глазури составляет 102—109 Ом.
Для выравнивания электрического поля (особенно при покрытии внутренней
поверхно­сти проходных изоляторов) более благоприятно низкое сопротивление
полупроводниковой гла­зури, но при этом должны быть учтены осо­бенности
конструкции изолятора. Кроме того, при низком сопротивлении глазури вероятнее
возникновение теплового пробоя по глазури. Обычно верхний предел определяют
экспери­ментальным путем в зависимости от термоус­тойчивости, сопротивления и
условий эксплуа­тации изолятора. При этом под термоустойчи­востью
подразумевается температура, при ко­торой удельное поверхностное
сопротивление глазури уменьшается в 2 раза по сравнению с сопротивлением при
температуре, принятой нормальной. Чем выше эта температура, тем выше
термоустойчивость глазури.
Качество изоляторов с полупроводящей глазурью при их эксплуатаци в наружных
уста­новках ухудшается вследствие эрозии проводя­щего компонента в местах
контакта с металли­ческой арматурой. Износоустойчивость глазурных покрытий
зависит от химического состава./6/
Полупроводящая глазурь представляет со­бой композиционный материал
преимуществен­но с электронным характером электропровод­ности и состоит из
20—40 % (по массе) элект­ропроводящих кристаллических компонентов и 60—80 %
стеклообразующих оксидов. В качест­ве электропроводящих компонентов использу­ют
Fe2O3, TiO2, Cr2O3, ZnO,
SnO2, Sb2O3 и др. оксиды и их твердые растворы
или химические соединения, а в качестве стеклообразующих компонентов обычно
применяют оксиды SiO2, А12О3, CaO, MgO, BaO и
др.
Полупроводящую глазурь приготовляют различными способами. По одному способу
электропроводящие и стеклообразующие окси­ды измельчают и смешивают помолом
мокрым способом. Полученный шликер необходимой консистенции наносят на
поверхность заготов­ки изолятора по принятой технологии глазурования.
При применении других способов электро­проводящий компонент синтезируют
отдельно в виде химического соединения или твердого раствора путем обжига.
Полученный продукт измельчают мокрым способом в известных про­порциях, затем
осуществляют помол со стекло-образующими компонентами.
Применяемая в электротехнической про­мышленности полупроводящая глазурь для
изо­ляторов имеет следующий процентный хими­ческий состав (по массе): F2
O3—7,9; А12О3—13,4; SiO2—52,5; TiO
2—20,2; CaO—1,07: MgO—1,2; R2O—2,4; потери при
прокаливании—2,18. Из такой смеси совместным мокрым помолом в шаровых мельницах
приготовляется глазур­ная масса, которая наносится на поверхность заготовки
изолятора. Обжиг изоляторов произ­водят в туннельной печи или в горне при
тем­пературе 1320—1420 °С. Удельное поверхност­ное сопротивление имеет значение
10—80 МОм, термостойкость составляет 60—70 К, механи­ческая прочность при
статическом изгибе гла­зурованных стандартных образцов повышается примерно на
15—20 %.
Опубликовано большое количество работ с описанием получения полупроводящей
глазури. Используя оксиды металлов в качестве прово­дящего компонента глазури
ТiO2—10÷40, Fe2O3—50÷10, Сг
2О3—40÷50% (по массе) и стеклообразующие оксиды SiO
2 — 73÷77, А12О3— 12÷17, MgO
—2÷9, CaO—2÷8 % (по массе), совместным смешением можно получить
глазури с удельным сопротивлением 10—1000 МОм. Сопротивление глазури может быть
уменьшено за счет уменьшения концентрации ТiO2. Полупроводящая
глазурь на базе окси­дов металлов Fe2O3—16, ТiO2
—7,2, SnO2—13,6 в качестве электропроводящего компонента и оксидов
металлов SiO2—44,1, А12О3—8,6, CaO— 2,9,
MgO—1,7, R2O—2,2 % (по массе) в каче­стве стеклообразующего
компонента может иметь удельные поверхностные сопротивления 3,4—12,2 МОм,
термостойкость 70 К.
При этом следует иметь в виду, что с изменением температуры обжига изоляторов
