Файл: Аветиков В.Г. Магнезиальная электротехническая керамика.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.06.2024
Просмотров: 128
Скачиваний: 1
приготовления пресспорошков используют воду, парафин и другие вещества (8—10 мае. %).
Более, плотные и однородные по структуре изделия с лучшими свойствами получают полусухим прессовани ем из гранулированных пресспорошков с размером зерен 0,3—1 мм. Насыпная плотность порошков из материала К-2 составляет не менее 1 г/см3, а сыпучесть—30—36 г/с. Гранулированные пресспорошки из кордиеритовых мате риалов приготавливают в соответствии с техноло гией, указанной для стеатитовых материалов. Прессо вание изделий производят на гидравлических прессах при давлении 500—600 кгс/см2.
Вслучае применения при получении пресспорошков
вкачестве связующего вещества воды отпрессованные изделия имеют большую механическую прочность. Пре дел прочности при статическом изгибе высушенных об разцов составляет 30—40 кгс/см2. Изделия, отпрессован ные из пресспорошков указанного типа, могут быть вы сушены на воздухе, в помещении цеха при температуре 20—40 °С. При применении для получения пресспорош ков парафина (например, из материала КДИ-2) давле ние прессования меньше (200—250 кгс/см2). Удаление парафина из отпрессованных изделий производят в за
сыпке технического глинозема по специальным темпера турным режимам; не допускается расплавление и быст рое испарение парафина, так как это может привести к деформации изделий и появлению трещин.
Из кордиеритовых масс с достаточным содержанием глинистых компонентов (20—40 мае. % ) вырабатывают крупногабаритные фасонные изделия по пластичной тех нологии: вытяжкой заготовок из вакуумных прессов с дальнейшей обработкой их на токарных станках, фор мовкой, лепкой в гипсовых формах, а также литьем из водных суспензий в гипсовые формы. Изготовление круп ногабаритных деталей, плит фасонного профиля для об кладки камер высоковольтных выключателей с магнит ным дутьем и для других аппаратов производят лепкой в гипсовых формах при влажности пластичной массы 20—25% и литьем в гипсовые формы из водных шлике ров.
Для получения литейного шликера в качестве элек тролитов применяют жидкое стекло (0,1—0,2%), соду и др. Шликер кордиеритовой массы типа К-2, пригодный для такой цели, имеет влажность 30—35%, текучесть
141
ІО—16 сек, коэффициент загустеваемости 1,2—1,6, плот ность 1,7—1,8 г/см3. Изделия, изготовленные по пластич ной технологии или литьем в гипсовые формы, сушат предварительно на воздухе, в помещении цеха при тем пературе 20—30°С до остаточной влажности 2—3%, а затем в камерах или туннельных сушилках при темпе ратуре 60—80 °С до остаточной влажности не более чем 1 % •
Кордиеритовые изделия сложной конфигурации с точ ными размерами, отдельные части которых сильно отли чаются по высоте, изготавливают мокрым прессованием, штамповкой (из материалов К-2, К-4 и др.) или горя чим литьем в металлические формы под давлением из термопластичных шликеров (из материала Л-24 и др.). Для мокрого прессования изделий наиболее пригодны гранулированные пресспорошки с размерами зерен 0,3—■ 2 мм, содержащие 14—18% связки в виде эмульсии из воды, керосина и олеиновой кислоты. Количество связки и соотношение в ее составе отдельных компонентов за висят от размеров и конструкции изделий и шихтового состава применяемой кордиеритовой массы. Прессование производят при давлении 100—200 кгс/см2 на ручных рычажных или гидравлических прессах. При сушке связ ку из отпрессованных изделий удаляют медленно во из бежание появления трещин: предварительно на воздухе при температуре 20—30 °С (до остаточной влажности не более 3%), а затем в сушилках при 60—80°С. Остаточ ная влажность высушенных изделий не должна превы шать 1 %•
Термопластичный шликер для изготовления изделий горячим литьем под давлением приготовляют из мате риала Л-24 следующим образом. Коржи для получения заготовок пропускают через вакуумный пресс с дырча тым мундштуком. Диаметр отверстий решетки мундшту ка равен 2—3 мм. Заготовки сушат до остаточной влаж ности 1—2% и обжигают при 1 390 °С. Обожженные при этой температуре заготовки, имеющие водопоглощение 12—14%, размалывают в шаровой мельнице с керамиче скими футеровкой и мелющими телами. При помоле до бавляют 0,5—1 мае. % поверхностно-активного вещества (обычно олеиновой кислоты). Введение поверхностно активных веществ уменьшает время помола и снижает количество пластифицирующей связки (парафина, воска и других веществ), необходимой для получения термо
пластичного шликера с литейной способностью 45—50 мм при 70—80 °С. Удельная поверхность размолотого с по верхностно-активным веществом минерального порошка составляет 2 800—3 000 см2/г.
