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 ε_r до

3000;

Подгруппа материалы на основе ти-

350.1 таната бария, стронция,

висмута;

Подгруппа материалы на основе ти-

351 таната бария с ε_г 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 x2SiO₂ • 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 (Fe₂O₃, 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•А1₂O₃•6SiO₂, натриевый (альбит) Na₂O•Al₂O₃•6SiO₂, кальциевый (анортит) СаО•А1₂О₃•2SiO₂ и бариевый (цельзиан) ВаО•А1₂О₃•2SiO₂. 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 Na₂O 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-А1₂О₃, 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-А1₂О₃ 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 СО₂ 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 Fe₂O₃ 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•H₂O 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; А1₂О₃—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; А1₂О₃(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; К₂О—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.

Прим