сопро­тивление глазури вследствие кристаллизации изменяется в широких
пределах.
Температура      об­жига, °С          1270         1320         1350        1380
Удельное    поверх­ностное
сопро­тивление, МОм                    12,0        3,4—8      18—23
1500—3500
Японская фирма «Нихон Гайси» в качестве электропроводящего компонента
полупроводя­щей глазури рекомендует смесь оксидов SnO2 и Sb2
O5, а в качестве стеклообразующего компонента — обычную глазурную
массу (SnO2—85÷94 и Sb2O5—6÷15
%, в молярных долях). Приготовление глазури осуществляется следу­ющим образом.
Компоненты SnO2 и Sb2O5 смешивают и обжигают
при 1000—1300°С в окислительной атмосфере; 25—45 % (по мас­се) обожженного
материала измельчают до среднего размера частиц 44 мкм, смешивают с 55—75 % (по
массе) обыкновенной глазурной массы для изоляторов и обжигают в течение 2 ч в
окислительной атмосфере при 1200—1430 °С. Полученный спек измельчают до
среднего раз­мера частиц 44 мкм. Далее, не менее чем 70 % спека смешивают с
глазурной массой (не бо­лее чем на 30 %). Глазурование производят по принятой в
керамической промышленности тех­нологии. Обжиг глазурованных заготовок
изо­ляторов осуществляют в восстановительной ат­мосфере согласно принятому
режиму обжига. Наилучшие результаты при испытании подвес­ных изоляторов были
получены при технологи­ческом процессе приготовления полупроводя­щей глазури,
описанном далее. Соотношение электропроводящих оксидов: SnO2—88, Sb
2O5— 12 % (в молярных долях). Смешение компонен­тов с частицами
размером не более 44 мкм производится в фарфоровых барабанах, и та­кая смесь
для образования твердого раствора замещения обжигается в электрической печи при
1150°С в течение 2 ч. Электропроводящий порошок в количестве 35 % (по массе)
смеши­вают с 65 % глазурной массы для изоляторов и обжигают в электрической
печи в течение 2 ч при 1350°С. Спек измельчают. Удельное по­верхностное
сопротивление такого спека 5—12 МОм. Спек измельчают до среднего размера частиц
44 мкм. Производственная полупрово­дящая глазурь содержит 80 % измельченного
порошка спека и 20 % каолина или глины. Гла­зурованная поверхность имеет слегка
серова­тый цвет, сопротивление 26—42 МОм. Изоля­торы выдерживают 16—16,5 кВ без
пробоя в условиях сильного загрязнения и увлажнения. По опубликованным данным
такие глазури об­ладают высокой коррозионной стойкостью по отношению к
электролитам и высокой термо­стойкостью (более 100 К).
     Обжиг фарфоровых изделий является важ­ным, в ряде случаев завершающим
процессом производства. В процессе обжига, преимущест­венно в стадии нагрева,
удаляется вода, выде­ляются газы, происходят полиморфные превращения материала,
изменяются размеры и плот­ность, образуются кристаллические и аморфные фазы и
происходят другие процессы. Обжиг и охлаждение ведутся при заданных
температурном, газовом и гидравлическом режимах с учетом габаритов изделий и
конструкции приме­няемых печей. Для обжига фарфоровых изде­лий используют
пламенные печи периодического и непрерывного действия, для малогабаритных
изделий и изделий специального назначения — электрические печи периодического и
непрерыв­ного действия с использованием силитовых и других нагревателей и на
основе дисилицида молибдена, а иногда нагревателей с защитной средой. Обжиг
керамических изоляторов явля­ется наиболее дорогостоящей операцией
техно­логического процесса приготовления фарфора. Для обжига крупногабаритных
изоляторов также используют пламенные печи периодичес­кого действия, круглые
(горны), прямоуголь­ные, одно-, двух- и трехэтажные, со стационар­ным или
выдвижным подом. Рабочий объем круглых печей, используемых в производстве,