Литейный шликер получают тщательным смешением минерального порошка с предварительно расплавленной связкой при температуре 70—80 °С. Литейный шликер вакуумируют при остаточном давлении 10—20 мм рт. ст. при этой же температуре для удаления воздуха. Ваку умирование шликера позволяет получать отливки изде лий с большей плотностью. Литье осуществляют в ме-
сс
ігоо
1100
800
еоо
чоо
гоо
г Ч 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 56 88 4042 44 ч
Ряс. 4-1Ö. Температурные режимы обжига и охлаждения изде лий из различных кордиеритовых материалов.
таллические формы на литейных аппаратах при избы точном давлении воздуха 2—3 кгс/см2 и температуре шликера 70—80°С. Связку из отлитых изделий удаляют в шамотных коробах в засыпке технического глинозема аналогично тому, как это производят со стеатитовыми изделиями. Температурный режим удаления связки стро го регламентируют. При нарушении установленных ре жимов на изделиях появляются дефекты: вспучивание, деформация, трещины.
Изделия, из которых удалена связка (остаточное со держание I—3%), обжигают в туннельных или камерных печах периодического действия, в шамотных капселях. Так как кордиеритовые материалы имеют узкий интервал спекания, температурное поле в печах для их обжига должно быть возможно равномернее, особенно в конеч ном периоде обжига. Перепад температур в этот период в рабочей камере печи не должен быть более 20—30 °С. Только при таких условиях получают изделия со стабиль ными свойствами, однородные по плотности и минерало гическому составу.
Температурный режим обжига определяется шихто вым составом кордиеритовых материалов и физико-хими ческими процессами, происходящими при их нагревании
иохлаждении, размером и конструкцией изделий, типом
иобъемом печей для обжига.' Применяемый темпера турный режим и конечная температура обжига обеспе чивают получение пористых или плотных изделий со ста бильным минералогическим составом. На рис. 4-10 пока заны типовые кривые обжига (в камерной печи с объе мом рабочей камеры 3 м3) и охлаждения изделий из некоторых кордиеритовых материалов: из К-4, изготов ленных мокрым прессование^ 1, из К-2, получаемых полусухим и мокрым прессованием 2, Л-24, изготовлен ных горячим литьем 3, отпрессованных из КДИ-2 4.
Температурные режимы обжига и охлаждения изде лий из материалов К-2, К-4 и Л-24 в основном идентич ны, только несколько отличаются в отношении конечной температуры. Режим обжига изделий из материала КДИ-2 приведен по данным завода, на котором изготав ливают изделия из этой керамики.
Так как кордиеритовые материалы содержат значи тельное количество окислов железа, то до 1 000 °С газо вая среда при обжиге изделий должна быть окислитель ной, а затем при более высоких температурах и до кон ца обжига — восстановительной. Применение такой газо вой среды обусловлено теми же широко известными при чинами, что и при обжиге фарфоровых изделий.
в) Физико-химические процессы, происходящие при обжиге кордмеритовой керамики
Кордиеритовые массы сильно отличаются по содер жанию исходных материалов и химическому составу. При их обжиге происходят различные химические реак ции и физико-химические процессы, которые приводят к появлению тех или иных кристаллических соединений и алюмосиликатного стекла различного состава. Далее рассмотрены реакции образования кордиерита из окис лов MgO, А120 з, Si02, а также из различных химических соединений и природных минералов, содержащих эти окислы.
