Файл: Аветиков В.Г. Магнезиальная электротехническая керамика.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.06.2024
Просмотров: 102
Скачиваний: 1
также не содержащих специальных добавок, способству ющих расширению интервала спекания. Введение в ма териал КП-2 полевошпатовых и других добавок, увели чивающих вязкость образующегося при обжиге магнези ального алюмосиликатного расплава, позволяет умень шить скорость и расширить интервал спекания кордиеритовых масс и получить плотные изделия с нулевой кажу щейся пористостью.
ГЛАВА ПЯТАЯ
КЕРАМИКА ИЗ ОКИСИ МАГНИЯ 1
5-1. СВОЙСТВА к е р а м и к и и з о к и с и м а г н и я
а] Свойства окиси магния
Окись магния встречается в природе в виде минера ла периклаза в ряде стран: СССР, США, Швеции. Периклаз не образует крупных месторождений, и поэтому получение из него окиси магния не имеет промышленно го значения. Основными минералами, из которых полу чают окись магния, являются магнезит MgC03, доломит MgC03-CaC03, брусит Mg(OH)2, кизерит MgS0 4 -H20 , эксомит MgSÖ4 • 7Н20. Ее также получают из морской воды и сжиганием металлического магния. Окись магния получают из минералов термической обработкой или рас творением в разных кислотах и воде с последующим осаждением в виде гидратов, карбонатов или других со лей. Очень чистую окись магния получают термическим разложением различных солей магния.
В табл. 5-1 приведены сведения о различных сортах
окиси магния и ее соединениях, вырабатываемых и |
вы |
пускаемых промышленностью СССР. Окись магния |
су |
ществует только в виде одной модификации — периклаза |
|
с плотностью 1,58—1,60 г/см'л. Кристаллы периклаза име |
|
ют кубическую |
гранецентрированную пространственную |
|||
решетку типа |
каменной |
соли. Параметр решетки а — |
||
= 4,203-10-10 м. Решетка |
окиси магния отличается боль |
|||
шой плотностью упаковки |
ионов, анионов |
кислорода |
||
с большим ионным радиусом |
(1,32-10~10 м) |
и катионов |
||
магния, которые имеют значительно меньший ионный ра диус (0,78 • 10-10 м ).
1 Фундаментальные исследования по керамике из окиси магния проведены в МХТИ им. Д. И. Менделеева под руководством проф. Д. Н. Полубояринова.
148
Сорта магнийсодержащих соединений
Содержа
ние окиси Материал Сорт» железа, ГОСТ, ТУ
мае. %
Магнезит саткинский Магнезия жженая Окись магния
Окись магния
Магний углекислый основной, MgC03-M g(0H)2
Магний хлористый MgCl2
Магний гидроокись Mg(OH)2
Магний сернокислый MgS04
Магний фтористый MgF2
_ |
1—2 |
ТУ-49-53 |
„уста“ |
0,1—0,5 |
ГОСТ 844-41 |
ч0,01 ТУ МХИ 4526-48
ч. д. а . 0,005
Особо 0,05 ТУ МХП 1985-49 легкая
ч0,02 ТУ МХП 6419-52
ч . д. а. 0,005
ч0,001 ТУ МХП 4209-48
ч. д. а. 0,0005
X. ч . 0,002
ч0,005 ТУ МХП 4038-53
ч . д . а . 0,0002
ч0,002 ТУ МХП 4523-48
ч. д . а . 0,001
X. ч. 0,0005
ч0,03 ТУ МХП 7204-54
1 ч — чистый, ч. д. а. — чистый для анализа, х. ч. — химически чистый.
Из-за большой плотности упаковки, свойственной кристалличе ской решетке окиси магния, некоторым окислам других металлов и галогенам щелочных-металлов, у этих соединений дефекты по Френ келю в результате перехода попев в междуузлия (пустоты) и дефек ты по Шоттки (наличие вакансий) маловероятны даже при повы шенных температурах. Что касается собственных дефектов решетки окиси магния, то их величина также в силу большой плотности упа ковки ионов и их упорядоченности (высокой степени симметрии) весьма незначительна. Концентрация таких дефектов не превышает 0,01 ат % при 1300 °С и 0,1 ат % при 1 600 °С.
Строение кристаллической решетки окиси магния, большая плот ность, высокая симметрия расположения ионов, обусловливающих незначительное количество дефектов, являются причинами того, что керамика из окиси магния трудно спекается даже при высоких тем пературах. Для ее лучшего уплотнения и снижения температуры спекания используют добавки других веществ. К числу добавок, улуч шающих спекание окиси магния, относятся такие, которые образуют с ней при обжиге твердые растворы внедрения или замещения, в ре зультате чего разрыхляется кристаллическая решетка окиси магния и повышается ее энергия. Применяют также плавнеобразующие до бавки для образования низкотемпературных расплавов, снижающих температуру спекания окиси магния. Одним из путей активации оки си магния к спеканию является увеличение ее дисперсности.
Установлена зависимость многих свойств окиси магния от строе ния ее кристаллической решетки. Окись магния отличается хорошими электрическими свойствами,
Это объясняется тем, что блаюдаря большой плотности упаков ки кристаллической решетки окиси магния составляющие ее ионы
вэлектрическом поле при высоком напряжении, высокой частоте и повышенных температурах мало подвержены колебаниям и переходу
вмеждуузлия и вакансии. Большая плотность упаковки ионов ре шетки — одна из причин ее высокой электрической прочности; малая подвижность ионов в поле высокой частоты по указанным выше при чинам обусловливает малые диэлектрические потери. Окись мггния характеризуется высоким электрическим сопротивлением; уступает
только окиси бериллия и нитриду бора.