составляет от нескольких до 120 м3. Нагрев пе­чей производится за
счет тепла от сгорания жидкого или газообразного топлива; продукты сгорания
поступают в рабочую камеру и обо­гревают находящиеся в горне изоляторы;
ох­лаждение производится воздухом, проходящим через камеру с обожженными
изоляторами. Об­жиг изделий в пламенных печах периодического действия
производится в капселях, устанавли­ваемых на поду печи. Обжиг в больших
круг­лых печах требует большого расхода топлива и затрудняет механизацию
процесса загрузки изоляторов.
За последние годы начали применять прямоугольные камерные печи объемом до 80 м
3 с высоким подом, особенно для обжига однотип­ных крупногабаритных
заготовок изоляторов стержневого типа, применение которых позво­ляет
механизировать и трудоемкие технологи­ческие процессы, повысить
производительность труда, сократить цикл обжига, снизить удель­ный расход
энергии, автоматизировать режим и среду обжига.
Печи непрерывного действия дают возмож­ность бесперебойного выпуска готовой
продукции при меньшем расходе топлива. Они значи-тельно экономнее
периодических печей. Условия труда обслуживающего персонала значи­тельно
лучше, чем при работе на периодических печах.
Туннельные печи дают возможность для механизации и автоматизации процесса
обжига. По этим причинам туннельные печи широко применяются для обжига
большого ассортимен­та изоляторов и являются наиболее перспек­тивными. Для
обжига фарфоровых изоляторов используются туннельные печи нескольких типов
длиной 140, шириной до 2,3 и высотой до 2,2 м. Обжигаемые изделия
устанавливаются в вагонетках, футерованных огнеупорным ма­териалом. Режим
обжига (температурные, га­зовые и гидравлические параметры) по всей длине
печи контролируется контрольно-измери­тельными приборами и во времени
остается по­стоянным.
Основой правильного ведения процесса об­жига является соблюдение температурного
и газового режима (создание нейтральной, окис­лительной или восстановительной
среды). Ре­жим обжига выбирается в зависимости от свойств материалов и размеров
изделий. Фак­тическая температура обжига, изделий может несколько отличаться от
оптимальной, что не отражается на качестве изделий (в пределах интервала
спекшегося состояния). Этот интервал является важной производственной
характеристикой электрокерамического материа­ла: для разных материалов он
находится в пределах 10—80 К. Температура обжига для различных керамик
составляет 1100—2000 °С и более./3/
     4. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И МЕТАЛЛИЗАЦИЯ КЕРА-МИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
     Механическая обработка. В современной технике находят широкое применение
керами­ческие изделия, соответствующие жестким тре­бованиям по точности
размеров, форме и чи­стоте обработки поверхности. Обеспечить вы­полнение таких
требований способами обычной керамической технологии не представляется
возможным. Изготовленные изделия всегда имеют незначительные отклонения
размеров от заданных, обусловленные некоторой неста­бильностью усадки в
процессе сушки и обжи­га. Значения усадки зависят как от состава материалов,
так и от некоторых технологиче­ских операций./7/
Для получения керамических изделий, имеющих точные размеры и высокую чистоту
поверхности, используют механическую обработку обожженных изделий путем
шлифова­ния. Для шлифования в основном используют шлифовальные круги и реже
порошки из аб­разивных материалов: алмаза, нитрида бора, карбида кремния,
электрокорунда и др. (см. приложения, табл. 12).
Механическая обработка керамических изделий всеми видами шлифования
осущест­вляется абразивными инструментами из кар­бида кремния и алмаза