В процессе обжига кордиеритовых материалов при температурах до 1 000°С из компонентов шихты: талька, глины, каолина, бентонита — выделяется химически свя занная вода; разлагается магнезит с образованием
144
окиси магния и выделением углекислого газа и тальк ^ с образованием метасиликата магния (M g O -S i0 2) и вы
делением |
кремнезема. В интервале температур 1000— |
1 200 °С |
происходят реакции между содержащимися |
в шихте или выделившимися при разложении компонен тов шихты различными окислами и химическими соеди нениям. В результате этих реакций появляются новые хи
мические образования, главным |
образом шпинель |
(M g O -А ЬО з), муллит (ЗА120 3 • 2 S i0 2) |
и др. |
Начиная с 1 150—1200 °С появляются зародыши кри сталлов кордиерита. Кордиерит образуется из шпинели или муллита. Из шпинели кордиерит возникает при ее взаимодействии с кремнеземом по реакции
2 (M gO • AI2 O3 ) +5S102— v2M gO • 2АЬОз • 5 S i0 2. |
(4-3) |
Кордиерит из муллита появляется в результате реак |
|
ций: |
|
2 (ЗА120 3 • 2Si02) +6 (MgO • Si02) + 5Si02—►. |
|
—>3(2Mg0-2Al20 3-5Si02); |
(4-4) |
2 (ЗАІ2О3 • 2Si02) + 6MgO + 11 Si02-> - |
|
—^3(2M g0-2Al20 3-5Si02). |
(4-5) |
Реакция (4-4) происходит преимущественно в |
слу |
чае содержания талька в шихте в качестве одного из компонентов. При разложении талька возникают мета силикат магния и кремнезем, вступающие затем в реак цию с муллитом. Реакция (4-5) имеет место, если в ших ту введены окись магния, сырой или каустический маг незит.
Известны две основные точки зрения по вопросу о первичном
соединении, образующемся при взаимодействии окислов MgO, |
А120з |
и Si02 (или соединений, содержащих эти окислы), когда их |
соот |
ношение отвечает теоретическому составу кордиерита. |
|
В ряде случаев в виде первичного продукта реакции в твердой фазе при температурах до 1 200 °С в смесях, состоящих из: окислов MgO, ÀI2O3, Si02; форстерита и глинозема; форстерита и каолина; шпинели и кварца; талька и каолина; серпентина и каолина; окиси магния, кварца и каолина; талька и гидроокиси алюминия и др., обнаружена шпинель.
Однако за последние годы в литературе появляется все больше данных о том, что при взаимодействии чистых окислов и других
искусственных или природных |
минералов |
при соотношении |
MgO : А120 3 : Si02=2 : 2 : 5 (как у |
кордиерита) |
первичным продук |
том реакции является муллит. Присутствие муллита в реакционной смеси имеет особенно большое значение для образования кордиерита. На рис. 4-11 и 4-12 показаны зависимости, характеризующие коли чество образовавшегося муллита и кордиерита при разных темпера-
турах для смесей различного шихтового состава (по данным рент геноструктурного анализа). Шихтовый и химический состав этих сме сей приведен в табл. 4-12, химический состав обожженных кордперитовых материалов дан в пересчете на 100% прокаленного вещества (без учета незначительных примесей других окислов, помимо A'gO, Л120 3, Si02). Материалы Т-1—Т-3 и М-1—М-3 различного шихтово го состава мало различаются по соотношению окислов MgO, А120з, Si02 и приближаются к теорети
ческому химическому составу кор-
диерита.