Большое влияние на свойства окиси „магния оказывает ее хими
ческая чистота. Наличие |
примесей, главным образом окислов железа |
|||
и окислов марганца, резко |
снижает |
электрическое сопротивление |
||
окиси магния, |
особенно |
при |
повышенных температурах. Иззеетно, |
|
что удельное |
объемное электрическое |
сопротивление при I 000 °С |
||
спектрально чистой окиси магния, содержащей 10~3—10-6 примесей, равно 1010 ом-см, а чистой окиси магния ІО6 ом-см. Снижение элек
трического |
сопротивления |
вызвано |
перемещением |
ионов |
примесей |
||||||||||||||
под |
влиянием |
электрического |
поля |
и высоких |
температур. Поэтому |
||||||||||||||
для |
электротехнической |
керамики |
используют |
окись |
|
магния и ее |
|||||||||||||
соединения |
высокой химической чистоты. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
во |
Окись магния гидратируется при храпении на воздухе, особенно |
||||||||||||||||||
влажной |
атмосфере. |
|
Прокаливание |
и |
повышение температуры |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
обжига понижают |
|
химическую |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
активность и гидратацию окиси |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
магния. |
На |
рис. |
5-1 |
представ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
лена |
зависимость |
|
гидратации |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(по |
потере |
при |
прокаливании) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
технической |
окиси |
|
магния |
от |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
температуры |
обжига |
и |
време |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ни |
хранения |
|
на |
|
воздухе |
при |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
25 °С. |
Уменьшение |
гидратации |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
выявлено |
также |
и для |
чистой |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
окиси |
магния |
при |
повышений |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
температуры |
обжига |
и |
разном |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
времени |
хранения |
|
на |
воздухе. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Повышение |
|
температуры |
об |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
жига |
от |
800 |
до |
1800°С |
сни |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
жает |
гидратацию |
обожженной |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
чистой |
окиси |
|
магния |
от |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
75,40 |
до |
3,95% |
|
(при |
хранении |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
на воздухе в течение одних су |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ток) |
и |
от |
|
99,82 |
|
до |
|
36,40% |
||||
Рис. 5-1. Зависимость гидратации |
(после 30 суток хранения). |
||||||||||||||||||
|
Способность |
к |
|
гидратации |
|||||||||||||||
технической окиси магния от тем |
также |
определяется |
дисперс |
||||||||||||||||
пературы обжига и времени хра |
ностью, |
размером |
|
кристаллов |
|||||||||||||||
нения: 6 ч |
(7); 12 ч (2); |
24 ч |
(3) ; |
и удельной |
поверхностью |
оки |
|||||||||||||
48 ч |
(4); 96 ч |
(5). |
|
|
|
си |
магния |
[Л. |
142]. |
Уменьше |
|||||||||
окиси магния, |
полученной |
из |
|
ние размера |
кристаллов |
чистой |
|||||||||||||
различных |
ее соединений, |
от |
0,3—0,5 |
||||||||||||||||
до 0,05 мкм повышает гидратацию с 6—23 до 93—99%. Рост удель ной поверхности порошка окиси магния, вызванный уменьшением размера зерен, значительно повышает гидратацию (рис. 5-2).
Способность к гидратации окиси магния по мере повышения
Температуры обжига снижается пс двум причинам: из-за уменьшения
химической |
активности и удельной поверхности |
(рис. 5-3). |
Удельная |
|||||
поверхность, |
как и гидратация, |
уменьшается при |
обжиге |
ілавным |
||||
образом |
до |
1 300 °С, а при |
более |
высоких температурах |
(в |
пределах |
||
до 1 700 |
°С) |
существенно не изменяется [Л. 142]. |
из |
окиси |
магния ее |
|||
Для |
предотвращения |
гидратации изделий |
||||||
предварительно обжигают в виде брикетов или порошка при темпе ратуре 1 100—1300 °С. Обжиг окиси магния при температурах ниже 1 100 °С не устраняет гидратации, а при температурах, превышающих 1 300 °С, незначительно уменьшает гидратацию, однако сильно сни жает способность окиси магния к уплотнению и спеканию, затрудняя получение спекшихся изделий при обжиге.
Окись магния относится к числу химически активных соединений. Она легко растворяется в кислотах даже при комнатной температуре; скорость растворения в кисло тах увеличивается при повы шении температуры, дисперсности окиси магния и сниженин температуры ее про-
yßestHan поверхность,Мг/г
Рис. 5-2. Зависимость гидратации |
Рис. |
5-3. |
Зависимость |
||||
технической |
окиси |
магния |
от |
удельной |
поверхности тех |
||
удельной поверхности. |
|
нической |
окиси магния от |
||||
|
|
|
|
температуры обжига. |
|||
наливания. |
Окись |
магния |
образует |
непрерывный |
ряд твердых |
||
растворов внедрения и замещения с различными окислами и соеди
нениями при сравнительно низких температурах (начиная с 500°С), |
|
а также эвтектики и многочисленные |
соединения при повышенных |
температурах. |
1800 °С испаряется; скорость |
Окись магния при нагревании выше |
|
испарения увеличивается по мере роста температуры. При 2 040 К
(1 767°С) |
упругость пара в результате испарения окиси магния со |
||
ставляет |
(3,Зн-4,5) • 10~5 кгс/см2 и возрастает при температуре 2 200 К |
||
(1 927°С) |
до 3 • 10-3 |
кгс/слг2. При 2 800 °С окись магния |
плавится, |
а при 2 825 °С кипит. |
Испарение окиси магния протекает |
различно |
|
в окислительной и восстановительной газовых средах, главным обра зом без диссоциации в окислительной газовой среде и с частичной диссоциацией и восстановлением в восстановительной газовой среде