различной зернистости. Для шлифовки применяют шлифовальные кру­ги, головки,
бруски и сегменты соответст­венно шлифуемой поверхности.
Максимальная рабочая скорость абра­зивного инструмента обусловливается типом
связующего материала. Так, для алмазного шлифовального круга на керамическом
связую­щем рабочая окружная скорость составляет 25 м/с, а на
фенолформальдегидном — до 35 м/с.
Для обработки керамических изоляторов, обладающих высокой твердостью и
хруп­костью, наиболее эффективным является ал­мазный инструмент на
металлическом и фе­нолформальдегидном связующем. Алмазный абразивный
инструмент на металлическом свя­зующем используется в основном для черно­вого
шлифования керамики, а на фенолфор­мальдегидном связующем — для
окончатель­ного, чистого шлифования.
Алмазные круги на металлическом связу­ющем имеют более длительный срок
службы. Для черновой обработки керамических изде­лий используют
крупнозернистые абразивные круги, а для окончательной чистовой обработ­ки
поверхности применяют тонкозеристые аб­разивные инструменты.
Для шлифования керамических изделий используют обычные металлообрабатывающие
станки: токарно-винторезные со шлифовальной головкой, токарно-карусельные,
шлифовально-карусельные, универсально-шлифовальные и др. Крепление
керамических изделий на станке производится при помощи специальной
технологической оснастки, обеспечивающей прочное и безопасное положение
детали в работе.
Режимы шлифования керамических изделий зависят от свойств керамического
материала, от показателей используемого абразивного инструмента и
устанавливаются экспериментально. При черновой обработке изделий в
большинстве случаев толщина слоя, снимаемого шлифовкой за один проход,
составляет примерно 0,25 мм, а при чистовой — 0,005— 0,025 мм.
Для охлаждения в процессе шлифования применяют 2—5 %-ный водный раствор
кальцинированной соды, который подают со ско­ростью 20 л/мин.
При круглом шлифовании наружной по­верхности изоляторов цилиндрической формы
обрабатываемый изолятор и шлифовальный круг вращаются в одну сторону, а при
обра­ботке круглых внутренних поверхностей кера­мических изделий шлифовальный
круг и обра­батываемая деталь вращаются в противопо­ложные стороны. Шлифование
торцевых по­верхностей цилиндрических изделий может производиться на
плоскошлифовальном станке с использованием соответствующей оснаст-ки./10
/
     Металлизация керамики. Металлические покрытия на поверхности керамики
могут слу­жить электродами конденсаторов, испытуемых образцов, витков катушки
индуктивности или промежуточным слоем для соединения кера­мики с металлической
арматурой посредством пайки.
Металлические покрытия керамики можно осуществлять методами вжигания
металлосодержащей краски (пасты), испарения и кон­денсацией металла (серебра,
золота, никеля, палладия и др.) в вакууме, химического осаж­дения,
шоопирования и др.
Металлические покрытия должны обла­дать хорошей электропро-водностью
(особенно для высокого напряжения высокой частоты) при малой толщине
электродного слоя. Для таких покрытий чаще всего применяют благо­родные
металлы (в основном серебро и пал­ладий), устойчивые к окислению. Покрытия,
предназначенные для последующей пайки с металлической арматурой, производятся
из тугоплавких металлов в сочетании с различ­ными добавками.
Вжигание паст — наиболее распростра­ненный способ металлизации. Основным
ком­понентом металлосодержащей пасты является окись серебра, азотнокислое
серебро или тон­кодисперсный порошок металлического сереб­ра. Для спекаемости
покрытия и хорошей адгезии по отношению к поверхности керамики в пасту
вводятся 5—7 % (по массе) плавней в виде борнокислого свинца, оксида висмута