Сравнение данных рис. 4-11 и
4-12 свидетельствует |
о том, что |
|
по мере |
увеличения |
температуры |
обжига |
выше 1 150—1200 °С коли- |
|
1100 |
1ZOO , |
1300 °с |
110О |
1200 |
1JOD “О |
|
Рис. 4-П. Зависимость содержа |
Рис. 4-I2. Зависимость |
со |
||||
ния муллита в кордиеритовых ма |
держания |
кордиерита |
в |
|||
териалах от |
температуры |
обжига. |
кордиеритовых |
материалах |
||
|
|
|
от температуры |
обжига. |
||
чество муллита снижается, а кордиерита увеличивается. Это является результатом образования кордиерита из муллита. На основании мно гочисленных данных термографического и петрографического анали зов кордиеритовых материалов, полученных из смесей различного шихтового состава, пришли к аналогичному выводу, что первичным промежуточным продуктом реакции во всех случаях является мул лит, из которого при температурах выше I 150—I 200 °С возникает кордиерит.
Максимальное количество кордиерита появляется при 1 300—1400°С. При более высоких температурах (1 460°С) кордиерит инконгруэнтно плавится. В резуль тате разложения кордиерита образуются муллит и сили катный расплав.
Кордиеритовым материалам свойственно жидкостное спекание. Образующийся при обжиге кордиеритовых ма териалов расплав заполняет поры, возникающие в на чальный период обжига (в основном до 1000°С) из-за процессов дегидратации и разложения компонентов ших ты с выделением водяного пара, углекислого газа и дру-
146
Таблица 4-12
Шихтовый и химический состав кордиеритовых материалов
Я |
Содержание сырьевых материалов, |
Содержание окислов, мае. % |
|||||
|
мае. % |
|
|
|
|
||
С? |
|
|
|
|
|
|
|
я |
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
о. |
|
|
|
|
|
|
|
си |
|
|
Огнеупорная |
|
|
|
|
(- |
|
|
|
|
|
||
1 |
|
Каусти- |
|
глина |
|
Ais03 |
|
Тальк |
|
|
MgO |
SiOa |
|||
о |
ческий |
|
|
||||
<ѵ |
|
магнезит |
сырая |
обож- |
|
|
|
X |
|
|
женная |
|
|
|
|
я |
|
|
|
|
|
|
|
Т-1 |
37 |
|
63,0 |
6 |
14,4 |
31,6 |
54,0 |
Т-2 |
37 |
— |
57,0 |
14,4 |
31,6 |
54,0 |
|
Т-3 |
40 |
— |
7,0 |
53 |
14,4 |
31,6 |
54,0 |
М-1 |
— |
14,0 |
86,0 |
— |
14,2 |
36,1 |
49,7 |
М-2 |
— |
14,0 |
75,0 |
11 |
14,2 |
36,1 |
49,7 |
М-3 |
“ |
15,5 |
14,5 |
70 |
14,2 |
36,1 |
49,7 |
гих газообразных продуктов (СО, S 03). В кордиеритовых материалах, состоящих из чистых окислов, жидкая фаза (расплав) появляется, судя по диаграмме состояния си
стемы MgO—AI2 O3 —S1O2 , при |
высокой температуре — |
1 345°С. Однако техническая |
кордиеритовая керамика |
представляет собой многокомпонентную систему, так как ее изготавливают из сырьевых материалов и добавок, содержащих примеси окислов разных элементов. Нали чие этих примесей снижает температуру появления рас плава в кордиеритовых материалах. Расплав возникает при более низких температурах, чем это имеет место в трехкомпонентной системе MgO — AI2 O3 — Si02.
Температура появления расплава при обжиге кордие ритовых материалов колеблется в пределах от 1 000 до 1 200 °С в зависимости от их состава. У кордиеритовых материалов узкий интервал спекания. Спекание проис ходит с большой скоростью в малом интервале темпе ратур. На рис. 4-5 показаны зависимости, характеризую щие спекание кордиеритовой массы К-2. При повышении
температуры от 1350 до 1 430 °С усадка |
возрастает |
от.1 |
|
до ~ 3% , водопоглощение |
и истинная |
пористость |
сни |
жаются соответственно от 8 |
до 1% и от 19 до 2%. |
|
|
При температурах выше |
1 430 °С наступают сильная |
||
деформация и оплавление керамики К-2. Аналогично зна чительное уплотнение при повышении температуры об жига (особенно в конечный период) происходит у об разцов других кордиеритовых материалов (К-4, Л-24),