или других соединений висмута. Компоненты пасты смешиваются с органическими
связую­щими, представленными раствором канифоли в скипидаре или смесью
скипидара с касторо­вым маслом до получения однородной массы. Паста,
изготовляемая промышленностью на специализированных заводах, содержит 55— 70
% (по массе) металлического серебра.
Нанесение серебряной пасты на керамиче­ские изделия производится вручную
кисточкой, пульверизатором, окунанием, а в массовом производстве —
шелкографией. Нанесенные покрытия сушат при температуре 80—150 °С в термостатах
или в проходных сушилках. Об­жиг производится при температуре 750—850 о
С в муфельных или проходных печах в воздуш­ной среде. В процессе обжига покрытия
в ин­тервале температур 200—400 °С, т. е. при вы­горании органической связки,
подъем темпера­туры должен быть замедленным во избежание вспучивания покрытия и
образования трещин на металлизированной поверхности. Режим вжигания серебряной
пасты устанавливается экспериментально. Он зависит от нагревостойкости
керамики, размеров и конфигурации металлизируемого изделия. Длительность
про­цесса может составлять 5—35 ч.
Толщина однократно металлизируемого слоя серебра составляет 3—10 мкм. В
случае необходимости для получения покрытия с бо­лее толстым слоем деталь
металлизируют 2 — 3 раза, проводя последовательно вжигание каждого
нанесенного металлизированного слоя. Толщина металлизирующего слоя на
из­делиях среднего размера составляет 40 — 50 мкм.
Металлизация составами на основе туго­плавких металлов применяется для различных
вакуум-плотных керамических изделий из фар­фора, стеатита, форстерита и
корундовой ке­рамики. В металлизирующий состав входят различные добавки:
марганец, железо, крем­ний, оксиды металлов — А12О3, ТiО
2, Сr2О3, карбиды, бориды и специальные плавни.
Металлизация различных типов керамиче­ских материалов производится по схеме:
очист­ка изолятора от загрязнений, обезжиривание, приготовление и нанесение
металлизирующего состава, вжигание покрытия, зачистка, нанесе­ние второго
металлизирующего состава, вжи­гание второго покрытия и контроль качества
покрытия.
Для приготовления металлизирующих паст используют материалы, получаемые с
завода-изготовителя в виде тонкомолотых порошков с удельной поверхностью
4000—5000 см2/г для молибдена и 5000—7000 см2/г для
марганца.
Компоненты металлизирующей пасты, взя­тые в заданном соотношении, смешиваются
с раствором коллоксилина в изоамилацетате или водно-спиртовый раствор
полиамидной смолы. Смешивание компонентов производится в валковой мельнице со
стальным барабаном до получения однородной пасты.
Процесс вжигания металлизирующих по­крытий производится в печах с защитной
га­зовой средой при температуре 1200—1350 °С с выдержкой при конечной
температуре 20—30 мин. Режим вжигания устанавливается опытным путем.
Вжигание покрытия проводится в печах периодического действия или толкательных
пе­чах непрерывного действия в увлажненной или азотно-водородной среде при
отношении азота к водороду 2:1 или 3:1. Керамические материалы, содержащие в
своем составе до­статочное количество стеклофазы (фарфор, стеатит и др.),
можно металлизировать па­стами на основе тугоплавких металлов без специальных
добавок, а керамические матери­алы, содержащие менее 5 % стеклофазы,
не­обходимо металлизировать пастами, в состав которых входят компоненты,
образующие жид­кую фазу в процессе вжигания покрытия.
В табл. 13 (см. приложения) приведены составы для ме­таллизации вакуумплотных
керамических ма­териалов.
Для увеличения толщины покрытия и об­легчения пайки на молибденовое покрытие
методом вжигания или гальваническим путем наносится слой никеля (второе
покрытие)./2/
     ПРИЛОЖЕНИЯ:
     

Контроль
Очистка от песка

Рис. 1. Технологическая схема производства электрокерамических

изделий

Таблица 1. Фазовый состав и основные свойства электрофарфора
ПоказательФарфор
твёрдыйс повышенным содержанием муллитакристобалитовыйкорундовый
Состав, %
Муллит25-2835-4823-2510-12
Кремнезем10-121-523-25-
Кристобалит--20-25-
Корунд-0-5-35-40
Стеклофаза60-6255-6028-3345-50
Основные свойства
Прочность при изгибе, МПа70120110170-220

Ударная вязкость, кДж/м2

1,52,02,22,5
Электрическая прочность, МВ/м30353535
Таблица 2. Основные классы электротехнических материалов соот-ветственно применению
КлассПрименениеВид керамикиХарактерные особенности
1Изоляторы для ус-тройств высокого и низкого напряжения, низкой частотыЭлектрофарфор и глиноземистый фарфорХорошие электромеханические свойства, возмож-ность изготовления изоляторов любых размеров
2Низкочастотные и вы-сокочастотные изоля-торы и конденсаторы малой ёмкостиСтетит, ультрафарфор, корундо-муллитовая керамика, цельзиановая керамика

Небольшое значение εr

3Конденсаторы высо-кого и низкого напря-жения, высокой и низ-кой частотыРутиловая, перовскитовая, титано-циркониевая керамика, стронций-висмутовый титанат, алюминат-лантановая керамика

Высокое и очень вы-сокое значение εr, за-данное или не регла-ментированное зна-чение ТКε

4Термодугостойкие узлы: искрогаситель-ные камеры, основа-ния нагревательных элементов и проволоч-ных резисторов, изоля-торы в вакуумных приборахКордиерит, литий-содержащая, высокоглиноземистая и цирконовая кера-микаВысокая механи-ческая стойкость при нагреве и стойкость к термоударам
5Высоконагревостойкие изоляторыКерамика на основе чистых оксидов алю-миния, магния, бе-риллия и т. д.Высокие электри-ческие свойства при высокой температу-ре, высокая тепло-проводность
6РезисторыСмесь керамики с са-жей или графитом; керамика на основе смешанных кристал-лов оксида цинка и оксидов металлов с переменной валент-ностьюПовышенная и высо-кая электропровод-ность, линейная и нелинейная вольт-амперные харак-теристики
Таблица 3. Огнеупорные глины
Место-рож-дениеСодержание оксидов, %Потери при прокали-вании, %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaOMgO

K2O

Na2O

Часовъяр-ское49,6-60,7427,17-36,150,77-1,970,24-1,120,64-1,321,42-2,990,19-0,549,86-7,35
Дружков-ское47,0-57,032,4-37,00,81-1,320,72-1,380,16-0,501,18-3,4811,46-9,50
Торжков-ское45,5-55,128,9-37,30,43-2,730,46-2,300,14-1,810,04-1,590,24-0,9617,70-11,06
Таблица 4. Каолины
Место-рож-дениеВид коалинаСодержание оксидов, %

Поте-

ри при про-кали-вании, %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaOMgO

K2O

Na2O

Прося-новскоеНео-бога-щён-ный65,0-69,721,7-26,40,84-1,00,4-0,70,08-0,30,27-0,83-7,9-4,9
Обо-гащён-ный45,5-47,437,4-39,80,3-0,940,15-1,30,12-0,560,15-0,770-0,6814,0-13,2
Глухо-вецкоеНео-бога-щён-ный65,3-69,622,2-26,20,2-0,50,32-0,45-0,13-0,15-8,7-7,9
Обо-гащён-ный46,0-47,937,1-40,40,21-0,950,13-0,50-0,530-0,40-0,00313,7-13,1
Кыштым-скоеНео-бога-щён-ный69,021,10,950,650,32--6,99
Обо-гащён-ный45,7-49,236,3-38,20,5-2,20,46-1,60,28-0,760,39-0,800-0,5913,7-12,1
Балай-скоеОбо-гащён-ный45,5-51,134,2-37,20,6-0,80,3-0,880,1-0,2-0,7-0,96-
Ангрен-скоеНео-бога-щён-ный54,6-57,130,2-32,30,1-0,80,7-1,20,28-0,3-0,28-
Таблица 5. Кварцевые материалы
СырьёСодержание оксидов, %Потери при прока-лива-нии, %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaOMgO

K2O

Na2O

Кварцевый песок

Любе-рецкий99,5-98,60,06-0,80,1-0,20,1-0,20,04-0,10,1-0,08-0,02
Авдеев-ский96,6-98,82,7-0,70,1-0,20,2-0,60,1-0,2--0,1-0,3
Талшин-ский99,3-99,70,3-0,20,040,060,03-0,04-0,10,1-0,4
ГДР99,7-99,80,10,010,020,03--0,13-0,15

Кварц жильный

Нарын-Кунтин-ский90,7-99,40,4-0,60,0-0,60,0-0,80,0-0,92,7-0,00,0-0,20,26
Таблица 6. Полевой шпат и пегматит
СырьёСодержание оксидов, %Поте-ри при прока-лива-нии, %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaOMgO

K2O

Na2O

Пегматит

Глубо-чан-ский (Тока-ров-ский)71,3-75,414,8-16,20,4-0,60,6-1,20,1-0,44,6-5,33,6-4,51,0-1,5
Прила-дож-ский65,6-77,713,1-19,30,1-1,00,6-2,30-0,74,1-5,93,6-5,10,8-1,6
Елисе-евский70,7-75,613,3-17,10,3-0,80,5-1,30-0,23,0-4,92,9-5,30,6-1,5
Алапаев-ский65,5-74,413,9-19,70,2-0,40,20,17,9-12,01,9-3,5-

Полевой шпат

Норвеж-ский65-74,719,2-20,20,1-0,3-0,211,1-12,83,3-3,73,4-3,5
Применя-емый в США65-68,617,3-19,90,1-0,30-0,50,0310,5-12,02,7-3,33,6-3,9
Применя-емый в Швеции64,019,4-0,10,08-14,01,97,3
Применя-емый в ФРГ68,517,60,30,20,110,60,715,8
Таблица 7. Циркониевое сырьё
Сырьё, место-рожде-ниеСодержание оксидов, %Потери при про-калива-нии, %

SiO2

K2O

TiO2

ZrO2

Al2O3

Fe2O3

CaOMgO
Бадделе-ит, Бразилия0,69-0,19--96,84-98,90,130,37-0,820,21-0,06-0,98-0,28
Циркон-фавас светло-коричне-вый, Бразилия15,35-0,5181,640,91,00--0,63
Циркон-фавас аспидно-серый, Бразилия2,05-0,5692,870,73,50--0,52
Циркон-фавас чистый, Бразилия0,48-0,4897,190,40,92Сле-ды-0,38
Циркон, Шри Ланка33,86--64,25-1,08---
Циркон, Швеция32,44--65,76-0,420,09-0,46
Циркон, Австра-лия30,00-2,0865,421,20,440,140,22-
Циркон, Россия (Ильмен-ские горы)34,79-0,9157,952,881,941,85-0,15
Циркон, Россия (Вишнё-вые горы)32,630,481,2263,530,370,880,610,070,35
Циркон, Россия (Жданов)34,091,08Нет59,931,41,440,12--
Таблица 8. Тальки
ТалькСодержание оксидов, %Потери при прока-лива-нии, %

SiO2

Al2O3+TiO2

Fe2O3

CaOMgO
Онот-ский60,22-62,280,01-1,630,41-1,09Следы-0,531,02-32,995,9-4,92
Шабров-ский (флотиро-ванный)57,66-58,65Следы-0,872,81-3,65Следы-0,1931,95-32,57,06-6,25
Миасский55,3-560,43-2,147,3-8,10,19-1,128,5-29,55,6-5,3
Алгуй-ский68,40,250,270,0825,93,8
Кирги-тейский60,7-63,80,04-0,090,09-0,30,3631,84,6-4,7
Таблица 9. Показатели диоксида титана различных модификаций
Моди-фикацияСингония

Кажу-щаяся плот-ность, кг/м3

Твёр-дость по Мо-осуПоказатель прелом-ления света по двум направ-лениям

Тем-пера-тура пере-хода в ру-тил, 0С

TKl, 10-7 К-1

εr

Ng*Np**
АнатазТетраго-нальная39005-62,552,499150,47-0,8231
БрукитРомби-ческая3900-40005-62,702,587531,45-2,2978
РутилТетраго-нальная4200-440062,902,61>10000,71-0,9289* 173**
* Максимальное значение ** Минимальное значение Таблица 10. Технические требования к диоксиду титана различных марок
МаркаСодержание оксидов, %Нераство-римый остаток, %

TiO2

SiO2

Fe2O3

SO3

P2O5

Конден-саторная≥99,00,28≤0,10≤0,050,5-
Пигмент-ная94-98---0,02-0,05-
Лигатур-ная≥99,5-0,130,040,050,5
Специ-альная≥99,50,20,10,040,050,3
Таблица 11. Электрофизические показатели стеклоэмалей
Номер стекло-эмали

104 tgδ при

ρ, Ом·м, при 2000С

TKε, 10 К-1

εr

Температура, 0С

200С

2000С

Размягче-нияКаплеобра-зования
71120

1010

7010560±10820±10
2721012

1013

70,59750-
278-21820

1013

70±59710±10840±10
432325

5·1010

65±517620±10800±10
252728

5·1010

77±5---
Таблица 12. Основные физико-химические свойства образца
Материал

Плотность, кг/м3

Твёрдость по МоосуМикротвёрдость, ГПаМодуль упругости, ГПа

ТКl, 10-6 К-1

Алмаз3490-35401010900,9-1,45
Кубический нитрид бора3440-34909,99,25722,1-4,0
Карбид кремния32009,03,3-3,636,56,5
Электрокорунд39508,52,0-2,1-7,5
Таблица 13. Составы для металлизации керамических материалов
Керамический материалКомпоненты пастыСостав пасты в %( по массе)
Стеатитовая керамика

Молибден

Железо

98

2

Форстеритовая керамика

Молибден

Марганец

96

4

Коррундомуллитовая керамика УФ-46

Молибден

Марганец

80

10:20

Корундовая керамика

Алюмосиликатный плавень*

Молибден

Марганец

Борид молибдена

Глазурь

10

74

15

5

6

* Добавляется при 100% марганца СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 1. Электротехнические материалы: Справоч­ник/В. Б. Березин, Н. С. Прохоров, Г. А. Рыков, А. М. Хайкин. М.: Энергоатомиздат, 1993. 504 с. 2. Никулин Н. В., Кортнев В. В. Оборудова­ние и технология производства электротехнических конструкций. М.: Энергия, 1999. 416 с. 3. Белинская Г. В., Выдрик Г. А. Технология электровакуумной и радиотехнической керамики. М.: Энергия, 1997. 336 с. 4. Материаловедение и проблемы энергетики: Пер. с англ./Под ред. Г. Ф. Мучника. М.: Мир, 1992. 576 с. 5. Технология электрокерамики/Г. Н. Маслен­никова, Ф. Я. Харитонов, Н. С. Костюков, К. С. Пи­рогов. М.: Энергия, 1994. 224 с. 6. Масленникова Г. Н., Харитонов Ф. Я., Дубов И. А. Технологический расчет в керамике. М.: Стройиздат, 1994. 224 с. 7. Балкевич В. Л. Техническая керамика. М.: Стройиздат, 1944. 255 с. 8. Прозрачные поликристаллические керами­ческие материалы/ Под ред. Г. А. Выдрика, Т. В. Со­ловьевой. Обзорная информация. Сер. Электротех­нические материалы. М.: Информэлектро, 1995. 49 с. 9. Попильский Р. Я., Пивинский Ю. Е. Прес­сование порошковых керамических масс. М.: Метал­лургия, 1993. 176 с. 10. Абразивная и алмазная обработка мате­риалов: Справочник/Под ред. А. Н. Резникова. М.: Машиностроение, 1997. 392 с. 11. Исследование и разработка материалов для реакторов термоядерного синтеза. М.: Наука, 2000. 183 с. 12. Синтез и исследование материалов на ос­нове силикатов и других тугоплавких соединений. Тр. МХТИ им. Д. И. Менделеева. Вып. 123. М.: 1993. 298 с. 13. Лазарев В. Б., Соболев В. В., Шпалыгин И. С. Химические и физические свойства про­стых оксидов. М.: Наука, 1993. 254 с. 14. Костанян К. А., Геворкян X. О. Керами­ческие и стеклянные диэлектрики в электронной технике. Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1994, 204 с. 15. Электрические изоляторы/Под ред. Н. С. Костюкова. М.: Энергоатомиздат, 1994. 296 с. 16. Самсонов Г. В. Тугоплавкие соединения: Справочник по свойствам и применению. М.: Металлургиздат, 1993. 398 с. 17. Самсонов Г. В., Кулик О. П., Полищук В. С. Получение и методы анализа нитридов. Киев: Наукова думка, 2000. 317 с. 18. Андреевский Р. А., Спивак И. И. Нитрид кремния и материалы на его основе. М.: Металлур­гия, 1998. 136 с.